1、学 员 编 号：2012050178中 图 分 类 号 ：R123.3学校代码：10132INNER MONGOLIA MEDICAL UNIVERSITY学 士 学 位 论 文实验室有机废液回收与无害化处理Recovery and Pollution-free Disposal of Organic Waste in Laboratories学科专业：预防医学本 科 生：汝智妍指导教师：李乌云塔娜完成时间：二一 七 年六月目录摘要 .31 前言 .42 实验材料 .52.1 仪器 .52.2 试剂 .53 实验方法 .63.1 样品收集 .63.2 废液回收方法 .73.2.1 蒸馏 .73
2、.2.2 精馏 .83.2.3 废液回收效果评价 .83.3 废液无害化处理方法 .93.3.1 高级氧化技术在有机废液的无害化处理中的应用 .93.3.2UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术 .93.3.3UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术操作方法 .103.3.4UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术对废液无害化处理效果评价 .104 结果 .114.1 废液的回收 .114.1.1 废液回收结果 .114.1.1.1 旋转蒸馏处理实验室有机废液结果 .114.1.1.2 精馏处理实验室有机废液结果 .124.1.2 废液回收效果的评价 .124.1.2.1 回收液中主要成分标
3、准溶液质谱图 .124.1.2.2 样品原液的气相色谱-质谱检测结果 .134.1.2.3 各样品回收液气相色谱-质谱检测结果 .164.1.3 比重法测定回收液纯度 .204.2 废液的无害化处理 .204.2.1COD 检测结果 .214.2.2 TOC 检测结果 .225 讨论 .225.1 旋转蒸馏法与精馏法结果比较 .225.2 UV 助 Fenton 法对实验室有机废液无害化处理效果评价 .245.3 COD 与 TOC 的比较 .245.4 回收溶剂的利用 .255.5 要从根本上改进实验方法 .256 结论 .25参考文献 .27实验室有机废液回收与无害化处理汝智妍内蒙古医科大
4、学预防医学专业，呼和浩特 010059 摘要 目的：探讨实验室有机废液回收利用和无害化处理的方法，从而减少有机废液对实验人员的健康危害，减少环境污染，回收溶剂，节约实验成本。方法：收集实验室有机废液，采用旋转蒸馏法和精馏法进行分离回收，将分离得到的回收液用气相色谱-质谱联用法定性评价，再通过比重法定量评价。对于杂质较多、收集量少、回收效果差的有机废液，采用紫外光助 Fenton 试剂高级氧化技术进行无害化处理，通过 COD 及 TOC 去除率对无害化处理效果进行评价。结果：精馏法回收效果整体上优于旋转蒸馏法，高级氧化无害化处理以后，多数样品 COD 及 TOC 去除率均达到了 80%以上。结论
5、：通过精馏能够有效地分离出纯度较高、杂质较少的有机溶剂供日后实验使用，蒸馏效果相对较差。采用紫外光助 Fenton 试剂高级氧化技术无害化处理有机废液效果较好，可有效节约实验室运行成本，减少资源浪费与环境污染，保护实验人员。回收利用和无害化处理为实验室有机废液处理的一种经济可行的技术。关键词：实验室有机废液，废液回收，无害化处理 ，UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术Recovery and Pollution-free Disposal of Organic Waste in LaboratoriesRu ZhiyanAbstract Objective: To explore the
6、methods of recycling and pollution-free disposal of organic waste in laboratory, so as to reduce the harmful effects of organic waste to laboratory assistant, reduce environmental pollution, recycle solvent and save experimental cost. Methods: The organic waste liquid was collected and separated by
7、rotary distillation and distillation. The recovered liquid is qualitatively evaluated by gas chromatography - mass spectrometry and quantitatively evaluated by gravity method. For the small amount impurities which poor recycling, to use the Ultraviolet-assisted Fenton advanced oxidation technology f
8、or pollution-free disposal, through the COD and TOC removal rate of pollution-free disposal to evaluate the effect. Results: The recovery efficiency of rectification was better than that of rotary distillation, and the COD and TOC removal rates of most samples were more than 80% after advanced oxida
