浅谈中学化学实验废弃物的绿色无害化处理

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  实验在中学化学教育中具有很重要的地位。随着教育的改革、创新,化学实验活动也随之增多,与此同时,实验废弃物也在增多,如果不进行处理,对其任意排放,同样会对环保产生严重危害。中学化学实验废弃物的绿色无害化处理,可以让学生通过科学实验一起参与,一方面减少了污染,培养了学生环境保护意识;另一方面,又可以培养学生的实验能力和科学素养。
  中学化学实验产生的废弃物一般分为三类,即废渣、废液和废气。废弃物品种繁多,有毒性较大的铬、汞等,有腐蚀性极强的强酸、强碱、强氧化剂,再加上生成的化合物,各种物质混杂,在绿色无害化处理过程中,需要根据废弃物组成和化学性质,采用合适的处理方法。
  1 中学化学实验废渣的绿色无害化处理
  废渣的处理首先考虑是否还有再次利用的价值,如可以把底部有洞的试管用于制成简易的启普发生器;再如废塑料试剂瓶剪去底部可以制作漏斗用于添加固体试剂时更加方便;再如一些化学实验结束后的生成物可以留下用于另一实验。不能回收的,则应视情况进行封闭贮存、掩埋或焚烧处理。用于盛装危险物品的空器皿、包装物等,必须完全消除危害后,才能改为他用或弃用。
  2 中学化学实验废液的绿色无害化处理
  中学化学实验产生的废液主要有以下几类:酸碱废液、含汞废液、含镉废液、含铅废液、含溴或碘的废液、有机废液、含银废液以及其他种类的废液等等。一般废液的处理方法是用酸或碱调节废液pH为3~4,加入铁粉,搅拌30 min,然后用碱调节pH为9左右,继续搅拌10 min,加入硫酸铝或碱式氯化铝混凝剂进行混凝沉淀,上层清液可直接排放,沉淀物以废渣方式处理。
  2.1 酸碱废液的处理
  中学化学实验最常见就是酸、碱废液,浓度极稀的可直接进行排放。浓度较高的酸碱废液如果不能再利用,则应先分开贮存,再相互进行中和处理,若混合后测pH在6~8之间,就可达到排放标准。
  2.2 含汞废液的处理
  可采用硫化物共沉淀法:先将含汞盐废液的pH调至8~10,然后加入过量的Na2S,使其生成HgS。再加入对水影响不大的FeS04作为共沉淀剂,与过量的S2-生成FeS沉淀,将悬浮在水中难以沉淀的HgS微粒吸附共沉淀,然后静置、分离,再经离心、过滤,滤液的含汞量可降至0.05 mg/L以下,达到排放标准。
  2.3 含镉废液的处理
  镉离子有两种:Cr6 和Cr3 。首先,要使六价铬在酸性条件下,与SO2或亚铁盐或亚硫酸盐等还原剂反应,Cr6 被还原为Cr3 后,再加入稀氢氧化钠,调节pH至8.5~9.5,充分搅拌后放置,使镉离子变为难溶的Cd(OH)3沉淀,分离沉淀,将滤液中和至pH约为7,然后排放。
  2.4 含铅废液的处理
  含铅废液的处理一般采用氢氧化物沉淀法,在废液中加入消石灰,调节至pH大于11,废液中的铅便会生成Pb(OH)2沉淀.然后加入Al2(S04)3(凝聚剂),将pH降至7~8,则Pb(OH)2与Al(OH)3共沉淀,分离沉淀,滤液检查不含铅,可直接排放。
  2.5 含银废液的处理
  银是贵重金属,一般要进行回收。硝酸银是中学化学实验是最为常用的试剂,但每次使用量较少,可以先对每次实验产生废液初步处理,先在酸性条件下,加NaCl得到沉淀,将得到的白色固体用硝酸洗涤后过滤,烘干后集中存放。回收银的方法主要有电解法、离子交换法、还原法。还原法原理是用活泼金属置换不活泼金属。把已处理过的少许AgCl粉末溶于氨水中,在70~80 ℃的电热水浴锅中恒温,加入锌粉或锌粒搅拌30 min,充分反应。所得固体用盐酸洗涤,可回收得银。
  2.6 有机废液的处理
