實驗室泄漏事故環(huán)境風險分析與影響研究
——以二氯甲烷為例

橙志（上海）環(huán)保技術(shù)有限公司 何嘉卿

一、前言

近年來，新增了較多實驗室建設(shè)項目，根據(jù)當?shù)卣颦h(huán)評批文要求，涉及化學品、危險廢物的實驗室均需編制突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案。根據(jù)調(diào)查，實驗室較一般工業(yè)企業(yè)而言，實驗室涉及的化學品種類要比工業(yè)企業(yè)更多，實驗室的泄漏有其自身特點：種類多、用量少、存儲量少。因此實驗室的泄漏事故一般均以單瓶/桶計，風險性較低。

近年來，實驗室發(fā)生的泄漏事故增多，本文將使用一個實驗室的中二氯甲烷作為泄漏例子，分析其泄漏影響及應(yīng)急處置措施。

二、實驗室內(nèi)風險事故分析、預(yù)測與評價

（一）泄漏情形風險事故分析

本文根據(jù)上海某實驗室的實際情況，綜合儲存量、毒性、閃點及爆炸極限，選擇二氯甲烷作為泄漏情景典型代表進行預(yù)測分析。

企業(yè)化學品主要為瓶裝，泄漏事件主要是取放時操作失誤造成容器破損。

對于各泄漏情景下的分析典型代表，選用《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》（HJ169-2018）公式計算泄漏物質(zhì)的蒸發(fā)速度。

①泄漏量源強

二氯甲烷為桶裝儲存，規(guī)格為10L/桶，最大貯存量約為0.0399t。據(jù)此，本評價假定泄漏事件為單桶二氯甲烷泄漏，則二氯甲烷的一次最大泄漏量約為0.0133t（體積為0.01m3，密度為1.33g/cm3）。

發(fā)生泄漏事件時，一般情況下現(xiàn)場人員可在15min內(nèi)發(fā)現(xiàn)并清理干凈。在發(fā)生泄漏后，將有部分蒸發(fā)進入大氣中，具體擴散蒸發(fā)量見表1：

表1 功能單元的泄漏量源強

②泄漏液體蒸發(fā)速率

液體的蒸發(fā)速率按照下式計算：

Q=α×P×M/(R×T0)×u(2-n)/(n+2)×r(4+n)/(2+n)

式中：

Q—蒸發(fā)速度，g/s；

α，n—大氣穩(wěn)定度系數(shù)，見表2；

表2 液池蒸發(fā)模式參數(shù)

R—氣體常數(shù)，8.314J/mol·K；

T0—環(huán)境溫度，k；

u—風速，m/s；

M—分子量；

r—液池半徑，m；液池半徑r由泄漏點附近的地域構(gòu)型、泄漏的連續(xù)性或瞬時性決定。本次預(yù)測設(shè)定單桶二氯甲烷全部泄漏時泄漏量為0.01m3，化學試劑下均設(shè)置有防漏托盤，液體泄漏后可被防漏托盤完全收容，設(shè)定液體瞬間擴散到整個托盤的平面時，不同化學品配置的托盤的規(guī)格有所不同。

二氯甲烷：半徑為0.3m，計算得到的液池高度為0.035m，見表3。

表3 液池蒸發(fā)參數(shù)

假定泄漏時間為15min，清理干凈時間為15min，物料揮發(fā)總時間為30min，考慮最不利情況，選擇穩(wěn)定(F穩(wěn)定度)、風速1.5m/s條件下，二氯甲烷（一瓶泄漏量）的蒸發(fā)速率見表4。

表4 功能單元泄漏物質(zhì)的蒸發(fā)速率源強

（二）泄漏事故風險預(yù)測與評價

①預(yù)測模式

根據(jù)泄漏物料的特征，選用《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》(HJ169-2018)中AFTOX模型，預(yù)測化學物料發(fā)生泄漏后，對下風向環(huán)境空氣的影響。

在泄漏事故發(fā)生后，人群接觸有毒、有害物質(zhì)的特點是急性、高濃度、接觸時間短，本次采用HJ169-2018附錄H中的毒性終點濃度值作為事故影響評價的標準，詳見表5。

