如何利用實驗室資源自凈化學(xué)實驗室廢水

      人類的生活離不開水，我們的生命與水息息相關(guān)，人類產(chǎn)生的污水量也愈來愈多。廢水中含有大量的有害物質(zhì)，如重金屬離子，大量的氮、磷、鉀等離子還會使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化，發(fā)生水華現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著人類的生活和健康，制約著社會的可持續(xù)發(fā)展，同時也破壞了生態(tài)平衡。

　　隨著新課程的實施，中學(xué)實驗課增加了很多，實驗后產(chǎn)生的廢水量也越來越多。如果這些廢水不加以處理而直接排放到下水道，尤其是化學(xué)實驗后產(chǎn)生的廢水，將會給所在城市的水處理系統(tǒng)造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，不僅會增加污水處理的難度，也會對水資源造成極大的污染。

　　目前，新聞報道的多數(shù)針對高校、科研機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和企業(yè)中的檢驗研究部門中的化學(xué)實驗室廢水，排放的特殊性、對環(huán)境的危害性及處理方法。這些部門排出的廢水成分復(fù)雜，除無機(jī)物外還有重金屬離子、細(xì)菌等微生物和有機(jī)物，處理藥劑品種繁多。但針對中學(xué)實驗室這方面的研究報道較少，而中學(xué)實驗室廢水的成分比較簡單，含量較低，更易于處理。本文提出了凈化處理實驗室廢水方案，并充分利用實驗室現(xiàn)有器材設(shè)計了廢水凈化的流程圖和操作裝置，簡單易行，既可減輕污水處理廠后續(xù)去除廢水中雜質(zhì)的負(fù)擔(dān)，又為日后各中學(xué)化學(xué)實驗室建設(shè)和廢水處理提供一個參考方案。

一、實驗室廢水處理流程及裝置

　　需要先收集每次實驗后產(chǎn)生的廢水，經(jīng)過以下流程圖來逐級進(jìn)行凈化操作，處理后的凈化水可以直接排放，或回收再利用。具體操作過程如圖1和圖2所示。

　　對于處理過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體，如氯氣等，需要回收或吸收，防止實驗室內(nèi)空氣污染。如果實驗室處理后的清水水質(zhì)很好還可以回用，如沖洗廁所、澆灌花卉綠地等，這樣可以節(jié)約大量水資源。如果出水水質(zhì)一般，可以直接排放到下水道。特別提示，有些實驗廢水的酸性或堿性較強，需要考慮收集容器的防腐蝕問題，或需要用相應(yīng)的廢酸或廢堿來中和。

二、化學(xué)實驗室廢水的處理方法

　　1.收集并分析化學(xué)實驗室廢水的主要成分

　　用實驗室現(xiàn)有的下口玻璃瓶作為廢水收集的容器（如圖3所示），出水口在下方，有膠皮管和止水閥，便于取水。

　　分析每次實驗后收集起來的廢水水質(zhì)前，需要了解本次實驗內(nèi)容和所用藥品類型，確定雜質(zhì)離子的種類。觀察廢水中是否有固體物質(zhì)，是無機(jī)化學(xué)沉淀物還是有機(jī)物，列表并記錄。

　　2.調(diào)整廢水的pH值

　　先用pH試紙或酸度計測定廢水的pH值，以確定酸堿中和需要用廢酸廢堿（以廢治廢）的量和濃度，以防腐蝕設(shè)備，同時可以預(yù)先產(chǎn)生大量的沉淀物。

　　3.用化學(xué)沉淀法來分離廢水中的可溶性離子

　　選擇化學(xué)藥品時要把握“種類少、用量省、價格便宜”的原則，根據(jù)廢水的成分分批處理。Ca2+，Ag+，Ba2+，SO42-，Cl-等離子容易轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋砗蜌怏w，而K+，Na+，NO3-等可溶鹽離子用此法難以除掉。這種處理方法的缺點是，因加入化學(xué)藥品而使水引入新的雜質(zhì)，造成二次污染。

4.化學(xué)污泥的沉淀和過濾

　　通過上述化學(xué)沉淀法會得到大量的固體沉淀，需要進(jìn)一步和水分離。先將反應(yīng)后的混合液靜置一段時間后，沉淀就會沉降到容器的底部而使溶液分層。若使用離心機(jī)進(jìn)行離心分離，幾分鐘內(nèi)就能完成。再將分層后的上清液進(jìn)行過濾，進(jìn)一步除去沒有沉淀下來的固體。也可用真空抽濾器，幾分鐘內(nèi)完成。

