吴龙华　汪婷婷　吴士筠　徐文广　樊光泽

摘 要：本文以武汉工商学院为例，针对高校实验室废物综合利用问题，结合本校环境工程专业人才培养方案，对实验教学体系进行研究和改革，从实验教学管理和科研探索两大方面着手，让学生在实验过程中，领会节能减排和清洁生产的理念及特点；通过以解决实验室废物处理问题为目标的科研探索，促使学生掌握各种专业技能，提高学生分析问题、解决问题的综合能力，培养学生的创新思维。

关键词：实验室废物 综合利用 实验教学 创新

随着高校实验室的规模和功能的不断发展，其产生的废弃物也越来越多，尤其是化学、环境和生物类的实验室，会产生很多酸碱、重金属、高浓度有机物或含有大量微生物的培养基等毒害大的废液、废弃物，其中绝大部分属于危险废物，对环境的危害极大，不能直接排放，需要委托具有相应处理资质的单位进行处理、处置，而这些废弃的溶液、试剂的处理费用往往是购买费用的2～3倍[1]，因此每年各高校实验室会花费一大笔资金用于这些实验室废物的处理，不仅造成巨大的资源浪费，还增加了末端治理的压力。要解决这一问题，最有效的方法就是从源头削减实验室废物的排放，对废弃物的种类、特点进行分析研究，并结合高校自身的教学特点和需求，对其加以综合利用，最大程度的实现节能减排。

武汉工商学院环境与生物工程学院实验教学中心是湖北高校省级重点实验教学示范中心，针对学院各专业实验室产生的废弃物特点和数量，以循环经济为理念，以资源的高效利用和循环利用为目标，以“减量化、再利用、资源化”为原则，结合我院环境工程专业人才培养方案，进一步探索实验教学改革，合理地设计实验教学环节及科学研究课题，将各实验室产生的废弃物进行综合利用，既能大幅降低实验室耗材的消耗，降低废弃物的处理费用，达到节能减排的效果，又能通过科学的实验教学体系，让学生参与到此过程中，灌输循环经济和清洁生产的理念，培养学生的动手能力，并逐步提高学生的独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，训练其运用理论知识去进行分析、设计和开发的实践技能，培养出符合应用型工程教育理念的要求和适应社会发展的新型人才[2]。

近几年，我院环境与生物工程教学实验教学中心针对实验室废物综合利用问题，进行了大量的研究，通过不断探索实践，开发新的实验项目，调整实验教学及实验室管理模式，取得了一些成效，本文将以武汉工商学院为例，阐述基于实验室废物综合利用的实验教学体系研究的主要内容，即从实验教学管理和科研探索两大方面着手，让学生在实验过程中，领会节能减排和清洁生产的理念及特点，并通过以解决实际问题为目标的科研探索，掌握各种专业技能，提高学生分析问题、解决问题的综合能力，培养学生的创新思维。

一、实验教学管理

1.从源头上减少污染物的产生

（1）合理安排实验项目，减少使用毒性大的物质

对现已开设的实验项目进行原料、样品等方面的分析，对于已使用的毒性较大的物质，通过查阅资料，寻找合适的替代物质，以尽量减少有毒有害物质的使用；

（2）探索小型及微型实验，减少试剂的用量

对于已使用的用量较大的物质，分析其实验特点，通过缩小实验的规模、控制好实验条件、选择合适的实验方法等途径，减少实验原材料的消耗，从而达到减少污染物的排放的目的。如我院测定水中COD的测定实验，由采用原来的水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法改变为水质 化学需氧量的测定 快速消解分光光度法，减少了试验中相应试剂的使用量，同时缩短了实验时间。

（3） 建立虚拟仿真实验教学平台

虚拟仿真实验可以实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作条件下，在高成本、高消耗、大型实验或综合训练等情况时，可以利用虚拟仿真技术改变实验系统的构建模式，提升实验仪器的整体性能，突破实验操作的时空限制，提供可靠、安全和经济的实验项目[3]。针对环境与生物工程等专业实验教学与实训实习“高污染、高能耗、高风险、高投入”的特点，我校和北京东方仿真软件技术有限公司合作，在湖北省重点实验教学示范中心基础上建立了环境与生物工程虚拟仿真实验教学中心，构建了适合专业特点的虛拟仿真实验教学平台，开设了70余项虚拟仿真实验项目，涵盖了基础化学实验、环境工程、生物工程和生物制药专业相关实验项目。在全面提高学生实践和思维能力的同时，也实现了从源头上减少污染物排放的宗旨。