9、tion and harmless treatment. Conclusion: The organic solvent with high purity and less impurity can be effectively separated by distillation for the later experiment, and the distillation effect is relatively poor. The use of ultraviolet light to help Fenton reagent advanced oxidation technology har
10、mless of organic waste is better, can effectively save laboratory operating costs, reduce waste of resources and environmental pollution, protection of laboratory personnel. Recycling and pollution-free disposal for laboratory organic waste treatment of an economically viable viable technology.Keywo
11、rds: laboratory organic waste, waste recovery, harmless treatment, UV-assisted Fenton reagent advanced oxidation technology1 前言实验室作为高校教学与科研的主战场，每天都会有大批师生做各种实验。近年来，随着我国各所院校招生规模的扩大和科学技术创新能力的提升，各所高校进行的科研与实验也在不断增多，范围也越来越广，不可避免地会产生大量的废液。根据废液所含主要污染物性质，可以分为有机废液和无机废液两大类。相比而言，有机废液比无机废液污染的范围更广，带来的健康危害也更为严重 1。
12、因此，本实验主要针对的是有机废液的回收利用与无害化处理。根据有关高校实验室有机废液处理现状的调查发现 2-3，目前我国对于实验室废液的处理现状令人堪忧，管理相对严格的院校对有机废液的处理只是做到了粘上标签，简单分类后集中存放，然后交给校外专门处理废液的公司。但对于这些公司是否对这些废液进行无害化处理并没有专门地进行跟踪检查；然而大多数高校实验室管理松散，实验室没有污染防治措施，对实验室的有机废液只是进行了稀释然后排放入下水道；更有甚者，有一小部分高校对有毒有害的有机废液未进行任何处理就直接排入下水道。值得说明的是,大多数实验室的排水污管并不是独立的，而是与市政管网连通，导致大量对人体有害的废水
13、汇入市政管网，成为后续生活废水处理的一大障碍。我国属于发展中国家，科技的发展日益加快。但是，值得注意的是，我们不能为了科技的发展而牺牲生态环境，我们需要的是一条可持续发展的道路，因此我们既不能 “先污染，后治理” ，也不能 “边污染，边治理” ， 而是应该采取积极的态度，防治结合，减少污染物的产生和排放。因此，根据实验室产生的有机废液的类别与特点进行区分，选择回收利用或进行无害化处理，是当下对高校实验室最基本的要求 2,4-5。目前针对实验室废液的处理方法可分为物理法，化学法，物理化学法和生物化学法 1。有机废液回收技术主要有蒸馏，精馏，膜分离，萃取，干燥，中和吸附等 6-9。本实验主要是针对
14、实验室有机废液的回收与无害化处理，根据我校预防医学实验室科研与教学中产生的有机溶剂沸点大多低于水的沸点的特点，我们采取蒸馏与精馏技术对其进行回收收集。对于无法通过蒸馏与精馏回收的有机废液，以及成分过于复杂蒸馏效果较差和量少而没有回收价值的废液，则进行无害化处理，本实验无害化处理采用的是 UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术 10。本实验旨在探寻简便易行的实验室处理有机废液的方法，保护环境，减少实验室排放的有机废液对水体的污染以及对人体造成的危害，提高实验人员的环保意识，养成废液分类存放以及回收再利用和无害化处理的习惯，避免未经处理的有机废液直接排放。同时通过采取废液的回收利用，可以节约试剂
15、成本，减少资源浪费，实现清洁实验环境，保障实验人员健康安全，构建绿色化学实验室 11-12。2 实验材料2.1 仪器实验中所到用的仪器见表 2-1 表 2-1 实验所用的仪器及型号仪器 型号 厂家旋转蒸发仪 RE2000B 郑州亚荣仪器有限公司恒温水浴锅 RE2000B 郑州亚荣仪器有限公司隔膜真空泵 GM-0.5B 西安禾普生物科技有限公司电子天平 CP224C 奥豪斯仪器（上海）有限公司微波炉 LEA238K3H-GOOCOC佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司密度计 Antoine Baume 百世杰实验耗材PH 计 Pb-10 Sartorius精馏塔 CEA-M02 北京新华教仪科贸
16、有限公司磁力搅拌器 78HW-1 江苏金坛市金城实验仪器厂总有机碳测定仪 HT 1300 德国耶拿气相色谱质谱联用仪（GC-MS）7890A-5975C 安捷伦2.2 试剂质量分数为 30%的过氧化氢（H 2O2），七水合硫酸亚铁（FeSO 47H2O），硫酸（=1.84）,重铬酸钾标准溶液（0.2500mol/L），硫酸亚铁铵标准溶液（0.1 mol/L），亚铁灵指示剂（邻菲罗啉与分析纯级硫酸亚铁混合液），硫酸-硫酸银溶液，以上各试剂均为分析纯。3 实验方法3.1 样品收集要对实验室有机废液进行回收再利用和高级氧化处理，首先要对实验室产生的有机废液进行收集。本实验一共收集到了十余种有机废液,