　　5.自制多濾層的廢水凈化器

　　取一個2～5L空飲料瓶或塑料桶，剪去底部，瓶口用單孔橡膠塞塞住，連接玻璃導(dǎo)管和橡皮導(dǎo)管（帶止水夾）。將飲料瓶口朝下倒置，瓶內(nèi)由下至上分層放置膨松棉、洗凈的鐵絲網(wǎng)（起支撐作用）、雙層紗布、活性炭、雙層紗布、混合后的陰陽離子交換樹脂、雙層紗布、石英砂和小玻璃珠（本試驗中因石英砂和小玻璃珠的大小形狀和粒徑相近而混裝）、鐵絲網(wǎng)，zui上層是多層紗布（可根據(jù)實際情況隨時更換和清洗后再用）。

　　把經(jīng)過沉淀和過濾后的廢水的上清液倒入自制廢水凈化器，可進(jìn)一步減少其中的懸浮物、離子和有色物質(zhì)。

　　6.用活性炭吸附和脫色

　　廢水中的某些有色物質(zhì)，如酸堿指示劑反應(yīng)后的產(chǎn)物、苯酚等有機(jī)物，如果濃度較大，也需要進(jìn)行脫色處理。我們選擇多孔、比表面積大、吸附和脫色性能好的活性炭，即可以吸附水中的細(xì)小固體雜質(zhì)，還可以吸附可溶性的有色有機(jī)小分子。

　　7.電解法回收金屬

　　高中學(xué)校實驗室總會產(chǎn)生大量的高濃度的銅離子廢水，我們用電解法先降低銅離子的濃度。用化學(xué)教科書上的電解實驗裝置處理廢水，效率較低，有局限性。因此我們選擇用圖4所示的具支U形管，把陰極和陽極分開進(jìn)行電解。用U形管電解實驗來回收金屬，如實驗室CuCl2廢水的處理，陰極和陽極附近的產(chǎn)物易分離，易回收。在陰極產(chǎn)生Cu，陽極產(chǎn)生Cl2。經(jīng)過以上方法處理后，廢水中的離子還有許多，如果想提高水質(zhì)而回用，可采用電滲析技術(shù)。

　　為了防止電解后產(chǎn)生的大量尾氣污染空氣，可在陰極支管端用小氣球密封和收集少量的氫氣，陽極支管端連接倒置的小漏斗來用濃堿吸收大量有毒的氯氣。同時可以在陰極收集到大量的金屬銅。電解后的廢水再次收集器，進(jìn)行下一步處理。
8.難沉淀的鈉離子、鉀離子、硝酸根等離子的電滲析

　　人造滲透膜（陰、陽離子交換膜）對要交換的離子具有選擇性和透過性，水分子也可以自由通過。這種電滲析法膜處理技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)水質(zhì)凈化中應(yīng)用很普遍，但對于高中生則很陌生。它適合處理濃度較小的廢水，否則會堵塞膜孔，影響出水水質(zhì)甚至降低膜的使用壽命。它的優(yōu)點是占地面積很小，處理的水量卻很大，適合化學(xué)實驗室使用。

　　電滲析裝置在接通電源后會產(chǎn)生電場推動力，選擇性地使陰、陽離子透過交換膜而分離溶質(zhì)和水。一般，陰離子交換膜又叫陰膜，只容許陰離子通過;陽離子交換膜又叫陽膜，陽膜只讓陽離子通過。圖5為電滲析處理系統(tǒng)其中的一個單元，化學(xué)實驗室可根據(jù)廢水量而選擇多個單元組成。

　　電滲析裝置工作過程：將已經(jīng)過前處理的廢水引流到廢水入口處，經(jīng)過半透膜通道時，其中的雜質(zhì)離子分別通過陰膜和陽膜成為濃縮水而分別匯集到排污口，回收利用。這種電滲析裝置可在常溫常壓條件下進(jìn)行操作，濃縮分離同時進(jìn)行，不需投加藥品，出水的水質(zhì)好，可再利用。目前電滲析法還被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域，如自來水廠和發(fā)電廠制取純水，海水或苦咸水的淡化處理，酸洗廢水回收硫酸和鐵，芒硝回收硫酸和堿等。

　　如果我國所有的化學(xué)實驗室都配備一套廢水處理器，既節(jié)約了水資源，使廢物資源化，又提高了下水管道的使用壽命，減少了污水處理的費用，還在廣大學(xué)生中樹立了環(huán)保節(jié)約意識。