减少中学化学实验污染排放的途径探讨

1、减少中学化学实验污染排放的途径探讨摘要：化学是一门以实验为基础的自然学科，中学化学教学中实验教学占了很大的比重，每天有数百万的学生在做实验，实验过程中必然会产生大量的固体、液体和气体污染物，若不对这些污染物进行妥善处理就直接排放，定将对自然环境造成污染。随着公众环保意识的增强以及国家对环境保护的重视，如何减少中学化学实验污染排放已成为亟待解决的问题。本文以减少中学化学实验污染为目标，在深入中学走访调研的基础上，就如何有效减少中学化学实验污染排放的途径进行了积极探讨。关键词：中学化学实验；环保；污染排放；减少；途径 1.中学化学实验污染物产生的途径及分类探讨减少中学化学实验污染排放的行之有效的方

2、法，首先应该对中学化学实验污染物及其产生的途径有深刻的了解。归纳起来，中学化学实验污染物可分为以下几类： 1.1 废气现行的诸多中学化学实验中，难免有些会产生有毒气体，甚至有的时候我们还需要用有毒气体来做实验。这些有毒气体不仅影响到师生的身体健康，如果未经处理直接排放到空气中，就会对环境造成污染。比如氯气的制取及性质实验，产生的氯气是一种有刺激性气味的有毒气体，吸入少量氯气会使鼻和喉头的粘膜受到刺激，引起胸部疼痛和咳嗽，吸入大量氯气就会导致死亡，因此必须对其进行环保处理。再比如二氧化硫漂白性的检验、硫化氢与二氧化硫的反应等实验，均有二氧化硫气体产生，该气体若直接排放也会造成空气污染。有些气体虽

3、然没有毒性，比如氨气，但它具有强烈的刺激性气味，刺激鼻咽喉的粘膜，会使人吸入后感觉不适。中学化学中涉及氨气的实验有：氨气的实验室制法，喷泉实验等。这些实验的尾气若不经妥善处理，就会对我们的空气造成污染，威胁人们的身体健康。1.2 废液中学化学实验中会产生大量的酸碱性液体，酸性液体如硫酸、盐酸、硝酸等，碱液有氨水、氢氧化钠、氢氧化铜等。此外，产生的废液中还含有硝酸银、氯化钡、硫酸锌、高锰酸钾等重金属盐溶液以及苯、甲苯、甲醛等有毒液体。目前，大多数中学在化学实验教学中都是未经处理就将这些实验废液直接排放到下水道中，这样不仅会腐蚀管道，废液流入到江河湖海，还会造成水体污染。1.3 废渣化学实验产生的

4、废渣主要有反应产生的固体废弃物、废纸、火柴梗和碎玻璃等。还有一些废渣是可以回收利用的，如加热高锰酸钾制取氧气产生的废渣，其中所含的二氧化锰就可以回收利用，镁条燃烧生成的氧化镁，也是可以回收的。目前，大多数学校都是这些实验废渣随意丢到垃圾场里。乱扔实验废渣，不仅会造成下水管道堵塞，还会造成环境污染。1.4 化学储藏室的药品除上述“三废”外，化学实验污染还有一个重要来源，即化学储藏室的药品。化学药品储藏室里放有大量的溶剂和实验药品，部分药品由于长时间不用，加之疏于管理，容易变质或挥发。正如我们平常在化学药品储藏室里闻到的刺鼻的味道，就是由于储藏室里存放着一些具有挥发性的物质，如硝酸、盐酸、氨水、汞

5、、苯、甲醇、乙醛、醋酸等挥发或药品变质所致。2. 中学化学实验污染物排放对环境的危害及污染治理的必要性化学是一门以实验为基础的自然学科，通过实验教学既可以训练学生的实践动手技能，也能培养学生的科研能力和创新能力。在中学化学教学中，实验教学占了很大的比重，因此化学实验过程中伴随的环境污染问题已就成为化学工作者面临的一个严峻课题。在中学化学实验过程中，虽然每次实验排放的污染物数量均不大，但由于实验室多，学生人数多，加之实验所用的试剂种类繁多，势必会形成“聚沙成塔”的污染效应，不管是废气、废液、废渣或者化学储藏室的药品，都会在一定程度上对我们赖以生存的环境造成一定的破坏，因此中学化学实验污染对环境的