  中学化学实验产生的有机废液成分较为简单,一般根据废液成分采用焚烧法、吸附法、氧化分解法、水解法等方法进行处理。此外,萃取实验所用有机溶剂四氯化碳,一般要进行回收、处理,重新使用。有一种较为简便的回收四氯化碳的方法,即在使用过的萃取液中逐滴滴入30%NaOH溶液,充分搅拌,使其中的碘或溴反应生成物溶至水层,静置分层,分液,分离出的四氯化碳层可以重复使用。
  防止废液被实验者直接倒入下水道。要建立制度规范废液的排放,在化学实验过程中,不能随意将有害、有毒废液倒进水槽及排水管道。不同废液在倒进废液桶前要检测其相容性,按标签指示分门别类倒入相应的废液收集桶中,每次倒入废液后须立即盖紧桶盖。特别是含重金属的废液,不论浓度高低,必须全部回收,形成良好习惯,这是对废液进行绿色无害化处理的第一步。
  3 中学化学实验废气的绿色无害化处理
  中学化学实验废气主要是实验中产生的尾气,尾气处理通常和某制取或性质实验结合在一起,相对研究较多。中学化学实验中主要出现以下十几种气体:O2、N2、H2、CO、CO2、C12、HCl、Br2、SO2、H2S、NO2、NH3、CH4等。一般的,教师和学生对有毒尾气处理比较注意,无毒气体如甲烷、氢气等就觉得好像不必处理,实际上这两种气体也是引起温室效应的物质之一,还有的习惯把实验产生的尾气通过通风橱排出室外,这样也会污染环境。尾气处理方法按其方法的不同可以分为三类:液体吸收法(溶液或水吸收法)、燃烧法、袋装法(塑料袋或气球)。
  3.1 液体吸收法
  根据气体性质,先利用液体将尾气吸收,再对液体进行绿色处理,从而达到防止污染空气的目的。如用碱液吸收酸性气体,如氯气实验,多余的氯气一般用氢氧化钠溶液处理,用酸液吸收碱性气体,有些极易溶解于水的气体也可以直接用水吸收,典型例子就是氯化氢,由于极易溶于水,通过倒置的漏斗可直接用水吸收。
  3.2 燃烧法
  中学化学实验中有很多气体,无法直接和液体反应,不能用溶液或水来吸收,如H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等。这些气体中有些属于可燃性气体,对于可燃性气体可采取这种将尾气燃烧处理的方法。可在实验装置的最后增添尖嘴导管,把生成的尾气点燃,以去除污染。如果实验中产生的气体量太小或者断断续续,无法被点燃时,可将尾气的导管尖嘴通过燃烧的酒精灯,使尾气燃烧掉。这个方法在使用时要注意尾气在点燃前要先验纯。
  3.3 袋装法
  这种方法适用于各种气体的尾气处理。将某待处理的气体先引入密封的塑料袋(或气球中)保存,实验结束后再将尾气处理掉。不过这种方法由于受到塑料袋或气球体积的限制,处理的尾气量较小。
  实验废气的处理可以与该制取或性质实验相结合,在减少了化学实验对环境的污染的同时,使学生在课堂受到良好的环保教育,形成注意环境保护的意识。此外,尾气处理方法增强了实验的科学性,使实验更加规范,培养学生的科学态度,拓展了学生的科学视野,使学生科学思维方法、创造思维素质得到了发展。
  实验废弃物的绿色无害化处理是化学实验污染治理的最后一步,要防止化学实验污染环境,首先在实验设计时就要考虑如何降低污染废弃物,通过改进实验装置,改进实验方法,如微型实验减少药品使用量等,以有效减少废弃物的产生。教师在教学中也要充分发挥教学多媒体的作用,运用网络,如下载实验视频,或者制作实验动态图片等进行实验辅助教学,多媒体技术讲解演示既方便又清楚直观,同时减少了化学实验药品的使用,可有效减少有毒有害废物的产生。化学实验废弃物的回收不仅是教师或学生的个人行为,学校应安排专门部门负责实验室化学废弃物的回收,制定相应实验污染物处理制度并严格实行,化学废弃物也要做好登记、统计,什么时候什么污染物为主该用什么处理方法要做到心中有数。中学化学实验室污染物众多,但量不大,有些学校存在侥幸心理,不经处理直接排放污染物,对此需引起重视,改变随意排放的处理方式,此外过期、失效的化学试剂也是化学实验室废弃物的主要部分,也不能随意丢弃。
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