減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的途徑探討

1、減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的途徑探討摘要：化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，中學(xué)化學(xué)教學(xué)中實驗教學(xué)占了很大的比重，每天有數(shù)百萬的學(xué)生在做實驗，實驗過程中必然會產(chǎn)生大量的固體、液體和氣體污染物，若不對這些污染物進行妥善處理就直接排放，定將對自然環(huán)境造成污染。隨著公眾環(huán)保意識的增強以及國家對環(huán)境保護的重視，如何減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放已成為亟待解決的問題。本文以減少中學(xué)化學(xué)實驗污染為目標，在深入中學(xué)走訪調(diào)研的基礎(chǔ)上，就如何有效減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的途徑進行了積極探討。關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)實驗；環(huán)保；污染排放；減少；途徑 1.中學(xué)化學(xué)實驗污染物產(chǎn)生的途徑及分類探討減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的行之有效的方

2、法，首先應(yīng)該對中學(xué)化學(xué)實驗污染物及其產(chǎn)生的途徑有深刻的了解。歸納起來，中學(xué)化學(xué)實驗污染物可分為以下幾類： 1.1 廢氣現(xiàn)行的諸多中學(xué)化學(xué)實驗中，難免有些會產(chǎn)生有毒氣體，甚至有的時候我們還需要用有毒氣體來做實驗。這些有毒氣體不僅影響到師生的身體健康，如果未經(jīng)處理直接排放到空氣中，就會對環(huán)境造成污染。比如氯氣的制取及性質(zhì)實驗，產(chǎn)生的氯氣是一種有刺激性氣味的有毒氣體，吸入少量氯氣會使鼻和喉頭的粘膜受到刺激，引起胸部疼痛和咳嗽，吸入大量氯氣就會導(dǎo)致死亡，因此必須對其進行環(huán)保處理。再比如二氧化硫漂白性的檢驗、硫化氫與二氧化硫的反應(yīng)等實驗，均有二氧化硫氣體產(chǎn)生，該氣體若直接排放也會造成空氣污染。有些氣體雖

3、然沒有毒性，比如氨氣，但它具有強烈的刺激性氣味，刺激鼻咽喉的粘膜，會使人吸入后感覺不適。中學(xué)化學(xué)中涉及氨氣的實驗有：氨氣的實驗室制法，噴泉實驗等。這些實驗的尾氣若不經(jīng)妥善處理，就會對我們的空氣造成污染，威脅人們的身體健康。1.2 廢液中學(xué)化學(xué)實驗中會產(chǎn)生大量的酸堿性液體，酸性液體如硫酸、鹽酸、硝酸等，堿液有氨水、氫氧化鈉、氫氧化銅等。此外，產(chǎn)生的廢液中還含有硝酸銀、氯化鋇、硫酸鋅、高錳酸鉀等重金屬鹽溶液以及苯、甲苯、甲醛等有毒液體。目前，大多數(shù)中學(xué)在化學(xué)實驗教學(xué)中都是未經(jīng)處理就將這些實驗廢液直接排放到下水道中，這樣不僅會腐蝕管道，廢液流入到江河湖海，還會造成水體污染。1.3 廢渣化學(xué)實驗產(chǎn)生的

4、廢渣主要有反應(yīng)產(chǎn)生的固體廢棄物、廢紙、火柴梗和碎玻璃等。還有一些廢渣是可以回收利用的，如加熱高錳酸鉀制取氧氣產(chǎn)生的廢渣，其中所含的二氧化錳就可以回收利用，鎂條燃燒生成的氧化鎂，也是可以回收的。目前，大多數(shù)學(xué)校都是這些實驗廢渣隨意丟到垃圾場里。亂扔實驗廢渣，不僅會造成下水管道堵塞，還會造成環(huán)境污染。1.4 化學(xué)儲藏室的藥品除上述“三廢”外，化學(xué)實驗污染還有一個重要來源，即化學(xué)儲藏室的藥品。化學(xué)藥品儲藏室里放有大量的溶劑和實驗藥品，部分藥品由于長時間不用，加之疏于管理，容易變質(zhì)或揮發(fā)。正如我們平常在化學(xué)藥品儲藏室里聞到的刺鼻的味道，就是由于儲藏室里存放著一些具有揮發(fā)性的物質(zhì)，如硝酸、鹽酸、氨水、汞

