干货丨告诉你如何对实验室的垃圾进行分类处理

2020-08-29 07:11:04 84

朱博士:

实验室的废弃物种类繁多,实验过程中产生的有毒气体和废水排放到空气中或下水道,同样对环境造成污染,威胁人们的健康;废弃物如直接丢弃,可能导致土地荒废,污染环境。那么,实验室该应如何处理这些废弃物呢?

日常实验室垃圾脏乱差现象

化学药品废弃物随地扔

实验室垃圾未及时清理

试剂瓶、设备等随意放在试验台上

废弃液等堆放在走道上

在实验室进食

废液大量堆积,没有及时处理

且存放在高温加热设备旁边,有安全隐患

实验室废液桶没有粘贴成分标签

钢瓶没有设置保护架、状态牌

插板大量串联

因此如何处置实验过程中产生的有毒有害物质,对于环境保护和人身安全显得十分必要,今天就来介绍一下实验室废弃物的处置方式。

实验室废弃物的分类

实验室的废弃物按废弃物形态可以分为废液、废气、固体废物三类:

1

废液

实验室产生的废液包括化学性实验废液和一般废水;

化学性实验废液来源主要有:

多余的样品、标准曲线、样品分析残液、失效的贮藏液和洗液、大量洗涤水,如各种酸碱废液、含氟废液、重金属废液等。实验中以有机试剂作溶剂时,往往需要量很大,因此其排放量也十分可观。一般废水则主要来源于仪器清洗用水、实验室的清扫用水以及大量使用的洗涤用水等等。如果不能对这些废液进行妥善的处理,其将对周围的环境产生极大的不良的影响,甚至会危及到其他生物和人的生命。

附:实验室废液相容表

2废气

实验室在实验过程中会产生的废气主要来源于实验过程中化学试剂的挥发、分解、泄露等,而且其成分大多是易燃和有毒气体,具体包括挥发性的试剂和样品的挥发物、实验分析过程的中间产物、泄漏或排空的标准气等。

依据其对人体危害的不同,可以将其具体分为两类:

第一类是刺激性的有毒气体,它们通常对生物的眼睛和呼吸道黏膜有很大的刺激作用,比如常见的有氨气、二氧化硫、氯气及氟氧化物等等;

第二类是可以造成人体缺氧性休克的窒息性气体,例如硫化氢、一氧化碳、甲烷、乙烯等;

由于每次实验所产生的气体量不大,因此始终未能引起公众足够的重视,通常这些气体不经吸收和处理就被直接排入到空气中,形成较大的社会公害。

3固体废弃物

实验室所产生的固体废物包括残留的固体试剂、多余固体试剂、沉淀絮凝反应所产生的沉淀残渣、消耗和破损的实验用品(如,玻璃器皿、包装材料等)、残留的或失效的固体化学试剂。另外,还会有纸张等的办公耗材和实验室的常用滤纸等。这些固体的废弃物有复杂的组成,对环境的危害较大,尤其是一些过期失效化学药剂。若将这些固体废弃物随意排放,一旦混入居民环境,会对居民的生活环境和生命健康造成巨大威胁。

实验室废弃物处理的一般原则:废弃物处理通常是指将废弃物回收再利用或者用其制取其他可用的试剂和设备,使废弃物可以再资源化,变废为宝,另一作用就是对暂时无法利用的废弃物给予无害化的处理。

普通废弃物的处理原则:

(1)改革实验的工艺,使废弃物的排放量可以降到最小的程度,甚至达到废弃物的排放量达到零;

(2)对于量少或浓度不大的废弃物,可以在经过无害化的处理以后排入或倒入专门的废液缸中统一处理;

(3)对于量大或浓度较大的废弃物则进行回收处理,达到废弃物的再生利用;

(4)对特殊的废弃物则要进行单独的收集,例如,贵重金属废液或废渣,单独收集可以便于对其进行回收处理;

(5)不能混合的废弃物或者是混合后会给处理带来麻烦的,要分类并且及时地采取措施处理;

(6)对一些在目前条件下还无法利用的废弃物进行最终处理,意即对废弃物进行掩埋、焚化或投弃至河流中;

(7)对于废弃的仪器和设备在处理时要尽可能回收,确实没有回收价值的就可以采取最终处理措施;

(8)处理时要考虑到投资-回收的最大利益,以防止出现得不偿失的局面;

有放射性的废弃物的一般处理原则:

(1)具有极低水平(即实验室有机废气处理,放射性浓度﹤106mg/L)的放射性的废液可采取排入海洋、河流和湖泊等水域的方法,借助水体的稀释和扩散功能使其放射性达到无害的水平;