表5 二氯甲烷危害濃度值

②預(yù)測結(jié)果

考慮最不利氣象情況下（F類穩(wěn)定度、1.5m/s風速），預(yù)測二氯甲烷泄漏軸線各點的最大濃度及最大濃度對應(yīng)出現(xiàn)距離情況如圖1所示。

圖1 二氯甲烷泄漏事件地面濃度預(yù)測結(jié)果圖

從圖1可知，二氯甲烷發(fā)生泄漏后，前15min內(nèi)，二氯甲烷的最大落地濃度出現(xiàn)在距離泄漏位置60m的位置處，最大落地濃度為0.015173mg/m3，軸線各點的最大落地濃度均小于二氯甲烷的毒性終點濃度。

（三）次生火災(zāi)情形風險事故分析

考慮因泄漏事故引發(fā)的火災(zāi)事件發(fā)生的可能，一般選取該泄漏化學品所在風險單元中整體存儲物質(zhì)的種類及數(shù)量，對其所在風險單元進行燃燒情景進行計算預(yù)測。可燃、易燃化學品發(fā)生泄漏，遇明火等火源引發(fā)火災(zāi)?；瘜W品燃燒后次生分解產(chǎn)物主要為CO。CO是無色、無臭、無味氣體。在血液中與血紅蛋白結(jié)合而造成組織缺氧，可對人體造成一定的傷害。

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》(HJ169-2018)，火災(zāi)燃燒伴生CO的產(chǎn)生量計算公式如下：

GCO=2330qCQ

式中：

G—一氧化碳的產(chǎn)生量，kg/s；

C—燃料中碳的質(zhì)量百分比，見表6；

表6 該風險單元存儲情況與碳質(zhì)量百分比

q—化學不完全燃燒值，取1.5%-6.0%；本次評價取5%；

Q—參與燃燒的物質(zhì)量，t/s。

假定發(fā)生燃燒事件后，滅火時間為120min，以泄漏物質(zhì)所在的風險單元內(nèi)可燃的化學品為預(yù)測對象，則物料發(fā)生不完全燃燒時CO產(chǎn)生量GCO=0.0035kg/s。

（四）次生火災(zāi)事故風險預(yù)測與評價

①預(yù)測模式

選用《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》(HJ169-2018)中推薦模型，預(yù)測次生CO對下風向環(huán)境空氣的影響，見表7。

表7 CO危害濃度值

②預(yù)測結(jié)果

在最不利氣象條件下（F類穩(wěn)定度、1.5m/s風速），預(yù)測火災(zāi)次生CO擴散軸線各點的最大濃度及最大濃度對應(yīng)出現(xiàn)距離情況如圖2所示。

圖2 火災(zāi)次生CO地面濃度預(yù)測結(jié)果圖

分析圖2可知，發(fā)生火災(zāi)后，次生伴生污染物CO的最大落地濃度出現(xiàn)在距離泄漏位置60m的位置處，最大落地濃度為18.224mg/m3，未出現(xiàn)大氣毒性終點濃度-2、大氣毒性終點濃度-1的最大波及范圍。

三、風險防控措施與應(yīng)急處置方案

（一）風險防控措施

根據(jù)預(yù)測結(jié)果可得，二氯甲烷泄漏后，首先會在圍堰內(nèi)形成一個液池，泄漏后的物質(zhì)由于其揮發(fā)作用，會對事故區(qū)域周圍的人員造成一定的傷害。二氯甲烷泄漏事故的風險防控關(guān)鍵要從源頭著手，可以從以下五個方向進行防控：

