2018年12月26日9时34分,北京交通大学市政环境工程系学生在学校东校区二号楼环境工程实验室里,进行垃圾渗滤液污水处理科研实验期间,现场发生爆炸,造成3名参与实验的学生死亡。
根据媒体猜测,可能的原因之一,是实验厌氧处理环节产生的甲烷发生爆炸。
日常生活中会产生大量的垃圾,最主要处理方式就是填埋。这个过程中,垃圾本身含的水、雨水等,就会逐渐渗出形成渗滤液,会形成二次污染,所以需要妥善的方法处理。
目前,处理渗滤液的一种主体工艺为生物法。渗滤液是一种高浓度有机污水,适宜微生物生长繁殖,生物法就是通过微生物的代谢分解有机物和毒物,把它们转化为稳定无害的物质。往下,还可细分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧-好氧组合工艺。好氧法处理过程中需要不断通气,让微生物进行有氧呼吸,所以需消耗大量的能源。
厌氧法则是让微生物进行厌氧呼吸,这个过程就会产生大量甲烷,也会产生二氧化碳和散发臭味的氨气、硫化氢等等。这种方法相比于好氧法,具有能耗小、污泥产生量少、对营养物要求低、产生可利用的能源-沼气等优点。厌氧法与曾经大力推广的沼气池非常相似。
处理垃圾渗滤液,易发生爆炸。微生物的发酵过程需要一定的反应容器,一般实验室使用的是不锈钢的发酵罐,如下图这个长的像高压灭菌锅一样的装置;产生的气体会被收集起来,做进一步的分析和处理。
影响试验过程的因素非常多。我们的生活垃圾很复杂,因此实验产生的渗滤液成分和水量变化就非常大,产气量变化也会非常大,很有可能发生处理系统承受不了巨大的冲击负荷而崩溃的情况。甲烷、氨、硫化氢……这些气体在空气中达到一定的浓度,就会形成爆炸性的混合气体。
一个小实验室就曾出现过一次小型事故:一个装有活性污泥的4升密闭塑料罐“炸”了。小小一个塑料桶存放多日后,里面的微生物代谢产生了大量气体,但没人注意到这个小桶的“膨胀”,直到小桶爆炸。实验室的棚顶溅上了恶臭的污泥,可想爆炸的威力有多大。幸好这次事故没有造成人员受伤,大家只是受到不小的惊吓,但污染了整个实验室,整个楼层弥漫着恶臭,损失也不小!
可能原因之二:据《科技日报》,有新闻称是爆炸又导致了镁粉桶起火。为什么实验室里会有镁粉呢?据《科技日报》采访,污水处理专家表示“垃圾渗滤液的氨含量太高,镁是用来与氨、磷酸根反应生成鸟粪石,从而达到脱氨的效果”。
镁粉受潮时容易自燃、自爆;正常情况下镁粉密封储存在桶里,是安全的。然而,剧烈燃烧时,镁不仅能和氧气、氮气反应,还能和二氧化碳发生燃烧反应,这也可能是本次爆炸事故如此严重的原因之一。(镁燃烧时,不能用二氧化碳灭火器灭火,而要使用砂子或干粉灭火器。)
此外,镁粉作为一种十分危险的易燃物品,不应当大量地存在于实验室附近。如果真的大量到用“桶”来装,且因未密封而有爆炸风险,就明显违反了实验室安全管理条例。
据《科技日报》,有新闻称是爆炸又导致了镁粉桶起火。为什么实验室里会有镁粉呢?据《科技日报》采访,污水处理专家表示 “垃圾渗滤液的氨含量太高,镁是用来与氨、磷酸根反应生成鸟粪石,从而达到脱氨的效果”。
镁粉受潮时容易自燃、自爆;正常情况下镁粉密封储存在桶里,是安全的。然而,剧烈燃烧时,镁不仅能和氧气、氮气反应,还能和二氧化碳发生燃烧反应,这也可能是本次爆炸事故如此严重的原因之一。(镁燃烧时,不能用二氧化碳灭火器灭火,而要使用砂子或干粉灭火器。)
此外,镁粉作为一种十分危险的易燃物品,不应当大量地存在于实验室附近。如果真的大量到用“桶”来装,且因未密封而有爆炸风险,就明显违反了实验室安全管理条例。
近年来国内高校实验室事故频发,盘点如下:
1. 复旦大学化学西楼实验室发生爆炸 未有人员伤亡