5、、苯、甲醇、乙醛、醋酸等揮發(fā)或藥品變質(zhì)所致。2. 中學(xué)化學(xué)實驗污染物排放對環(huán)境的危害及污染治理的必要性化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，通過實驗教學(xué)既可以訓(xùn)練學(xué)生的實踐動手技能，也能培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，實驗教學(xué)占了很大的比重，因此化學(xué)實驗過程中伴隨的環(huán)境污染問題已就成為化學(xué)工作者面臨的一個嚴峻課題。在中學(xué)化學(xué)實驗過程中，雖然每次實驗排放的污染物數(shù)量均不大，但由于實驗室多，學(xué)生人數(shù)多，加之實驗所用的試劑種類繁多，勢必會形成“聚沙成塔”的污染效應(yīng)，不管是廢氣、廢液、廢渣或者化學(xué)儲藏室的藥品，都會在一定程度上對我們賴以生存的環(huán)境造成一定的破壞，因此中學(xué)化學(xué)實驗污染對環(huán)境的

6、破壞不可忽視。在崇尚綠色生活的今天，尋找減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的途徑顯得尤為重要。環(huán)境保護是我們的立國之策、強國之本，我們必須清醒地意識到減少化學(xué)實驗污染以及對污染物進行治理的急迫性，對其給予高度重視，只有在健康安全的環(huán)境下，我們的中學(xué)化學(xué)實驗才能得到更好的發(fā)展，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力才能在化學(xué)實驗中得到真正的發(fā)展，所以，治理中學(xué)化學(xué)實驗污染勢在必行。3. 中學(xué)化學(xué)實驗污染治理的現(xiàn)狀及存在的主要問題為了了解中學(xué)化學(xué)實驗污染治理的現(xiàn)狀，筆者通過走訪調(diào)研的方式，調(diào)查了我省麗江市永勝縣第一中學(xué)、麗江市永勝縣第四中學(xué)等普通中學(xué)，調(diào)研了麗江市第一中學(xué)等示范性中學(xué)，且麗江市永勝縣第四中學(xué)的實驗室是學(xué)校

7、重新布局后新建的。在所調(diào)查的學(xué)校中，幾乎沒有一所中學(xué)按規(guī)范排放化學(xué)實驗污染，都多多少少存在一些不足，暴露出來的主要問題有：3.1 隨意排放實驗“三廢”在調(diào)查的幾所學(xué)校中，其中最突出的問題就是化學(xué)實驗所產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣未經(jīng)處理就隨意排放。廢氣主要是通過排氣設(shè)備和通風櫥排放，這樣雖然室內(nèi)環(huán)境得到了保障，但廢氣進入空氣中，會造成嚴重的空氣污染；廢液則是未經(jīng)處理就直接排放到下水道中，不僅腐蝕管道，含有毒化學(xué)物質(zhì)的廢液還有可能流入江河湖海中，造成水體污染；廢渣由于隨手亂丟，很大程度上造成了管道的堵塞和藥品的浪費。有的學(xué)校由于長期隨意排放“三廢”，室內(nèi)管道受到嚴重的堵塞和腐蝕，致使污水從實驗室內(nèi)的管

8、道中溢出地面。3.2 對藥品儲藏室疏于管理相當一部分學(xué)校的化學(xué)藥品儲藏室都未安裝良好的排氣設(shè)備，都能在其中聞到相當重的刺鼻味道。有的學(xué)校不重視化學(xué)藥品保管工作，疏于日常管理，藥品和試劑分類不明確，如苯、醇等易燃液體和硫、紅磷、鎂粉等易燃固體沒有與氯酸鉀、高錳酸鉀等氧化劑分開放置，存在安全隱患。有的學(xué)校不按規(guī)范保存藥品，比如未將氨水、濃鹽酸、液溴等易揮發(fā)試劑保存在干燥、陰涼的地方；未將堿石灰、五氧化二磷等易潮濕、吸濕性強的藥品保存在干燥器中等。對有些容易變質(zhì)的試劑，如硫化氫液體、三氯花鐵溶液、溴水等，未妥善保存，有的已變質(zhì)，已直接影響到實驗現(xiàn)象。3.3 相當一部分師生的環(huán)保意識還不夠強大多數(shù)學(xué)校

