環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液“綠色化”管理探索與實(shí)踐

吳巖，杜立宇，肖亦農(nóng)，黨秀麗，王展，鄒洪濤

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110866)

0 引言

目前社會對高校學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的要求愈來愈高，高校實(shí)驗(yàn)課程也隨之增加，實(shí)驗(yàn)室的種類、數(shù)量與規(guī)模不斷壯大，但也導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)室污染物產(chǎn)生量的增加[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國本科院校中生物和化工類的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室達(dá)700 多所，這些實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了大量的本科生實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)工作及科學(xué)研究工作[2]，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢液排放量雖然相較于企業(yè)較小，但是也會對環(huán)境造成一定的危害。一些實(shí)驗(yàn)室的下水道與城市管網(wǎng)相通，污染物如果不經(jīng)過處理就排入下水道，很容易引入下水道污染，對周邊水源、大氣和土壤造成危害，甚至污染地下水，影響人體健康[3-5]。因此，對高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液處理的“綠色化”改革意義重大。

1 環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液特點(diǎn)

本校環(huán)境科學(xué)專業(yè)每年開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目18 個(gè)，廢液種類繁多，根據(jù)產(chǎn)生的廢液類型可分為酸堿廢液、有機(jī)廢液和重金屬廢液。(1)酸堿廢液：主要是硫酸、鹽酸、高氯酸、磷酸、氫氧化鈉、氨水。例如在“水中砷的測定”實(shí)驗(yàn)中，需要在酸性條件下進(jìn)行反應(yīng)，每個(gè)樣品需要加入6 mL的(1+1)H2SO4，共3 個(gè)班級進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需要的硫酸量很大；在“水中COD”測定中需要加入30 mL 的H2SO4-AgSO4液體，為純硫酸，酸性強(qiáng)。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)束后會產(chǎn)生大量酸性廢液，如果排入環(huán)境中，會影響水中動(dòng)植物的生長。(2)有機(jī)廢液：主要是苯酚、甲醛、三氯甲烷、丙酮。例如在“葉綠素測定”實(shí)驗(yàn)中，需要用到90% 的丙酮，濃度很高；在“揮發(fā)性酚測定”中需要用到苯酚；在“水中砷測定”的實(shí)驗(yàn)中，需要用到大量的甲醛吸收液。這些有機(jī)溶劑如果不經(jīng)過處理隨意排放到下水道，會影響人體健康，導(dǎo)致疾病產(chǎn)生。(3)重金屬廢液：主要是鉻、鎘、砷、汞的污染物。例如鉻主要來自“水中總鉻的測定”實(shí)驗(yàn)中配制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)用到的鉻標(biāo)液；鎘主要來自觀察動(dòng)物在重金屬環(huán)境中的急性毒性的“急性毒性實(shí)驗(yàn)”；砷主要來自“水中砷測定”“土壤對砷的吸附作用”實(shí)驗(yàn)中的砷標(biāo)液；汞主要來自“水中氨氮的測定”實(shí)驗(yàn)中需要用到含有碘化汞的納氏試劑。這些重金屬污染物屬于一類污染物，極易對環(huán)境中的動(dòng)植物及人體產(chǎn)生危害。

2 實(shí)驗(yàn)室廢液“綠色化”管理的意義

綠色化學(xué)是美國最早提出的一門新興學(xué)科，這個(gè)概念的提出是21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展對全球環(huán)境的調(diào)整[6]。綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)，即減少或消除危險(xiǎn)物質(zhì)的使用和產(chǎn)生的化學(xué)品和過程的設(shè)計(jì)。它的理念是基于源頭控制，從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，就盡可能地不使用或者少使用對環(huán)境有污染的藥品。