2006年3月15日凌晨左右,复旦大学化学西楼一实验室内突发爆炸,放置室内的试管、容器等相继发生连锁爆炸,所幸未酿成人员伤亡。
2. 云南大学实验室发生化学爆炸 博士生被炸伤
2008年7月11日10时许,云南大学北院云南省微生物研究所5楼510实验室,一名临近毕业的博士生在做实验时发生化学爆炸,该名博士生被严重炸伤。
3. 北京理工大学一实验室爆炸5人受伤
2009年10月23日下午1点多,北京理工大学新5号楼一实验室发生爆炸,导致5人受伤,其中有一名实验室负责老师、两名学生和两名设备调试工程师。
4. 川大化工实验室发生爆炸 3名学生受伤
2011年4月14日15时45分,四川大学江安校区第一实验楼B座103化工学院一实验室,3名学生在做常压流化床包衣实验,实验物料意外爆炸,导致3名学生受伤。
5. 南开大学化学实验室爆炸 一女生手部严重受伤
2011年12月7日上午11点左右,南开大学一名女生在做化学实验时发生了意外,手部严重受伤。
6. 南京理工大学废弃实验室爆炸致1死3伤
2013年4月30日上午9点左右,南京理工大学校内一废弃实验室拆迁施工发生意外爆炸,现场施工的4名工人2名重伤,2名轻伤,其中1名重伤人员经医院抢救无效死亡。
7. 江苏一常州工程学院实验室爆炸
2014年12月4日中午11时左右,江苏省常州工程学院合一楼化工系顶楼实验室发生爆炸,现场一片狼藉,伤亡不详。
8. 中国矿业大学实验室爆炸致1死4伤
2015年4月5日中午,位于徐州的中国矿业大学化工学院一实验室发生爆炸事故,致5人受伤,1人抢救无效死亡。
9. 安徽一中学实验室爆炸 3名教师受伤
2015年4月29日上午,安徽省淮北矿务局朱仙庄矿中学的实验室突然发生爆炸,事故造成3名教师受伤。
10. 清华实验室爆炸一博士后身亡
2015年12月18日10点,清华大学化学系实验室发生一起爆炸事故,一名博士研究生在实验室内使用氢气做化学实验时发生爆炸,后被确认身亡。
11. 江苏苏州大学实验室发生爆炸
2015年6月17日下午16:30分左右, 苏州大学物理楼二楼实验室在处理锂块时发生爆炸,苏州消防调集7辆消防车参与救援,无人员受伤。
12. 北京化工大学实验室着火
2016年1月10日中午北京化工大学科技大厦一间实验室内又突然着起了火。不过幸运的是,现场无人员伤亡。
13. 上海东华大学生物实验室发生爆炸
2016年9月21日,位于松江大学园区的东华大学化学化工与生物工程学院一实验室发生爆炸,两名学生受重伤,一名学生受轻微擦伤,暂无教师受伤。
实验室常见的爆炸事故原因及应对措施
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实验室发生爆炸事故的原因
实验室发生爆炸事故的原因大致如下:
(1) 随便混合化学药品。氧化剂和还原剂的混合物在受热。摩擦或撞击时会发生爆炸。表1-1中列出的混合物都发生过意外的爆炸事故。表1-2为不能混合的常用药品。
表1-1 加热时发生爆炸的混合物示例
镁粉—重铬酸铵 |
有机化合物—氧化铜 |
镁粉—硝酸银 |
还原剂—硝酸铅 |
(遇水产生剧烈爆炸) |
氧化亚锡—硝酸铋 |
镁粉—硫磺 |
浓硫酸—高锰酸钾 |
锌粉—硫磺 |
三氯甲烷—丙酮 |
铝粉—氧化铅 |
铝粉—氧化铜 |
表1-2 不能混合的常用药品一览表
药 品 名 称 |
不能与之混合的药品名称 |
碱金属及碱土金属如钾、钠、锂、镁、钙、铝等 |
二氧化碳、四氧化碳及其它氯代烃,钠、钾、锂禁止与水混合。 |
醋酸 |
铬酸、硝酸、羟基化合物,乙二醇类、过氯酸、过氧化物及高锰酸钾。 |
醋酸酐 |
同上。还有硫酸、盐酸、碱类。 |
乙醛、甲醛 |
酸类、碱类、胺类、氧化剂。 |
