中学化学实验室成污染源

中学化学实验课上都有这样一个美妙的场景：清澈透亮的硫酸铜溶液，滴入适量氢氧化钠，马上产生美丽的蓝色絮状沉淀。如魔术般神奇的化学实验太让人着迷了。
日前，由昆明第十四中学师生20人组成的科技竞赛代表队，参加了新加坡第13届基础科学博览会暨2012年安德逊初级学院（以下简称“安初学院”）科技挑战赛。其中杨俊凡、谌亿、赵子文、李涵彭皓4名学生的研究项目《中学化学实验室的绿色化研究》荣获金奖。在这篇论文中，他们提出了一个极少有人关注的问题：中学化学实验室是一种不容忽视的污染源，其污染种类复杂，虽然每次排放的污染物量不算大，但“聚沙成塔”的累计效应会造成较大的毒害。
中学化学实验设计很少考虑污染问题
化学实验是化学学习和研究的基本方式，实验室的环境质量直接关系到教师和学生的身体健康。据教育部2010年的统计，目前我国拥有普通高中14058所，初中5.49万所。每天数以万计的中学生在做着各种各样的化学实验。
我国比较重视在化学教育中渗透环境教育，在环境教育的内容编排上，涉及当今世界上主要的环境及污染问题，例如教材中分别穿插有关“大气污染、水污染、温室效应、酸雨、臭氧空洞”等内容。
“但化学是一门以实验为基础的自然科学，现行初、高中教材有60%的知识通过实验引入，但教材中的实验设计只重视了操作方便、装置简单、现象明显，却很少顾及环境污染问题，更谈不上对实验进行绿色化设计。”昆明第十四中学副校长、中学化学特级教师魏戚光说：“在实验教学中，大多数学校忽视了化学实验室的污染问题，对化学实验室的废弃物很少进行处理就直接将它们排放到环境中，不仅严重污染环境，也对人体健康造成损害。”
十四中团委书记、中学化学一级教师陈明告诉记者，化学实验室废弃物主要有三类：废液、废气和固体废弃物。
废液包括：多余溶液、实验残液、失效的贮藏液、清洗仪器时的废液等。“几乎所有的化学实验都不同程度存在着废水污染问题。这些废液中成分非常复杂，包括最常见的有机物、重金属离子、有害微生物和细菌毒素等。这些废液大多具有易燃性、腐蚀性和毒害性，有的甚至还可以致癌。”陈明说。
实验室常见的废气污染物主要包括酸雾、甲醛、苯系物、各种有机溶剂和汞蒸气等。这些污染物对人体伤害较大。硫化氢气体对人的眼睛、上呼吸道黏膜有强烈的刺激作用；甲醛会刺激眼睛和呼吸道；苯是致癌物质；甲苯可能引起贫血。按照要求，实验室中直接产生有毒、有害气体的实验都要在通风橱内进行，这虽然保证了室内空气不被污染，保护了实验人员的健康安全，却污染了周围空气。
实验室产生的固体废弃物包括多余样品、实验产物、消耗或破损的实验用品（如玻璃器皿、棉花）、残留或失效的化学试剂等。这些固体废弃物成分复杂，涵盖各类化学污染物，尤其是不少过期失效的化学试剂，处理稍有不慎，很容易导致严重的污染事故。
“中学化学教材中有不少与化学有关的内容，绿色化学是对环境更友善的化学，它要求任何一个与化学有关的活动对人类的健康和环境都应该是友好的，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，它的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，强调从源头上消除污染，是符合可持续发展要求的。”魏戚光说，“减少中学化学实验室废弃物，及时对废弃物污染进行处理已迫在眉睫。”
绿色化学实验室建设树立了学生环保观念
昆明第十四中学的学生们想了很多办法减少实验室污染。
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比如，他们在教师的指导下，使用微型化的仪器装置进行实验，试剂用量大幅减少。吸热反应的实验，药品减半；物质的量浓度配置实验，将用量由500ml改为100ml；浓硫酸的脱水性实验，蔗糖用量减半；学生分组进行物质性质实验，均采用小试管或点滴板进行。
他们还对部分实验方案进行重新设计和完善，如铜和浓硫酸反应的实验，将铜片改为铜丝，通过调节铜丝的位置，直接控制反应，再根据需要随时终止反应。通过这样的改进，不仅降低了试剂使用量，还缩短了实验时间，优化了实验效果。