6、破坏不可忽视。在崇尚绿色生活的今天，寻找减少中学化学实验污染排放的途径显得尤为重要。环境保护是我们的立国之策、强国之本，我们必须清醒地意识到减少化学实验污染以及对污染物进行治理的急迫性，对其给予高度重视，只有在健康安全的环境下，我们的中学化学实验才能得到更好的发展，学生的科学素养和综合能力才能在化学实验中得到真正的发展，所以，治理中学化学实验污染势在必行。3. 中学化学实验污染治理的现状及存在的主要问题为了了解中学化学实验污染治理的现状，笔者通过走访调研的方式，调查了我省丽江市永胜县第一中学、丽江市永胜县第四中学等普通中学，调研了丽江市第一中学等示范性中学，且丽江市永胜县第四中学的实验室是学校

7、重新布局后新建的。在所调查的学校中，几乎没有一所中学按规范排放化学实验污染，都多多少少存在一些不足，暴露出来的主要问题有：3.1 随意排放实验“三废”在调查的几所学校中，其中最突出的问题就是化学实验所产生的废气、废液、废渣未经处理就随意排放。废气主要是通过排气设备和通风橱排放，这样虽然室内环境得到了保障，但废气进入空气中，会造成严重的空气污染；废液则是未经处理就直接排放到下水道中，不仅腐蚀管道，含有毒化学物质的废液还有可能流入江河湖海中，造成水体污染；废渣由于随手乱丢，很大程度上造成了管道的堵塞和药品的浪费。有的学校由于长期随意排放“三废”，室内管道受到严重的堵塞和腐蚀，致使污水从实验室内的管

8、道中溢出地面。3.2 对药品储藏室疏于管理相当一部分学校的化学药品储藏室都未安装良好的排气设备，都能在其中闻到相当重的刺鼻味道。有的学校不重视化学药品保管工作，疏于日常管理，药品和试剂分类不明确，如苯、醇等易燃液体和硫、红磷、镁粉等易燃固体没有与氯酸钾、高锰酸钾等氧化剂分开放置，存在安全隐患。有的学校不按规范保存药品，比如未将氨水、浓盐酸、液溴等易挥发试剂保存在干燥、阴凉的地方；未将碱石灰、五氧化二磷等易潮湿、吸湿性强的药品保存在干燥器中等。对有些容易变质的试剂，如硫化氢液体、三氯花铁溶液、溴水等，未妥善保存，有的已变质，已直接影响到实验现象。3.3 相当一部分师生的环保意识还不够强大多数学校

9、认为中学化学实验中产生的废气、废液、废渣等污染物都是在短时间内集中排放的，品种多且复杂，又不是连续不断的排放，相对企业排放来说污染量较少，因此没有给以足够的重视。笔者通过跟几位中学化学工作者的谈话中了解到，由于课程紧，一味追求升学率等原因，有相当一部分化学教师根本不愿意花费时间去教育学生提高环保意识，对学生不规范的随意排放化学实验污染物的行为也不加以制止。由于平时不注环保意识教育，从而导致了学生做化学实验的习惯较差，“乱排、乱倒、乱丢”现象普遍存在。3.4 学校自行处理“三废”有难度有的学校虽然对废液、废渣进行了简单的回收，要求学生把废液收集到实验桌上的回收瓶中，实验后集中倒入实验室墙角的废液

10、桶中，再由教师处理。但由于条件限制和学校的不重视，没有专门处理“三废”的实验装置，相当一部分学校的中学化学教师除对含酸或碱的废液加碱或酸，简单进行酸碱中和处理(调节pH值)外，含重金属离子及其它成份的废液却很难自行处理，因此就只能将其直接排放到下水道中。3.5 实验药品浪费严重目前，中学化学课程中开展的相当一部分实验，不仅药品消耗量大，而且需要实验时间较长，实验现象也不是非常明显，需要进行改进。同时由于没有对“三废”进行合理的回收利用，无形中也造成了实验药品的浪费。中学生好奇心强，做实验时往往不考虑药品用量，总以为“多多益善”。例如，做红磷在氧气中燃烧这个实验时，学生常常在燃烧匙中放入过多红磷

11、，弄的实验室“乌烟瘴气”不说，更浪费了实验药品。4. 减少中学化学实验污染排放的措施4.1 控制实验废气排放，合理处置或回收利用实验废渣、废液4.1.1实验废气的处理实验产生的废气，可以通过改进实验装置减少其排放量。比如二氧化碳气体可用澄清石灰水吸收；二氧化硫气体可用碱液吸收等。开展微型化学实验也能有效减少实验产生的废气，实验药品微量化了，那么产生的废气自然也就减少了。有关学者曾将微型化学实验产生的废气量与常规化学实验产生的废气量进行了对比，发现开展微型实验后，实验室污染减少了90%，实验室污染严重的局面得到了根本改善。4.1.2 实验废渣的处理实验后的生成物或废渣，如果可以回收利用的，应尽量