9、認為中學(xué)化學(xué)實驗中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣等污染物都是在短時間內(nèi)集中排放的，品種多且復(fù)雜，又不是連續(xù)不斷的排放，相對企業(yè)排放來說污染量較少，因此沒有給以足夠的重視。筆者通過跟幾位中學(xué)化學(xué)工作者的談話中了解到，由于課程緊，一味追求升學(xué)率等原因，有相當一部分化學(xué)教師根本不愿意花費時間去教育學(xué)生提高環(huán)保意識，對學(xué)生不規(guī)范的隨意排放化學(xué)實驗污染物的行為也不加以制止。由于平時不注環(huán)保意識教育，從而導(dǎo)致了學(xué)生做化學(xué)實驗的習慣較差，“亂排、亂倒、亂丟”現(xiàn)象普遍存在。3.4 學(xué)校自行處理“三廢”有難度有的學(xué)校雖然對廢液、廢渣進行了簡單的回收，要求學(xué)生把廢液收集到實驗桌上的回收瓶中，實驗后集中倒入實驗室墻角的廢液

10、桶中，再由教師處理。但由于條件限制和學(xué)校的不重視，沒有專門處理“三廢”的實驗裝置，相當一部分學(xué)校的中學(xué)化學(xué)教師除對含酸或堿的廢液加堿或酸，簡單進行酸堿中和處理(調(diào)節(jié)pH值)外，含重金屬離子及其它成份的廢液卻很難自行處理，因此就只能將其直接排放到下水道中。3.5 實驗藥品浪費嚴重目前，中學(xué)化學(xué)課程中開展的相當一部分實驗，不僅藥品消耗量大，而且需要實驗時間較長，實驗現(xiàn)象也不是非常明顯，需要進行改進。同時由于沒有對“三廢”進行合理的回收利用，無形中也造成了實驗藥品的浪費。中學(xué)生好奇心強，做實驗時往往不考慮藥品用量，總以為“多多益善”。例如，做紅磷在氧氣中燃燒這個實驗時，學(xué)生常常在燃燒匙中放入過多紅磷

11、，弄的實驗室“烏煙瘴氣”不說，更浪費了實驗藥品。4. 減少中學(xué)化學(xué)實驗污染排放的措施4.1 控制實驗廢氣排放，合理處置或回收利用實驗廢渣、廢液4.1.1實驗廢氣的處理實驗產(chǎn)生的廢氣，可以通過改進實驗裝置減少其排放量。比如二氧化碳氣體可用澄清石灰水吸收；二氧化硫氣體可用堿液吸收等。開展微型化學(xué)實驗也能有效減少實驗產(chǎn)生的廢氣，實驗藥品微量化了，那么產(chǎn)生的廢氣自然也就減少了。有關(guān)學(xué)者曾將微型化學(xué)實驗產(chǎn)生的廢氣量與常規(guī)化學(xué)實驗產(chǎn)生的廢氣量進行了對比，發(fā)現(xiàn)開展微型實驗后，實驗室污染減少了90%，實驗室污染嚴重的局面得到了根本改善。4.1.2 實驗廢渣的處理實驗后的生成物或廢渣，如果可以回收利用的，應(yīng)盡量

12、回收。比如，加熱高錳酸鉀制取氧氣,反應(yīng)后生成的二氧化錳就可以回收用于其它實驗；硫酸銅晶體結(jié)晶水含量測定所得的無水硫酸銅也可用來做其他實驗；銀鏡反應(yīng)中可以對銀進行回收；鐵粉和硫粉混合燃燒產(chǎn)生的廢渣可以用來制取硫化氫等。廢紙、火柴梗和碎玻璃等應(yīng)倒入垃圾箱內(nèi), 以防堵塞下水管道。4.1.3實驗廢液的處理4.1.3.1無機實驗廢液的處理4.1.3.1.1含酸、堿、鹽類無機物廢液的處理酸、堿、鹽類廢液要分類收集。如果溶液較稀，用大量水把它的濃度稀釋到1%以下后，即可排放。確定酸、堿廢液可以互相混合時，可分次將少量其中一種廢液，加人另一種廢液中，用pH試紙檢驗，至溶液的pH值約等于7時，用水稀釋濃度到5%

13、以下，然后再排放。4.1.3.1.2含氧化劑、還原劑的廢液處理將含氧化劑、還原劑的廢液分別收集。不含有害物質(zhì)并且濃度在1%以下的，中和后即可排放。確定各氧化劑和還原劑可以混合時，即可將其中一種廢液分次少量加人另一種廢液中，使之反應(yīng)。然后取出少量反應(yīng)液，調(diào)成酸性，并用KI淀粉試紙進行檢驗，符合標準后再進行排放。4.1.3.1.3含重金屬離子的廢液處理重金屬主要有: 金、銀、銅、鐵、鉛等。把重金屬離子轉(zhuǎn)變成難溶于水的氫氧化物或硫化物等的鹽類，然后進行沉淀，除去即可。例如：對含汞鹽的廢液可采用化學(xué)凝聚沉淀法和汞齊提取法。化學(xué)凝聚沉淀法就是用NaOH把廢液的pH值調(diào)至8-10后，在其中加入適當過量的1