一些连接仪器多，容易产生有毒有害物质，危险性大的实验也被进行了改造。比如，将实验室制取氯气的实验借助T型管控制尾气排放，防止有毒气体逸散。
各种各样的方法都被用上了。
在不影响实验效果的前提下，学生们还寻找一些无毒害的药品来替换有毒害的药品；寻找一些对环境无影响或影响较小的药品来替代对环境影响较大的药品。如溶液的导电性实验，盐酸和氯化钠在通电时会产生有害的氯气，将它们换成硝酸钠和稀硝酸，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。又如用CuSO4溶液代替水与电石反应，产生的H2S气体就可以和CuSO4溶液反应而被吸收，减少污染。
他们还对某些化学试剂进行循环再利用，如将实验室制氨气后产生的CaCl2固体进行回收，作干燥剂使用；寒、暑假时将废碱液放在化学药品室，吸收酸性气体，减少药品室环境污染。
“这些措施节约了药品，减少了开支，是降低成本，减少实验污染的简便方法。”陈明说，“更重要的是，在教学中开展绿色化学实验，激发了学生学习化学的兴趣，强化了学生实验动手能力、树立了环保观念。”
陈明说，目前许多学校并没有意识到实验室的污染问题，造成的污染还不知道该如何处理，即使想处理也是心有余而力不足，只得任其排放。因此，他建议有关单位应制定出一套“化学实验室污染处理”的措施，以便各校参照使用，从而推进化学实验室绿色化建设，更好地保护环境。
中学化学课堂教学是最直接的环保教育基地
在陈明的指导下，4名学生完成的《中学化学实验室的绿色化研究》在新加坡获得金奖，并赴新加坡安初学院交流学习。
新加坡之旅，2013届10班的李涵彭皓最感兴趣的是新加坡对学生环保意识的培养，“这一点在他们的实验室得到了充分的体现”。
在安初学院的理化生实验室，李涵彭皓看到，这里的每个试验台都配有废液回收装置，学生实验完成后，回收对环境有污染的有害物质；实验台面有干净的抹布，在做完实验的同时，遗留下来的污渍及时清理，不会给实验台面造成污染；实验室的仪器制备较为先进，很多实验借助仪器可以轻松实现微量化，在减少实验成本的同时还减少了对环境的破坏。
2013届8班的谌亿最关注的是安初学院如何将化学实验所产生的废液和其他废弃物进行处理。通过观察和亲身体验，他发现，安初学院对各种不同的废液进行的是分类处理，废液在处理之后还能够再次利用。在实验室的下水道出口，他们还安装了检测仪器，随时都能检测到从实验室流出的液体的情况，这样就做到了双重保险，更加减少了实验废液对水体乃至环境的影响。
2013届6班的杨俊凡始终对安初学院实验室里那个装气体的注射器保持怀疑，“我生怕它会漏气。”他拧了几下，“结果发现我的担心是多余的。这种注射器是学校特制的，绝不会将废弃的气体排放到大气中。”
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安初学院的很多细节，让中国师生体会到了新加坡如何在日常的教育教学中提高学生对环境的保护意识，如校园内的雨水回收设施；实验室的垃圾桶始终在最醒目的地方，没有一点脏乱的迹象；所有的中学实验室建有废液处理池，实验后的废液和其他废弃物要统一进行处理，处理后的废液还要经检测过关后才能排入城市污水管道系统。
“事实上，目前国内对环境保护和环境污染及其治理方法的研究做得很多，但与中学生相关的环境教育却很少，环保知识教育也仅限于提高国民素质的普及教育，忽略了学校教育中与学科教学相结合的特点。”魏戚光说，“化学与环境污染密切相关，环境污染主要是由化学污染物造成的，很多环境问题的解决要依靠化学的方法来实现，中学化学课堂教学是最直接的环保教育基地，只有把环保教育贯穿于化学学科教学的课内课外，把中学研究性学习与环保教育联系起来，才能真正培养学生的科学素养。”
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