12、回收。比如，加热高锰酸钾制取氧气,反应后生成的二氧化锰就可以回收用于其它实验；硫酸铜晶体结晶水含量测定所得的无水硫酸铜也可用来做其他实验；银镜反应中可以对银进行回收；铁粉和硫粉混合燃烧产生的废渣可以用来制取硫化氢等。废纸、火柴梗和碎玻璃等应倒入垃圾箱内, 以防堵塞下水管道。4.1.3实验废液的处理4.1.3.1无机实验废液的处理4.1.3.1.1含酸、碱、盐类无机物废液的处理酸、碱、盐类废液要分类收集。如果溶液较稀，用大量水把它的浓度稀释到1%以下后，即可排放。确定酸、碱废液可以互相混合时，可分次将少量其中一种废液，加人另一种废液中，用pH试纸检验，至溶液的pH值约等于7时，用水稀释浓度到5%

13、以下，然后再排放。4.1.3.1.2含氧化剂、还原剂的废液处理将含氧化剂、还原剂的废液分别收集。不含有害物质并且浓度在1%以下的，中和后即可排放。确定各氧化剂和还原剂可以混合时，即可将其中一种废液分次少量加人另一种废液中，使之反应。然后取出少量反应液，调成酸性，并用KI淀粉试纸进行检验，符合标准后再进行排放。4.1.3.1.3含重金属离子的废液处理重金属主要有: 金、银、铜、铁、铅等。把重金属离子转变成难溶于水的氢氧化物或硫化物等的盐类，然后进行沉淀，除去即可。例如：对含汞盐的废液可采用化学凝聚沉淀法和汞齐提取法。化学凝聚沉淀法就是用NaOH把废液的pH值调至8-10后，在其中加入适当过量的1

14、0%硫化钠溶液，使其生成硫化汞沉淀，再加入35%硫酸亚铁与过量的2价硫离子生成FeS沉淀，从而吸附硫化汞共沉淀下来，静置后分离，再离心过滤，分离后清液经检测含汞量可降到0.002mg/L以下排放。另一种汞齐提取法，即在汞盐废液内加入锌屑或铝屑，废液中的汞很容易被锌或铝置换出来，汞能与锌生成锌汞齐，从而使汞从废液中分离出来。4.1.3.2有机物实验废液的处理有机化学实验产生的废液，可重新蒸馏，回收有机溶剂。无回收价值的废液可收集分类处理，一般可将其分类为可燃性物质和难燃物质。对于易于燃烧的有机废液可将其统一收集到固定容器中，然后选择室外安全的地方焚烧；对于难以燃烧的有机物质和含水的高浓度有机类废

15、液，可让它们与可燃性物质混合燃烧。对于燃烧后会产生二氧化氮、二氧化硫或氯化氢等有害气体的有机废液，需要在配备有洗涤器的焚烧炉中燃烧。4.2 调整或删减部分化学实验教学内容化学实验教学实验题目的选取既要满足培养学生实验技能的要求，又要充分考虑到开设此实验可能造成的环境污染问题。因此，在满足教学大纲要求的前提下,可结合新课改适当调整化学实验教学内容。4.2.1 可考虑删去针对性不太强且污染较大的实验如可删除“硫粉和铁粉的反应实验”。原因之一是硫粉与空气中的氧气反应会生成SO2气体，造成大气污染；二是由于教材同时安排了铜丝与硫的反应实验，而这两个实验的目的都是为了说明硫的性质非常活泼，容易跟金属发生

16、反应的事实。所以该实验属于重复性的实验，为了减少SO2对大气的污染，在实验时可将其删除。4.2.2 建议对存在较大缺陷的实验课题进行适当改进如“铜与浓硝酸的反应实验”，教材中的方法是在盛有铜片的敞口试管中直接加入浓硝酸。这种实验方法会导致有毒的二氧化氮气体直接排入大气而造成污染，对其进行改进可以在敞口试管上配以单孔塞，将二氧化氮排入到浓碱液中，使二氧化氮转化为酸根。2NO2+2OH-=NO3-+NO2-+H2O还有一氧化碳还原氧化铁的实验，教材上是将未反应的CO和产生的CO2收集在一个塑料袋中，而此实验需持续地将CO通入玻璃管中，所以CO和CO2量较大，很容易使塑料袋炸裂从而导致有毒的CO逸于