17、根据实验需要，对其进行分类与标号。由于本实验回收技术采用蒸馏和精馏，而采用的精馏装置需要废液体积最小为 2000ml，蒸馏对样品体积要求相对较小，但是对于收集量过小的废液没有回收价值，所以本实验的主要选择收集量较大的废液作为样品。现对收集的样品进行编号见表 3-1。表 3-1 收集的样品成分、体积及编号样品编号废液来源 可能存在的成分 体积（ml）样品 1 去年存留的流动相废液 乙腈，水，甲醇 6000样品 2 测定食用菌中甲醛含量高效液相色谱仪色谱柱流出液乙腈，水（比例约为70:30）5000样品 3 测定食品中亚硝酸盐含量高效液相色谱仪色谱柱流出液乙腈，磷酸二氢钠缓冲溶液，甲醇（乙腈与水的
18、比例约为 15:85）4000样品 4 高效液相色谱仪待测样品前处理液乙腈，甲醇，正己烷，二氯甲烷6500样品 5 高效液相色谱仪色谱柱流出液乙腈，甲醇，正己烷，二氯甲烷4000样品 6 高效液相色谱仪色谱柱流出液乙腈，甲醇，正己烷，二氯甲烷4000样品 7 固相萃取甲醇废弃液 甲醇 1250样品 8 预防医学本科营养与食品卫生学实验有机废液较复杂 2000样品 9 预防医学本科环境卫生学实验室有机废液较复杂 15003.2 废液回收方法3.2.1 蒸馏蒸馏是一种以热力学为基础的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同的原理，使低沸点组分蒸发，再冷凝处理以分离整个组分的单元操作过程
19、，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合 13。蒸馏技术不但生产工艺简单，而且回收成本低，回收效率高，同时它不需要使用系统组分以外的其他溶剂，从而保证不会引入新的杂质。采用蒸馏技术对实验室有机废液回收利用，既减少了有机废液给环境和人体带来的危害，又可以节约资源，在目前绿色化学实验是构建理论中具有广泛的应用价值。公共卫生实验室已配备旋转蒸发仪（RE-2000B），本实验采用旋转蒸发仪对收集的有机废液进行回收处理。具体操作装置和连接见图 3-1：图 3-1 旋转蒸发仪装置及连接方法实验过程中，可以根据收集的废液的多少选择大小合适的蒸馏瓶（容积为1000ml 或者 2000ml），注意蒸馏瓶中盛放的液体不能
20、过满，一般不能超过其容积的 2/3.废液倒入蒸馏瓶中，根据废液中成分的最低沸点选择合适的初始温度，初始温度尽量低一些，然后梯度升温，2/次，直到有有机废液受热后蒸发形成的蒸汽通过冷凝管冷凝形成液体，流入回收瓶中。弃去各设定温度流出物的前馏分约二十滴左右，将不同温度收集得到的溶剂分瓶收装，记录好每个温度的蒸馏条件、温度、压力、转速、时间以及废液的初始体积和蒸馏回收得到的回收液的体积。为保证蒸馏出溶剂的纯度，实际回收处理时可将蒸馏出的溶剂再次重复多次蒸馏。另外要注意使用旋转蒸发仪时务必不要让溶液蒸干。蒸馏完成以后，要对蒸馏回收物进行气相色谱-质谱分析和比重法纯度检测。3.2.2 精馏精馏法是利用混
21、合液体中各组分的挥发度存在差异性的原理，借助于回流的工程手段，分别在塔顶和塔底或者侧线获得易挥发组分和难挥发组分，从而得到高纯度的目标产物 14。精馏具有操作简单，应用范围广泛的优点，并且只需要适当的热能以及冷却剂就能得到高纯度产品，适用于各种浓度物料的分离，作为主要分离方法的地位不会动摇 15。精馏塔有板式塔与填料塔两种类型，根据操作方式又可以分为连续精馏塔和间歇精馏塔。本实验采用了填料式连续型精馏塔。精馏装置示意图见图 3-2：图 3-2 精馏装置示意图3.2.3 废液回收效果评价对蒸馏和精馏收集的回收液，本试验通过气相色谱-质谱联用法进行定性分析，再通过比重法纯度测定进行定量分析。本实验
22、气相色谱-质谱联用检测条件如下：色谱条件：色谱柱：HP-5MS 30m0.25mm0.25mm载气：氦气（纯度99.999%）流速：1.0ml/min,恒流进样口温度：280进样量：1.0L(无分流进样)载气节省时间：3min程序升温:40（3min）,以 10/min 升温到 180传输线温度：280质谱条件：离子化方式：电子轰击电离，电离能量 70Ev (EI,70,eV)质谱扫描范围：25 至 300amu离子源温度：230四级杆温度：150扫描方式：SCAN (全扫描 )接口温度：2803.3 废液无害化处理方法3.3.1 高级氧化技术在有机废液的无害化处理中的应用高级氧化技术（AOP
23、）又称为深度氧化技术，主要是以产生具有强氧化能力的羟基自由基（OH）为特点，是一种新型的有效处理有机废水的化学氧化技术，在处理难降解有机废水中的应用尤为广泛 16-17。常见高级氧化技术有 18-20：超声波催化氧化，电解絮凝氧化，臭氧-紫外光组合，过氧化氢-紫外光组合，臭氧-过氧化氢组合，非均相 TiO2 光催化氧化，Fenton 试剂法，UV 助 Fenton 试剂法，湿式氧化技术，超临界水氧化技术等。根据试验中涉及有机废液种类及实验室现有条件，本实验选用的是 UV 助Fenton 试剂高级氧化法对收集的有机废液进行无害化化处理。3.3.2UV 助 Fenton 试剂高级氧化技术Fenton 试剂 21是 H2O2 与亚铁离子的组合，其实质是二价铁离子（ Fe2+）和双氧水之间的链式反应催化生成OH 自由基。近些年来，一些研究者发现把紫外光引入 Fenton 试剂可显著增强 Fenton 试剂的氧化能力，并可以节约 H2O2 的用量，由于其原理与过程与 Fenton 试剂基本相似而称之为类 Fenton 试剂。其基本原理如下 22：H2O2 在紫外线光的作用下产生OH ：