2.实验室废物综合利用与实验教学的有机结合

将实验室废弃物的处理、综合利用与实验教学结合起来，使各个实验室的废弃物从产生、收集、设计综合利用方案、实施具体方案贯穿于整个实验教学体系中，让学生在学习实验技能的同时，也解决了实验室废物的处理问题。根据细化各废弃物的回收综合利用方案和工艺，将其与实验教学巧妙结合，开发新的实验项目，调整、设计合理的实验课程教学体系，同时兼顾了实验教学效果和实验室废物的综合利用。

实验教学过程中产生的废弃物经分类、分质收集后，具有纯度不够高和浓度不准确的特点，只能回用于对浓度和纯度要求不高的实验项目，比如定性实验、培养活性污泥、配制工业废水等。因此制定回收利用的方案，需要统计出各实验项目中所需的对纯度和浓度要求不高的试剂、样品名称和用量，与收集的废弃物进行对照，将这些废弃溶液、试剂等替代原有的实验试剂、样品等，达到废物回收的目的。

以武汉工商学院为例，以下是几类最常产生的废弃物的综合利用方案：

（1）酸碱废液

酸和碱是各类实验室常用的两种物质，最常用的为盐酸、硫酸、氢氧化钠、氨水等，将实验过程中产生的废液按照种类、浓度的不同分开收集、暂存，浓度大于1mol/L的盐酸溶液可用于《环境工程综合实验》课程中的《酸性废水中和过滤实验》的模拟废水的配制；浓度大于0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，可以用于《无机及分析化学实验》课程中的《滴定分析操作练习》实验，其他各浓度的酸碱废液，可用于活性污泥培养、工业废水等pH值的调节、定性实验等。endprint

（2）强氧化剂

高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等强氧化剂也是各类实验室常用的几种物质，浓度大于0.1mol/L高锰酸钾溶液可以用于《无机定性实验》，也可作为氧化剂用于处理还原性的废水，用于《环境工程综合实验》或《生物废水处理工程技术》等实验课程；废弃的重铬酸钾固体，因其含有少量杂质不能作为标准样品使用，可以用来配制铬酸洗液，同样也可以作为氧化剂用于处理还原性废水；过氧化氢与亚铁离子可形成氧化性很强的Fenton试剂，用于《Fenton试剂处理染料废水实验》和《生物废水处理工程技术》实验课程中高级氧化方向的课题研究。

（3）各类重金属废液

重金属是毒性较大的一类物质，因此在《环境监测实验》、《环境工程综合实验》和各类技术课、科研活动中都会针对重金属废水进行测定、降解、去除的各种实验，因此，将部分实验产生的重金属废液，作为其他实验项目或科研活动中的废水，不但可以减少重金属废液的排放量，而且由于其中含有少量的杂质，更接近真实的工业废水，如何排除测定、降解过程中杂质的干扰作用，对学生和教师的能力也是一种挑战和考验，在减排的同时，也提高了学生处理实际问题的能力，达到了提升教学效果的作用。部分铁盐、铝盐废液可用于《环境工程综合实验》实验课程的《絮凝沉降实验》中作为絮凝剂使用。

实验室常用的铬酸洗液，失效后变绿，可浓缩冷却后用高锰酸钾粉末氧化，直至溶液呈深褐色或微紫色后用砂芯漏斗滤去 Mn O2沉淀后再用。

（4）各类有机废液

各种有机废液也是实验室经常产生的一类废弃物，除了作为有机溶剂处理样品、进行定性实验外，有机废液还可以用来配制模拟废水，如《水中COD的测定实验》，可以用废弃的甲醇来配制，《生物废水处理工程技术》中，可用各种有机废液配制为不同类型的工业废水，让学生自行查阅资料，用不同的处理方法进行降解，完成实验。