17、大气中，即使不炸裂，实验后也要将袋内的CO放空而污染大气。其改进方法是将未反应的CO用导管引到酒精灯火焰上燃烧使其转化为CO2，且燃烧时放出的热可缩短CO还原Fe2O3的时间。再如乙酸乙酯的制备，传统的合成乙酸乙酯方法是用冰乙酸和乙醇反应，浓硫酸作催化剂，酯化合成乙酸乙酯。选用硫酸作催化剂，虽然价钱低廉，但在反应中如果控制不当易引起碳化，反应后的酸性废弃液不易分离。用近年发展起来的非酸性催化剂FeCl3·6H2O代替浓硫酸，这类催化剂优点是没有腐蚀性、无毒无害、产品质量好、副反应少、本身用量少，而且成本较低。同时也消除了学生担心由于操作失误而引起硫酸灼伤等事故的发生。再如“比较电解质

18、溶液导电能力的实验”，教材上用的酸、碱、盐分别是盐酸、醋酸、氢氧化钠、氨水和氯化钠，其中的盐酸和氯化纳溶液在通电时，电解产物中存在有害的氯气，所以可以将盐酸和氯化钠溶液换为稀硫酸和硫酸钠溶液。这样既达到了比较电解质溶液导电能力强弱的目的，又避免了氯气的污染。4.3 设计串联实验串联实验是指将实验优化组合，通过调整实验次序，使一个实验的产物成为下一个实验的原料，降低实验成本。如“Na在Cl2中燃烧”和“Cu丝在Cl2中燃烧”两个实验就可合并在一起。方法是将光亮的细铜丝嵌进米粒大小周围的氧化膜已去掉的钠块中，然后将钠块置于酒精灯火焰上灼烧片刻(近乎熔化状态)，并迅速置于氯气中，观察钠和铜丝在氯气中

19、的燃烧现象。再如“铜与浓硫酸反应的实验”可与“二氧化硫使品红溶液褪色的实验”合并在一起。4.4 改进实验装置改进实验装置，是防止有毒气体逸散、有毒液体外溢的重要举措。 例如：一氧化碳还原氧化铜演示实验装置可改进如下： 经过改进后的实验装置，用石灰水来吸收反应生成的CO2气体，未反应的CO用导管引到酒精灯火焰上燃烧使其转化为CO2，且燃烧时放出的热可缩短CO还原CuO的时间。4.5 积极开设微型化学实验微型实验是指在微型化的仪器装置中进行的实验。微型化学实验试剂用量是常规实验的十分之一甚至百分之一，一般可节省试剂90%以上。开设微型实验，能够节约药品，减少开支，降低实验污染。微型实验减少了环境污

20、染，有利于培养学生的环境保护意识，可持续发展意识，有利于“三废”处理。由于微型实验试剂用量的大幅度较少，使得废液容易回收，实验室污染较少90%，对彻底改变实验室长期严重污染的局面起到了重要的作用，使实验室环境质量得到根本改善。例如：在进行酸、碱、盐性质实验时，可以用九孔点滴板代替试管；以及用青霉素小药瓶代替集气瓶做氢氧混合爆炸实验，所需试剂量为普通实验的百分之一，产生的少量氯化氢气体，加水吸收处理即可。例如：一氧化碳的制备和性质实验，用普通试管代替圆底烧瓶做制取气体的反应器，用细玻璃管代替粗玻璃管做一氧化碳还原金属氧化物的性质实验，则残留在装置中无法处理的一氧化碳的量仅为原装置中的十分之一，从

21、而大大降低了有毒的一氧化碳对空气的污染程度。对比图如下：微型化学实验还能节省时间。准备实验和学生完成实验的时间，与相对应的常规实验相比，缩短实验时间1/3至1/5。4.6 加强对化学实验药品贮藏室内的管理加强对化学药品贮藏室的管理，严格按照药品的性质进行保存并进行分类，如液溴的挥发性很强，若保存不当逸出的溴蒸气，带有强烈刺激性臭味，它既污染了教室环境又严重地影响了师生的身体健康，所以要将液溴装在棕色瓶中，用水密封，瓶口还要用蜡封，取用、配制时要在通风橱内进行，防止吸入溴蒸气。实验员要经常检查试剂瓶塞有无被腐蚀、变质，如有破损，要及时更换，防止药品挥发。4.7 在师生中积极开展环保意识教育 保护环境、消除或减轻实验污染的前提条件是提高思想认识。各个学校可以通过举办“环境与人类可持续发展”讲座或图片展览，使同