(2)具有极高水平(即,放射性浓度﹥104mg/L)、高、中和低水平的放射性废液,采取将其以及其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离的措施,让其自然衰变,等待放射性废液的危害程度降低到最低限度。

实验室废弃物的处理

由于实验室废弃物的种类繁多而且数量庞大,因此,对它们的处理也按不同情况采取不同的措施。下面将依次具体介绍废液、废气、固体废弃物等处理的方法。

1

实验室废液的处理

关于实验室废液收集和管理:根据不同废弃液的化学特性,实验室可以将废弃液进行分类再贮存到统一的规定的密闭的容器中,与此同时还要对废弃液的种类、贮存的时间进行标明。依据废弃液的性质和其组成成分,考虑采用混凝沉淀、酸碱中和或者氧化剂氧化等方法进行处理回收;另一方面,如果实验室本身没有能力处理,则要将废弃液定期收集起来,并联系具有此种能力和处理资格的单位对其进行统一的处理;在设备仪器要求方面,要求实验室用于盛装废弃液的容器不易破损、老化和变形。同时,要能防止废弃液发生渗漏和扩散等。下面将具体介绍实验室的废弃液处理的主要方法。

(1)絮凝沉淀法:此方法主要适用于含有重金属离子比较多的无机化学实验室废弃液。在初步确定了废弃液的性质,并探究了各种离子的沉降特性以后,通过选择合适的絮凝剂(如,石灰、铁盐或铝盐等等),让其在弱碱条件下形成含Fe(OH)3和Al(OH)3成分的絮胶状沉淀,此絮凝沉淀物具有一定的吸附作用,既可以去除废弃液中的重金属离子,还可以可以一并除去废弃液中的部分其他的污染物,达到降低废弃液的COD的目的,进而可以提高废弃液的可生化性。

(2)硫化物沉淀法:此沉淀法主要是针对组成成分中含有汞、铅、镉等重金属较多的实验室的废弃液,具体方法一般是采用Na2S 或者NaHS把废弃液中的此类重金属转化变为难以溶于水的金属硫化物,随后在Fe(OH)3共同沉淀而使其得以分离。或者可以先将废弃液的pH值调平至8.0~10.0,然后向废弃液中逐步加入硫化钠至过量,直到生成硫化物的沉淀,此时再加入FeSO4 作为共同沉淀剂,促使其生成FeS以将废弃液中的悬浮硫化汞、硫化镉、硫化铅和微粒吸附进而共沉淀,通过静置达到分离过滤的目的。

(3)氧化还原中和沉淀法:此方法通常适用于处理含有六价铬或是具有还原性的有毒的物质,如氰根离子等等,还有一些含有金属元素的有机化合物。

先让废弃液经历一系列的氧化还原反应,以让高毒性的污染物转化变成低毒性的污染物质,随后,经过混凝和沉淀将已转化得到的低毒性污染物质从当前的反应体系得以分离出去;而对于含有六价铬的废弃液,则需要首先把六价铬由氧化还原反应还原成为三价铬,再用合适的沉淀剂使其沉淀,达到分离出去的目的,或者可以将其与其他种类的重金属废弃液一并处理。在上述反应中所用的还原剂通常是铁粉、二氧化硫、亚铁盐或者亚硫酸氢盐等。同时,需要在pH值低于3.0的条件下进行,再通过中和沉淀作用,将铬元素转化成为难溶于水的盐除去;当溶液中含有氰根离子的时候,则一般需要首先在碱性的条件下使用氧化剂,将其可以被氧化成为N2和CO2,通常的方法有——氯碱法、普鲁士蓝法(即,以生成铁氰化合物的方法使其发生沉淀)、臭氧氧化法、电解氧化法及铁屑内电解法。

(4)活性炭吸附法:此方法通常用在去除生物法或物理法、化学法都不能去除的微量并且呈溶解状态的一类有机物。实验室里的有机废弃液通常都含有大量的试验残液和废弃溶剂,它的主要成分是烷烃类、芳香类或是能够使液面表面的自由能降低的一类物质,而且废弃液的浓度很高高、量很少、呈现酸性,非常适合用于活性炭进行吸附处理。处理的工艺流程通常为首先经过一系列简单的分离用以把废弃液里的有机相分离出来,然后再经过活性炭的二级吸附,使COD的去除率达到93%,与此同时活性炭还可以一并吸附一部分的无机重金属离子。

(5)铁氧体沉淀法以及GT铁氧体法:铁氧体指的是一类复合的金属氧化物,它的化学通式为M2FeO4或者是MOFe2O3 (其中M代表的是其他金属),一般呈现成尖晶石状的立方结晶构造。铁氧体的形成最佳条件一般是要提供给其足量的Fe 2+ 和Fe 3+ ,其Fe 2+ ∶Fe 3+ =1∶2(摩尔比)时的最理想的pH值条件为8.0~9.0,而铁氧体特有的包裹和夹带作用,则可以使重金属离子在进入铁氧体的晶格后形成复合的铁氧体。