14、0%硫化鈉溶液，使其生成硫化汞沉淀，再加入35%硫酸亞鐵與過量的2價硫離子生成FeS沉淀，從而吸附硫化汞共沉淀下來，靜置后分離，再離心過濾，分離后清液經(jīng)檢測含汞量可降到0.002mg/L以下排放。另一種汞齊提取法，即在汞鹽廢液內(nèi)加入鋅屑或鋁屑，廢液中的汞很容易被鋅或鋁置換出來，汞能與鋅生成鋅汞齊，從而使汞從廢液中分離出來。4.1.3.2有機物實驗廢液的處理有機化學(xué)實驗產(chǎn)生的廢液，可重新蒸餾，回收有機溶劑。無回收價值的廢液可收集分類處理，一般可將其分類為可燃性物質(zhì)和難燃物質(zhì)。對于易于燃燒的有機廢液可將其統(tǒng)一收集到固定容器中，然后選擇室外安全的地方焚燒；對于難以燃燒的有機物質(zhì)和含水的高濃度有機類廢

15、液，可讓它們與可燃性物質(zhì)混合燃燒。對于燃燒后會產(chǎn)生二氧化氮、二氧化硫或氯化氫等有害氣體的有機廢液，需要在配備有洗滌器的焚燒爐中燃燒。4.2 調(diào)整或刪減部分化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容化學(xué)實驗教學(xué)實驗題目的選取既要滿足培養(yǎng)學(xué)生實驗技能的要求，又要充分考慮到開設(shè)此實驗可能造成的環(huán)境污染問題。因此，在滿足教學(xué)大綱要求的前提下,可結(jié)合新課改適當調(diào)整化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容。4.2.1 可考慮刪去針對性不太強且污染較大的實驗如可刪除“硫粉和鐵粉的反應(yīng)實驗”。原因之一是硫粉與空氣中的氧氣反應(yīng)會生成SO2氣體，造成大氣污染；二是由于教材同時安排了銅絲與硫的反應(yīng)實驗，而這兩個實驗的目的都是為了說明硫的性質(zhì)非?；顫?，容易跟金屬發(fā)生

16、反應(yīng)的事實。所以該實驗屬于重復(fù)性的實驗，為了減少SO2對大氣的污染，在實驗時可將其刪除。4.2.2 建議對存在較大缺陷的實驗課題進行適當改進如“銅與濃硝酸的反應(yīng)實驗”，教材中的方法是在盛有銅片的敞口試管中直接加入濃硝酸。這種實驗方法會導(dǎo)致有毒的二氧化氮氣體直接排入大氣而造成污染，對其進行改進可以在敞口試管上配以單孔塞，將二氧化氮排入到濃堿液中，使二氧化氮轉(zhuǎn)化為酸根。2NO2+2OH-=NO3-+NO2-+H2O還有一氧化碳還原氧化鐵的實驗，教材上是將未反應(yīng)的CO和產(chǎn)生的CO2收集在一個塑料袋中，而此實驗需持續(xù)地將CO通入玻璃管中，所以CO和CO2量較大，很容易使塑料袋炸裂從而導(dǎo)致有毒的CO逸于

17、大氣中，即使不炸裂，實驗后也要將袋內(nèi)的CO放空而污染大氣。其改進方法是將未反應(yīng)的CO用導(dǎo)管引到酒精燈火焰上燃燒使其轉(zhuǎn)化為CO2，且燃燒時放出的熱可縮短CO還原Fe2O3的時間。再如乙酸乙酯的制備，傳統(tǒng)的合成乙酸乙酯方法是用冰乙酸和乙醇反應(yīng)，濃硫酸作催化劑，酯化合成乙酸乙酯。選用硫酸作催化劑，雖然價錢低廉，但在反應(yīng)中如果控制不當易引起碳化，反應(yīng)后的酸性廢棄液不易分離。用近年發(fā)展起來的非酸性催化劑FeCl3·6H2O代替濃硫酸，這類催化劑優(yōu)點是沒有腐蝕性、無毒無害、產(chǎn)品質(zhì)量好、副反應(yīng)少、本身用量少，而且成本較低。同時也消除了學(xué)生擔心由于操作失誤而引起硫酸灼傷等事故的發(fā)生。再如“比較電解質(zhì)