綠色化學(xué)是維護(hù)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)，從長遠(yuǎn)的發(fā)展觀點(diǎn)看，放棄有污染的傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、探索傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，是本科生實(shí)驗(yàn)尤其是畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)研究工作的必然趨勢[7]。環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室需要測定水體及土壤中的各種污染物，必然會用到很多化學(xué)試劑，其中包括有毒有害試劑，如果沒有一些替代的實(shí)驗(yàn)方法或其他措施，或者對實(shí)驗(yàn)藥品使用不規(guī)范、不合理，對廢液、廢物沒有采取有效的處理措施，可能會造成實(shí)驗(yàn)室的嚴(yán)重污染。

在本科生教育環(huán)節(jié)，要將“綠色化”實(shí)驗(yàn)室管理的意義融入其中，使其成為實(shí)踐課程的重要組成部分，并且作為成績組成計(jì)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)總分。這一管理方法對學(xué)生將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)、讀研、就業(yè)都有極大的促進(jìn)作用，對培養(yǎng)具有環(huán)保意識和責(zé)任感的高素質(zhì)人才具有非常重要的意義。

3 科學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液“綠色化”管理實(shí)踐探索

3.1 改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少廢液產(chǎn)生

環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室要按照ISO4001 環(huán)境管理理念要求，根據(jù)污染預(yù)防、持續(xù)改進(jìn)的目標(biāo)，努力建立清潔實(shí)驗(yàn)室[8]。對環(huán)境科學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作進(jìn)行改革，盡量避免使用有毒試劑，既能達(dá)到教學(xué)效果，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，又可以減少廢液的產(chǎn)生，達(dá)到“雙贏”。

在學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目的支持下，本專業(yè)基于廢液的“綠色化”管理理念，指導(dǎo)學(xué)生在上課過程中使用藥品時(shí)，遵守藥品使用的“5R 原則”，即減量使用或盡可能少用(reduce)、循環(huán)使用(recycle)、重新使用(reuse)、再生使用(regenerate)、拒用危險(xiǎn)品(reject)或采用替代品(replace)[9]。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的測定盡量選擇無毒試劑進(jìn)行教學(xué)，例如“大氣中二氧化硫的測定”實(shí)驗(yàn)，國家標(biāo)準(zhǔn)方法是使用四氯汞鉀吸收液測定，但由于汞是劇毒物質(zhì)，因此可改成“甲醛吸收法”，用低濃度的甲醛吸收液同樣可以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

3.2 開展環(huán)保教育，控制廢液流向

目前部分人員環(huán)保意識淡薄，很多學(xué)生甚至教師對于廢液的種類不了解，缺乏專業(yè)知識，不能區(qū)分不同廢液的處理方式。針對這種情況，實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員和實(shí)驗(yàn)室管理人員應(yīng)定期進(jìn)行危險(xiǎn)廢物安全管理培訓(xùn)，確保教師對廢液問題有專業(yè)的認(rèn)識和重視。并且在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課之前，對其進(jìn)行相應(yīng)培訓(xùn)，不僅要詳細(xì)講解廢液的處理方式，還要通過視頻、圖片等形式，讓學(xué)生直觀了解到廢液處理不當(dāng)造成的安全事故和災(zāi)難，促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中細(xì)心謹(jǐn)慎、主動(dòng)思考、高度重視，增強(qiáng)其環(huán)保意識。目前環(huán)境科學(xué)專業(yè)已經(jīng)全面實(shí)行“綠色實(shí)驗(yàn)室”安全教育機(jī)制，學(xué)生培訓(xùn)后進(jìn)行考核，合格后才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，該措施實(shí)施后取得了良好效果，值得大力推廣。

3.3 建立回收制度，科學(xué)回收廢液

對于實(shí)驗(yàn)室廢液的管理，國家環(huán)?？偩钟?004 年已將實(shí)驗(yàn)室污染納入環(huán)境監(jiān)控范圍，教育局也在2005 年下達(dá)了《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室排污管理的通知》[10]。目前學(xué)校設(shè)置了廢液處理辦法，要求實(shí)驗(yàn)室在無法自行處理廢液時(shí)，將廢液科學(xué)回收，學(xué)校每學(xué)期集中收集一次，交給有資質(zhì)的公司進(jìn)行回收處理。