复合的铁氧体一般会具备有很强的稳定性,只要在一般的酸碱条件下,就能一次性脱除废弃液中的各种的金属离子,如,对Cr 3+、Fe 2+、Pb 2+、As 3+、Zn 3+、Hg 2+、Cd 2+、Mn 2+、Cu 2+等都有不错的脱除效果,使那些包含在废弃液中的有害的重金属都不会浸出。

对于高浓度的有机废弃液的处理方法,则有焚烧法、水解法、氧化分解法、生物化学处理法及溶剂萃取法等:

(1)焚烧法:因为,有机物一般会具有可观的可燃性质,因此对于这些有机溶剂、有机残液或废料液等通常采取焚烧法来进行处理。采用焚烧法处理有机废弃液指的就是在高温的条件下对有机物进行氧化分解,促使其生成水、CO 等对环境无害的产物,然后将这些产物排入大气中,此时,COD的去除率通常可以达到99%及以上。值得一提的是,用焚烧法来处理有机废弃液是在高温的条件下利用空气以对废弃液中的有机物进行深度氧化处理的一种有效手段,也是最容易实现工业化的方法之一。通常化工行业排放的有机废弃液都采用焚烧法来进行最终的处置,尤其是对一些浓度高同时组分复杂,或者污染物没有回收利用的价值且热值比较高的废弃液,可以考虑直接来采用焚烧法进行处理。

(2)氧化分解法:氧化分解法最常采用的工艺过程是先让废弃液经过一系列氧化还原的反应,而使高毒性的污染物质转化成为低毒性的污染物质,再然后通过混凝和沉淀的方法将污染物从当前的反应体系中分离出去。

(3)水解法:水解法从属于厌氧生物处理方法,其通常适用于对高浓度的废弃液的初步处理,一般是让细菌利用污染物质为营养物质来进行生长,以消耗水中的污染物从而使废水得到净化。

(4)溶剂萃取法:溶剂萃取法指的是利用化合物的溶解度或分配系数在两种互不相溶的溶剂中的不同,使化合物可以从一种溶剂中被转移到另外一种溶剂中,这样经过反复多次的萃取,就可以将很大一部分的化合物质提取出来;一般来说,有机溶剂的亲水性愈大,其与水做两相萃取的效果就愈不好,这是因为其能使比较多的亲水性的杂质随之而出,这样对有效成分的进一步精制有很大的影响。

(5)生物化学处理法:废弃液中生物化学处理法指的是利用微生物的代谢,使废弃液中的呈现溶解或胶体状态的有机污染物质转化成为无害的污染物质,从而达到净化目的的方法。可以分为需氧的生物处理法和厌氧的生物处理法两种。其中需氧的生物处理法指的是在微生物的作用下分解废弃液中的有机污染物质,对废弃液进行无害化的处理的方法,而厌氧的生物处理方法则是利用厌氧的微生物的生物作用来降解废弃液中的有机污染物质,达到废弃液净化目的的方法。

一些有机溶剂例如,醇类、有机酸、酯类、酮和醚等应该尽量回收再利用。对于那些含有水的低浓度的废弃液,则考虑用与互不相容的具有挥发性质的溶剂来进行萃取和分离,然后再焚烧。对于形成了乳浊液酯类的废弃液就不能再用此方法处理,而是要用焚烧法来处理。若此类废弃物的量很少,则可以将其装入铁制的或是瓷质的容器中,再选择置于室外安全的地方焚烧掉。对于那些难以燃烧的污染物质,就可以将其与可燃性高的物质混合后再燃烧,但是在此运作过程中就要特别注意,防止燃烧不完全产生新的毒性物质或燃烧产生的毒气逸出,从而造成对环境的二次污染,而燃烧是否完全,要视燃烧的温度、燃烧时区域的停留时间和物质的混合状况来决定。

2实验室废气处理

由于实验室的废气具有量少且多变的特点,对于废气的处理就应满足两点要求:第一个要求是要控制实验的环境里的有害气体不得超过现行规定的空气中的有害物质的最高容许的浓度;

第二个要求是要控制排出的气体不得超过居民区大气中有害物质的最高容许浓度。因此,实验室必须有通风、排毒的装置,因此,关键就是如何通过精确设计和改造实验的装置,从而使有毒害的气体在实验操作过程中被收集、消除、转化或回收。实验室废气处理主要方法:

(1) 吸收法:指的是采用合适的液体作为吸收剂来处理废气,达到除去其中有毒害气体的目的的方法。一般分为物理吸收和化学吸收两种。比较常见的吸收溶液有水、酸性溶液、碱性溶液有机溶液和氧化剂溶液。它们可以被用于净化含有SO2 、Cl2、NOx、H2S、SiF 、HF4、NH3、HCl、酸雾、汞蒸气、各种有机蒸汽和沥青烟等废气。这些溶液在吸收完废气后又可以被用于配制某些定性化学试剂的母液;

(2)固体吸附法:指的是先让废气与特定的固体吸收剂充分接触,通过固体吸收剂表面的吸附作用,使废气中含有的污染物质(或吸收质)被吸附从而被达到分离的目的,再通过充分的震荡或久置。此法一般适合用于对废气中含有的低浓度的污染物质的净化。例如,若要吸收几乎所有常见的有机及无机气体,可以选择将适量活性炭或者新制取的木炭粉放入有残留废气的容器中;若要选择性吸收H2S、SO2及汞蒸汽,就要用硅藻土;若要选择性吸收NOx、CS2、H2S、NH3、CmHn、CCl4等,就要用到分子筛;

(3) 回流法:指的是对于易液化的气体,可以通过特定的装置使挥发的废气,在通过装置时可以在空气的冷却下,液化为液体,再沿着长玻璃管的内壁回流到特定的反应装置中。如在制取溴苯时,可以在在装置上连接一根足够长的玻璃管;

(4) 燃烧法:指的是通过燃烧的方法来去除有毒害气体。这是一种有效的处理有机气体的方法,尤其适合处理排量大而浓度比较低的苯类、酮类、醛类、醇类等各种有机的废气。如对于CO尾气的处理,还有对H2S的处理等,一般都会采用此法;

(5) 颗粒物的捕集:指的是空气中去除或捕集那些以固态的或液态形式存在于空气中的颗粒污染物,这个过程一般称为除尘。除尘的工艺过程是先将含有微尘的气体引进具有一种或是几种不同作用力的除尘器中,从而使颗粒物相对于运载气流可以产生一定的位移,就可以达到从气流中分离出来的目的,然后颗粒物沉降到捕集器表面上被捕集。根据颗粒物的分离原理,除尘装置一般可以分为过滤式除尘器、机械式除尘器、湿式除尘器。此外,实验室在空气的净化方面也应该有所要求,主要表现在通风。因为实验室内的空气污染物质的浓度一般要比室外同种物质的浓度高得多,通过合理的改善,可以使实验室的通风设备达到更高工作效率,就能极大地降低实验室的空气污染物质的浓度。而采用局部通风还是全面通风,以及每次通风量的大小和通风形式,除了要依据实验室的污染物发生源大小、污染物种类以及其排量的大小来决定,还可以通过渗漏、强制机械通风、自然通风等来调控完成;

实验室的固体废弃物处理技术涉及到物理学、生物学、化学、机械工程等许多学科实验室有机废气处理,依据原理的不同,主要处理技术可以分成有如下几方面:

(1) 对固体废弃物的预处理:由于固体废弃物难处理的特点,在对其进行进一步的综合利用和最终的处理之前,通常都需要先对其实行预处理。固体废弃物的预处理一般包括固体废弃物的筛分、破碎、压缩、粉磨等程序;

(2) 物理法处理固体废弃物:指的是通过利用固体废弃物物理和其物理化学性质,用合适的方法从其中分选或者分离出有用和有害的固体物质。常用的分选方法有:重力分选、电力分选、磁力分选、弹道分选、光电分选、浮选和摩擦分选等;

(3) 化学法处理固体废弃物:指的是通过让固体废弃物发生一系列的化学变化,进而可以转换成能够回收的有用物质或能源。常见的化学处理方法包括煅烧、焙烧、烧结、热分解、溶剂浸出、电力辐射、焚烧等;

(4) 生物法处理固体废弃物:指的是利用微生物的作用来处理固体废弃物。此方法的基本原理是利用微生物本身的生物-化学作用,使复杂的有机物分解成为简单的物质,使有毒的物质转化成为无毒的物质。常见的生物处理法有沼气发酵和堆肥;

(5) 固体废弃物的最终处理:指的是对于没有任何利用价值的有毒害固体废弃物,就需要进行最终处理。常见的最终处理的方法有焚化法、掩埋法、海洋投弃法等。但是,固体废弃物在掩埋和投弃入海洋之前都需要进行无害化的处理,而且深埋在远离人类聚集的指定的地点,并要对掩埋地点做下记录。

实验室废弃物类型预处理方法处理方法:

实验室的废弃物的有效处理和再利用,既可以很大程度上消除这些废弃物在环境和人体上的危害,而且可以在资源上达到节约的目的。从长远的层面上来看,能否建设绿色实验室将是减少实验室废弃物污染的关键。

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