丙酮 |
浓硝酸及硫酸混合物,氟、氯、溴。 |
乙炔 |
氟、氯、溴、铜、银、汞。 |
液氨(无水) |
汞、氯、次氯酸钙(漂白粉)、碘、氟化氢。 |
硝酸铵 |
酸、金属粉末、易燃液体、氯酸盐、硝酸盐、硫磺、有机物粉末、可燃物质 |
溴 |
氨、乙炔、丁二烯、丁烷及其他石油类、碳化钠、松节油、苯、金属粉末 |
苯胺 |
硝酸、过氧化氢(双氧水)、氯。 |
氧化钙(石灰) |
水 |
活性碳 |
次氯酸钙(漂白粉)、硝酸。 |
铜 |
乙炔、过氧化氢。 |
(2) 密闭体系中进行蒸馏、回流等加热操作。
(3) 在加压或减压实验中使用不耐压的玻璃仪器。
(4) 反应过于激烈而失去控制。
(5) 易燃易爆气体如氢气、乙炔等烃类气体、煤气和有机蒸气等大 量逸入空气, 引起爆燃。 常见易燃易爆物质蒸气在空气中爆炸极限见表1-3。
表1-3 易燃物质蒸气在空气中爆炸极限
名称 |
爆炸极限(体积,%) |
氢气 |
4.1~74.2 |
乙炔 |
3~82 |
二硫化碳 |
1~44 |
乙醛 |
4~57 |
一氧化碳 |
12.5~74 |
乙醚 |
1.9~36.5 |
丙酮 |
2.6~13 |
甲醇 |
6.7~36.5 |
乙醇 |
3.3~19 |
丙醇 |
2.1~13.5 |
二噁烷 |
2~22.2 |
苯 |
1.4~8 |
(6) 一些本身容易爆炸的化合物,如硝酸盐类、硝酸酯类、三碘化氮、芳香族多硝基化合物、乙炔及其重金属盐、重氮盐、叠氮化物、有机过氧化物(如过氧乙醚和过氧酸)等,受热或被敲击时会爆炸。强氧化剂与一些有机化合物接触,如乙醇和浓硝酸混合时会发生猛烈的爆炸反应。
(7) 搬运钢瓶时不使用钢瓶车,而让气体钢瓶在地上滚动,或撞击钢瓶表头,随意调换表头,或气体钢瓶减压阀失灵等。
(8) 在使用和制备易燃、易爆气体时,如氢气、乙炔等,不在通风橱内进行,或在其附近点火。
(9) 煤气灯用完后或中途煤气供应中断时,未立即关闭煤气龙头。或煤气泄漏,未停止实验,即时检修。
(10) 氧气钢瓶和氢气钢瓶放在一起。
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实验室常见的爆炸事故
由于实验操作不规范,粗心大意或违反操作规程都能酿成爆炸事故。例如:
(1) 配制溶液时,错将水往浓硫酸里倒,或者配制浓的氢氧化钠时未等冷却就将瓶塞塞住摇动都会发生爆炸。
(2) 减压蒸馏时,若使用平底烧瓶或锥瓶做蒸馏瓶或接收瓶,因其平底处不能承受较大的负压而发生爆炸。
(3) 对使用的四氢呋喃,乙醚等蒸馏时,由于这类试剂放久后会产生一定的过氧化物,在对这些物质进行蒸馏前,未检验有无过氧化物并除掉过氧化物,过氧化物被浓缩达到一定程度或蒸干易发生爆炸。
(4) 制备易燃气体时,一定要注意附近不要有明火,在制备和检验氧气时,一定要注意不要混有其它易燃气体。例如氧气制备、氢气制备,实验中若操作不慎易发生爆炸(见着火一节)。
(5) 金属钾、钠、白磷遇火都易发生爆炸。
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爆炸事故的预防与急救
爆炸的毁坏力极大,危害十分严重,瞬间殃及人身安全。必须引起思想上足够的重视,为预防爆炸事故发生,必须遵守以下几点:
(1) 凡是有爆炸危险的实验,必须遵守实验教材中的指导,并应安排在专门防爆设施(或通风框)中进行。
(2) 高压实验必须在远离人群的实验室中进行。
(3) 在做高压、减压实验时,应使用防护屏或防爆面罩。
(4) 绝不允许随意混合各种化学药品,例如:高锰酸钾和甘油。