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目產(chǎn)生廢液時(shí)，可以先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)處理，例如酸堿類廢液可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行酸堿中和，中和達(dá)標(biāo)后可正常排放。而對無法自行處理的有機(jī)廢液、重金屬廢液、劇毒廢液等，必須進(jìn)行回收。目前環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室都設(shè)置了危險(xiǎn)廢液區(qū)域，對不同的廢液進(jìn)行分類回收，并貼好標(biāo)簽。此外，將廢液的回收操作納入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課考核中，作為平時(shí)成績進(jìn)行管理，這種考核機(jī)制增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識，保證了廢液回收的順利進(jìn)行。

4 基于實(shí)驗(yàn)室廢液“綠色化”管理下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室廢液“綠色化”管理理念旨在培養(yǎng)具有分析問題和解決問題能力的創(chuàng)新型人才，要求學(xué)生在環(huán)保理念建立的同時(shí)，積極研究廢液的處理方法。

4.1 實(shí)驗(yàn)試劑微量化

實(shí)驗(yàn)試劑微量化是指以盡可能少量用反應(yīng)容器和試劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課中原理和技術(shù)的學(xué)習(xí)，即實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在達(dá)到教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，盡量減少藥品的用量。例如，在進(jìn)行比色法時(shí)，可以將定容使用的50 mL 容量瓶更換為25 mL 容量瓶，并將反應(yīng)藥品的用量減半，達(dá)到在試劑用量最少的條件下取得實(shí)驗(yàn)效果的目的。

另外，一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，對某些含有劇毒藥品的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者特殊的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以利用仿真模擬實(shí)驗(yàn)達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，這對實(shí)驗(yàn)室的“綠色化”管理具有重要意義，也為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)開辟了新領(lǐng)域。在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以通過虛擬操作，在仿真環(huán)境中選擇本實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備和藥品，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟，進(jìn)行試劑的合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的仿真操作，以達(dá)到教學(xué)效果。這種方法不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識，掌握必備的實(shí)驗(yàn)原理和技能，還可以大大減少實(shí)驗(yàn)藥品的污染和廢氣的污染，對高校實(shí)驗(yàn)室“綠色化”管理具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用。

4.2 建立綠色化為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)機(jī)制

培養(yǎng)環(huán)境科學(xué)本科生專業(yè)的實(shí)踐動(dòng)手能力，是當(dāng)今社會對環(huán)境科學(xué)專業(yè)提出的要求，為了培養(yǎng)具有獨(dú)立思考能力和動(dòng)手操作能力的高素質(zhì)人才，可以在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開設(shè)綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主體是教師，以教師講授實(shí)驗(yàn)原理和具體實(shí)驗(yàn)步驟為主。而綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則需要學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的理論知識，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，通過查閱資料設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)步驟，并完成實(shí)驗(yàn)操作，例如基于廢液的“綠色化”處理理念，可以設(shè)置處理廢液的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。環(huán)境科學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是測定水中各個(gè)污染物的含量，在項(xiàng)目測定后，可以將廢液收集起來，利用所學(xué)知識對重金屬廢液、有機(jī)廢液、酸堿廢液分別進(jìn)行相應(yīng)的廢液處理。

另外，學(xué)?？梢酝ㄟ^大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、本科生畢業(yè)實(shí)習(xí)等途徑，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，讓學(xué)生參與到教師的課題中，接觸前沿的學(xué)科領(lǐng)域，為學(xué)生將來走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

高校環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢液量較多且種類繁多，如果處理不當(dāng)將造成極大的危害。實(shí)驗(yàn)室廢液的“綠色化”管理對高校本科生的培養(yǎng)是至關(guān)重要的，學(xué)校應(yīng)高度重視廢液處理，從源頭開始，加強(qiáng)每個(gè)環(huán)節(jié)的管理，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室廢液的真正“綠色化”，保證高校師生的安全及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。