①用危險化學品類氣瓶的實驗室選址最好位于易通風位置[1]，不要隨便搬動實驗室內(nèi)的化學品柜；

②減少化學品的存儲量，降低發(fā)生風險事故的等級；

③強化實驗室人員的安全培訓，定期進行風險單元內(nèi)的應(yīng)急演練、全公司級別的應(yīng)急演練等；

④使用商品化的標準溶液或者替代產(chǎn)品，進行減量化、無害化實驗操作[2]；

⑤加強實驗室內(nèi)部人員的管理，強化責任意識，嚴格落實實驗室門禁制度，避免無關(guān)人員進入實驗室。

（二）應(yīng)急處置方案

①企業(yè)需要根據(jù)實驗室的運行情況制定專項應(yīng)急預(yù)案，提高員工在突發(fā)環(huán)境事故中的應(yīng)對能力。規(guī)范應(yīng)急處置卡的設(shè)置，加強員工培訓，按規(guī)定及時處理泄漏事故。為了有效實施應(yīng)急預(yù)案，建議演練頻次每年1次以上，旨在加強員工預(yù)防突發(fā)環(huán)境事件的意識，提高全體員工在應(yīng)急處置狀態(tài)下協(xié)調(diào)一致的救援能力、生存能力和使用救援器材的技能，從而提高應(yīng)急救援的綜合能力。

②當二氯甲烷泄漏事故發(fā)生時，將泄漏污染區(qū)域內(nèi)的人員迅速疏散到安全區(qū)域，隔離并嚴格限制進入。把火源切斷。建議急救人員佩戴自給式正壓式呼吸面罩。現(xiàn)場處置小組應(yīng)迅速判斷泄漏情況：當泄漏量可以控制在托盤內(nèi)時，可利用吸附棉、黃沙或其他不燃惰性吸附物質(zhì)進行吸附。事故發(fā)生后，將吸附材料和泄漏物按危險廢物處置。當泄漏量已經(jīng)超過了托盤，蔓延至存儲單元時，沒有設(shè)置應(yīng)急池的實驗室，建議可在實驗室門口設(shè)置沙包、擋板等應(yīng)急物資，將事故廢水、泄漏物控制在泄漏的單元內(nèi)；事故結(jié)束后，可通過收集管道或應(yīng)急泵進行統(tǒng)一收集，委托有資質(zhì)的危廢處置公司進行轉(zhuǎn)運處置。

③當二氯甲烷泄漏并引發(fā)火災(zāi)的情況，需緊急封閉事故現(xiàn)場，隔離事故現(xiàn)場邊界100m范圍。根據(jù)二氯甲烷特性可知，二氯甲烷在超過120℃的環(huán)境形成的蒸氣具有可燃性，火災(zāi)中會分解出毒性氣體。小火可以使用霧狀水、砂土、泡沫、二氧化碳等滅火劑進行滅火。火勢情況較大時，應(yīng)首先噴水冷卻暴露在火災(zāi)中的容器，并噴水將泄漏物從暴露區(qū)域沖洗出去。實驗室中會涉及各類化學品的使用和存儲，在面對突發(fā)火災(zāi)的情況下，要根據(jù)物質(zhì)的理化特性采取適當?shù)臏缁鸫胧?，這需要實驗室人員熟悉應(yīng)急處置卡，并結(jié)合定期的應(yīng)急演練，才能更有效地控制火災(zāi)事故造成的影響。

④在事故影響程度已經(jīng)超出企業(yè)可控范圍后，實驗室的通訊聯(lián)絡(luò)組負責人（或企業(yè)負責人）需立即通知所在工業(yè)園區(qū)負責人、所在區(qū)應(yīng)急管理局、生態(tài)環(huán)境局上報，由政府部門通過公開方式向周邊500m區(qū)域的敏感目標通報突發(fā)事件情況；必要時需對廠區(qū)事故當日的下風向2km范圍內(nèi)的人群進行疏散，最大限度地降低泄漏事件造成的損失與影響[3]。

四、結(jié)論

在實驗室應(yīng)急預(yù)案制定過程中，重點關(guān)注并分析使用的化學品的理化性質(zhì)，針對每種化學品，選取合適的應(yīng)急處置方法，從而制定出實踐性更強的應(yīng)急預(yù)案。本文以上海某實驗室化學品（二氯甲烷）泄漏事故為源項，應(yīng)用EIAPro2018軟件對二氯甲烷的泄漏事故進行風險預(yù)測，計算得出該實驗室二氯甲烷泄漏事故發(fā)生后，造成的最大影響邊界；并結(jié)合預(yù)測結(jié)果對存儲、使用二氯甲烷的實驗室提出風險防控措施與應(yīng)急處置措施，以降低實驗室內(nèi)二氯甲烷泄漏事故發(fā)生后對環(huán)境造成的影響。

注釋

①《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》(HJ169-2018)。