(5) 在点燃氢气、CO等易燃气体之前,必须先检查并确保纯度。银氨溶液不能留存。某些强氧化剂(如氯酸钾、硝酸钾、高锰酸钾等)或其混合物不能研磨,否则都会发生爆炸。
(6) 钾、钠应保存在煤油中,而磷可保存在水中,取用时用镊子。一些易燃的有机溶剂,要远离明火,用后立即盖好瓶塞。
如果发生爆炸事故,首先将受伤人员撤离现场,送往医院急救,同时立即切断电源,关闭煤气和水龙头,并迅速清理现场以防引发其它着火中毒等事故。如已引发了其它事故,则按相应办法处理。
化学实验室常见危险品及其保存
1. 爆炸品
特性:摩擦、震动、撞击、碰到火源、高温能引起激烈的爆炸。 实例:三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维、苦味酸、雷汞等。
保管与使用时的注意事项:装瓶单独存放在安全处。使用时要避免摩擦、震动、撞击、接触火源。为避免造成有危险性的爆炸,实验中的用量要尽可能少些。
2. 易燃气体
特性:遇明火易燃烧;空气的混合物达到爆炸极限范围,遇明火、星火、电火花均能发生猛烈的爆炸。
实例:氢气、甲烷、 一氧化碳等。
保管与使用时的注意事项:要密封(如盖紧瓶塞)防止倾倒和外溢,要远离火种(包括易产生火花的器物)。
3. 易燃液体
特性:易挥发,遇明火易燃烧;蒸气与空气的混合物达到爆炸极限范围,遇明火、星火、电火花均能发生猛烈的爆炸。
实例:汽油、苯、甲苯、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、乙醛、氯乙烷 二硫化碳等。
保管与使用时的注意事项:要密封(如盖紧瓶塞)防止倾倒和外溢,存放在阴凉通风的专用橱中,要远离火种(包括易产生火花的器物)和氧化剂。
4. 易燃固体
特性:着火点低,易点燃,其蒸气或粉尘与空气混合达一定程度,遇明火或火星、电火花能激烈燃烧或爆炸;跟氧化剂接触易燃烧或爆炸。
实例:硝化棉、萘、樟脑、硫黄、红磷、镁粉、锌粉、铝粉等。
保存及使用时的注意事项:跟氧化剂分开存放于阴凉处,远离火种。
5. 自燃品
特性:跟空气接触易因缓慢氧化而引起自燃。
实例:白磷(白磷同时又是剧毒品)
保管及使用时的注意事项:放在盛水的瓶中,白磷全部浸没在水下,加塞,保存于阴凉处。使用时注意不要与皮肤接触,防止体温引起其自燃而造成难以愈合的烧伤。
6. 遇水燃烧物
特性:与水激烈反应,产生可燃性气体并放出大量热。
实例:钾、钠、碳化钙、磷化钙、硅化镁、氢化钠等。
保管与使用时的注意事项:放在坚固的密闭容器中,存放于阴凉干燥处。少量钾、钠应放在盛煤油的瓶中,使钾、钠全部浸没在煤油里,加塞存放。
7. 强氧化剂
特性:与还原剂接触易发生爆炸。
实例:过氧化钠、过氧化钡、过硫酸盐、硝酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐等。
保管及使用时的注意事项:跟酸类、易燃物、还原剂分开,存放于阴凉通风处。使用时要注意其中切勿混入木屑、炭粉、金属粉、硫、硫化物、磷、油脂、塑料等易燃物。
8. 毒品
特性:摄入人体造成致命的毒害。
实例:氰化钾、氰化钠等氰化物,三氧化二砷、硫化砷等砷化物,升汞及其他汞盐,汞和白磷等均为剧毒品,人体摄入极少量即能中毒致死。可溶性或酸溶性重金属盐以及苯胺、硝基苯等也为毒品。
保管与使用时的注意事项:剧毒品必须锁在固定的铁橱中,专人保管,购进和支用都要有明白无误的记录,一般毒品也要妥善保管。使用时要严防摄入和接触身体。
9. 强腐蚀性物质
特性:对衣物、人体等有强腐蚀性。
实例:浓酸(包括有机酸中的甲酸、乙酸等)、固态强碱或浓碱溶液、液溴、苯酚等。
保管与使用时的注意事项:盛于带盖(塞)的玻璃或塑料容器中,存放在低温阴凉处。使用时勿接触衣服、皮肤,严防溅入眼睛中造成失明。