18、溶液導(dǎo)電能力的實驗”，教材上用的酸、堿、鹽分別是鹽酸、醋酸、氫氧化鈉、氨水和氯化鈉，其中的鹽酸和氯化納溶液在通電時，電解產(chǎn)物中存在有害的氯氣，所以可以將鹽酸和氯化鈉溶液換為稀硫酸和硫酸鈉溶液。這樣既達到了比較電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力強弱的目的，又避免了氯氣的污染。4.3 設(shè)計串聯(lián)實驗串聯(lián)實驗是指將實驗優(yōu)化組合，通過調(diào)整實驗次序，使一個實驗的產(chǎn)物成為下一個實驗的原料，降低實驗成本。如“Na在Cl2中燃燒”和“Cu絲在Cl2中燃燒”兩個實驗就可合并在一起。方法是將光亮的細銅絲嵌進米粒大小周圍的氧化膜已去掉的鈉塊中，然后將鈉塊置于酒精燈火焰上灼燒片刻(近乎熔化狀態(tài))，并迅速置于氯氣中，觀察鈉和銅絲在氯氣中

19、的燃燒現(xiàn)象。再如“銅與濃硫酸反應(yīng)的實驗”可與“二氧化硫使品紅溶液褪色的實驗”合并在一起。4.4 改進實驗裝置改進實驗裝置，是防止有毒氣體逸散、有毒液體外溢的重要舉措。 例如：一氧化碳還原氧化銅演示實驗裝置可改進如下： 經(jīng)過改進后的實驗裝置，用石灰水來吸收反應(yīng)生成的CO2氣體，未反應(yīng)的CO用導(dǎo)管引到酒精燈火焰上燃燒使其轉(zhuǎn)化為CO2，且燃燒時放出的熱可縮短CO還原CuO的時間。4.5 積極開設(shè)微型化學(xué)實驗微型實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的實驗。微型化學(xué)實驗試劑用量是常規(guī)實驗的十分之一甚至百分之一，一般可節(jié)省試劑90%以上。開設(shè)微型實驗，能夠節(jié)約藥品，減少開支，降低實驗污染。微型實驗減少了環(huán)境污

20、染，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護意識，可持續(xù)發(fā)展意識，有利于“三廢”處理。由于微型實驗試劑用量的大幅度較少，使得廢液容易回收，實驗室污染較少90%，對徹底改變實驗室長期嚴重污染的局面起到了重要的作用，使實驗室環(huán)境質(zhì)量得到根本改善。例如：在進行酸、堿、鹽性質(zhì)實驗時，可以用九孔點滴板代替試管；以及用青霉素小藥瓶代替集氣瓶做氫氧混合爆炸實驗，所需試劑量為普通實驗的百分之一，產(chǎn)生的少量氯化氫氣體，加水吸收處理即可。例如：一氧化碳的制備和性質(zhì)實驗，用普通試管代替圓底燒瓶做制取氣體的反應(yīng)器，用細玻璃管代替粗玻璃管做一氧化碳還原金屬氧化物的性質(zhì)實驗，則殘留在裝置中無法處理的一氧化碳的量僅為原裝置中的十分之一，從

21、而大大降低了有毒的一氧化碳對空氣的污染程度。對比圖如下：微型化學(xué)實驗還能節(jié)省時間。準備實驗和學(xué)生完成實驗的時間，與相對應(yīng)的常規(guī)實驗相比，縮短實驗時間1/3至1/5。4.6 加強對化學(xué)實驗藥品貯藏室內(nèi)的管理加強對化學(xué)藥品貯藏室的管理，嚴格按照藥品的性質(zhì)進行保存并進行分類，如液溴的揮發(fā)性很強，若保存不當逸出的溴蒸氣，帶有強烈刺激性臭味，它既污染了教室環(huán)境又嚴重地影響了師生的身體健康，所以要將液溴裝在棕色瓶中，用水密封，瓶口還要用蠟封，取用、配制時要在通風櫥內(nèi)進行，防止吸入溴蒸氣。實驗員要經(jīng)常檢查試劑瓶塞有無被腐蝕、變質(zhì)，如有破損，要及時更換，防止藥品揮發(fā)。4.7 在師生中積極開展環(huán)保意識教育 保護環(huán)境、消除或減輕實驗污染的前提條件是提高思想認識。各個學(xué)?？梢酝ㄟ^舉辦“環(huán)境與人類可持續(xù)發(fā)展”講座或圖片展覽，使同