（5）生物废弃物

实验室产生的生物类廢弃物主要有培养基、培养液等，其特点是含有丰富的微生物和营养物质，而环境工程的专业实验经常会用到生物法处理废水，需要大量培养活性污泥，这些富含微生物和营养物质的培养基、培养液正好可以用上。但废弃培养基的收集过程中，也要注意分类、分质，培养活性污泥时，也要根据活性污泥的状态，根据所需C、N、P的比例来投加营养物质，以免出现活性污泥性状改变，不合实验要求。处理微生物实验废水常用的方法是热力消毒灭菌和化学药剂消毒灭菌。热力消毒灭菌法是通过高温加热使废水温度达到或超过某些有害微生物存活温度的最高极限，杀死细菌，以确保排出废水的安全[4]。

3.加强实验室废物的回收和管理

实验教学是产生实验室废物的最主要环节，因此重点要加强实验教学过程中的管理，实验指导教师应将试剂的节约、废物的回收、存放作为实验教学的重要组成部分，让学生在实验过程中不仅仅只是学习实验操作和技能，还要重视实验材料和废物的全过程管理，领会节能减排和清洁生产的理念及特点，并付诸于实践。实验课后，实验室管理人员应进一步对实验室废物进行分类管理，分别贴好标签，注明废物产生的日期、种类、性质及所含成分，以便日后进行综合利用。将实验室废物混合存放时，应考虑兼容性，以免产生激烈反应、火灾或爆炸、中毒等事故。

二、科研探索

1.设计循环实验项目

循环实验是指 2个或 2 个以上实验串联在一起，上一个实验的产品将是下一个实验的主要原料。例如，活性炭的制备实验；制备好的活性炭可以用来吸附实验室废水中的重金属或有机物的实验；吸附了重金属的活性炭可以进行重金属解析实验，进行重金属回收，而吸附有机物的活性炭可以进行热再生；解析或再生后的活性炭又可以再次利用到吸附废水中的重金属或有机物的实验中，形成一个循环的实验体系。这个实验体系不仅可以处理部分实验室废水，同时也让学生学到了活性炭处理废水的整个工艺。

2.加大实验室开放力度，鼓励学生开展创新实验

为了鼓励学生大胆创新，武汉工商学院环境与生物实验教学分中心实行了实验室全天候的预约开放，同时，学校也设置了创新学分，只要学生的创新成果得到了学校认可，即可获得该学分，这些举措都大大提高了学生对科研探索的积极性，也激励着学生在科研的道路上，克服困难，勇往直前。学生们利用自己的空余时间，自行查阅资料、选择科研课题，到实验室进行科研实验探索，实验过程中，根据需要对实验室废物进行综合、循环利用[5]。学生也可以实验室废弃物综合利用的方案设计作为科研小课题，自行设计方案，并进行实验论证。

综上所述，武汉工商学院环境与生物工程教学分中心基于实验室废物的综合利用，通过多年的探索实践，对环境工程专业实验教学体系进行研究和改革，在实验教学过程中强化实验室管理，让学生领会节能减排和清洁生产的理念及特点，促使学生掌握各种专业技能，提高学生分析问题、解决问题的综合能力，取得了良好的教学效果，满足我院“工程教育理念”的要求和适应社会发展的新型人才的需求，同时不断探索实验室废物最大程度的综合利用方式，减少了实验室污染物的产生及排放。

参考文献

[1]王莹，张丽娟，曹魁，徐冰.高校化学实验室废物处理与循环利用[J].环境科学与管理，2012，（12）：76-78.

[2]刘葵，汪建明. 循环实验模式的构建与教学实践[J]. 实 验 室 研 究 与 探 索，2012，（3）：140-142.

[3] 银玉容，朱能武，施召才等. 虚拟仿真实验系统在给排水工程专业实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2016，（1）：111-113.

[4]李志群，施艳秀，郑向红等. 高校实验室的废物处理方法初探[J].化纤与纺织技术，2014，（1）：32-35.

[5]王 峰，鱼 静.高校开放实验室与学生创新能力培养[J].实验室研究与探索，2011，30（3）：320-323.endprint