尋找下一代消防泡沫
——美國對(duì)消防泡沫的探索和遇到的問題

杰西·羅曼｜文 張微明｜譯

上世紀(jì)60 年代，美國海軍開始與3M 公司合作，共同研發(fā)可快速撲滅船艦上液體燃料火災(zāi)的消防泡沫。項(xiàng)目研究人員最終偶然創(chuàng)造出了一種非常有市場前景的新物質(zhì)。1966 年，美國海軍為水成膜泡沫滅火劑、即AFFF 申請了專利。3 年后，所有海軍設(shè)施都要求在發(fā)生火災(zāi)時(shí)確保有AFFF 可用。此后，在初始配方的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了多種變體，廣泛用于軍事基地、機(jī)場、油氣設(shè)施和消防部門。

倫敦郊區(qū)的一處油罐著火，消防員正向儲(chǔ)罐上噴射泡沫 圖片源自NPFA Journal

到了70 年代，科學(xué)家和衛(wèi)生專家對(duì)AFFF 中的全氟和多氟化合物（FPAS）產(chǎn)生了擔(dān)憂。FPAS 不僅存在于消防泡沫中，不粘鍋、防污纖維、披薩外賣盒等眾多產(chǎn)品也含有這種物質(zhì)，涉及的PFAS 種類近9 000 種。它們的分子組成有微小的區(qū)別，但都含碳氟鍵，且鍵結(jié)強(qiáng)度很高，超過了自然界發(fā)現(xiàn)的所有化學(xué)鍵。因此在自然環(huán)境，甚至在人體和動(dòng)物體內(nèi)都不會(huì)消解。鑒于這一特點(diǎn)，美國國家環(huán)境保護(hù)局將PFAS 稱為“永久性化學(xué)品”。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是演練、真實(shí)火災(zāi)還是消防車清洗，大量使用AFFF 且不回收的話，PFAS 化合物就會(huì)遺留下來，進(jìn)入土壤和水系。其中全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是美國最常見的PFAS 化合物，對(duì)它們的研究也最廣泛，人們在空氣中、海洋里，甚至北極都發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)。

美國華盛頓特區(qū)一個(gè)名為“環(huán)境工作組”的非盈利機(jī)構(gòu)，跟蹤并畫出了美國PFAS 污染物地圖。截至2021 年10 月，50 個(gè)州和2 個(gè)領(lǐng)地中，已經(jīng)有2 800 處被PFAS 污染。2013 至2015 年，美國國家環(huán)境保護(hù)局對(duì)美國的公共水系進(jìn)行了廣泛調(diào)查，發(fā)現(xiàn)198 個(gè)（4%）水系中至少有一種PFAS 化合物超過報(bào)告閾值。

全球各地的研究均表明，這類化學(xué)品會(huì)影響人類和野生動(dòng)物。2007 年對(duì)美國各地的2 100 人進(jìn)行血清檢測時(shí)，在超過98%的樣本中發(fā)現(xiàn)了PFAS。美國有毒物質(zhì)和疾病登記署也表示，PFAS 暴露會(huì)增加人的患癌風(fēng)險(xiǎn)和其他健康問題風(fēng)險(xiǎn)。

如今，環(huán)境學(xué)家、衛(wèi)生官員、政府和消防部門幾乎形成了共識(shí)：必須要淘汰AFFF 了，而且越快越好。僅2021 年，美國嚴(yán)格管控AFFF 的州就從幾個(gè)增加到了至少15 個(gè)，還有至少5 個(gè)州也會(huì)根據(jù)法律即將對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格管控。美國軍方也宣布從2024 年10 月開始停止使用AFFF。

對(duì)部分消防官員而言，他們面臨著兩難的境地，一方面政府禁令快速出臺(tái)，另一方面快速撲滅危險(xiǎn)液體火災(zāi)的需求又長期存在。

新泡沫 新問題

十幾年來，消防泡沫制造商一直在尋找可能的AFFF 替代品。目前市場上有數(shù)十種聲稱不含氟的泡沫。氟是AFFF 的主要成分，而AFFF 又是PFAS 的源頭之一。美國消防研究基金會(huì)、美國國防部和石油行業(yè)研究小組LASTFIRE 對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行了大量的測試，發(fā)現(xiàn)多個(gè)新產(chǎn)品可在適當(dāng)條件下有效撲滅液體燃料火災(zāi)。

杰里·巴克是業(yè)內(nèi)的一名研究員。他表示，無氟泡沫的有效性要建立在很多條件和復(fù)雜的細(xì)節(jié)上，這與AFFF 不同。近5 年來，他對(duì)無氟泡沫的性能進(jìn)行了數(shù)百次測試?！斑@些無氟泡沫不是即插即用的AFFF 替代品，它們的特點(diǎn)不同，滅火方法也不一樣”。這些因素導(dǎo)致AFFF 的過渡會(huì)比預(yù)期中復(fù)雜得多。

美國消防研究基金會(huì)發(fā)現(xiàn)，泡沫生產(chǎn)商、燃料類型、泡沫釋放方式、消防技戰(zhàn)術(shù)等都會(huì)影響無氟泡沫的性能，且差異很大。新產(chǎn)品的用戶必須做好功課。雖然業(yè)內(nèi)很多人看好它，但大概率這種新舊交替要面臨一個(gè)陡升的學(xué)習(xí)曲線和額外成本。

對(duì)消防部門而言，選擇哪種無氟泡沫只是無數(shù)問題中的一個(gè)，也是要邁出的第一步。除此之外，還有大量問題有待解決：如何處理剩余的AFFF、如何清洗舊裝備、要研發(fā)哪些新裝備、制定哪些新的消防策略、要開展哪些培訓(xùn)等等。

而問題的源頭其實(shí)就一個(gè)：新型消防泡沫不含氟，而氟又是讓AFFF 對(duì)滅火有效的重要成分。假如只用水來應(yīng)對(duì)液體燃料火災(zāi)，火會(huì)蔓延，甚至存在火災(zāi)加劇的可能性。如果將水和3%～6%比例的AFFF 混合，就會(huì)形成數(shù)十萬個(gè)小泡沫，蓋在燃料上，從而將火撲滅。氟還帶有小電荷，就像相斥的磁鐵一樣會(huì)抑制燃料，在泡沫和燃料表面形成一層薄膜。沒有氟的話，液體的密度上升，便會(huì)沉到燃料和蒸氣下方，效果大打折扣。

消防部門要使用新型消防泡沫，就得投資買新的噴頭，重新培訓(xùn)消防員，使其學(xué)會(huì)根據(jù)不同泡沫的特點(diǎn)采用不同的滅火方法。巴克曾召集過幾位從未用過新型泡沫的消防員，觀察這些消防員的作業(yè)策略，再讓消防員提出自己都遇到了哪些問題。演練場景是煤油火災(zāi)。巴克發(fā)現(xiàn)，消防員噴出的泡沫層會(huì)隨著消防員的前移而消解，并在消防員周圍出現(xiàn)覆蓋漏洞，火苗會(huì)傳到這些漏洞處。消防員得后退,把漏洞補(bǔ)上，才能繼續(xù)作業(yè)。最后決定多找一個(gè)消防軟管專門尋找漏洞，關(guān)注是否會(huì)復(fù)燃。

巴克總結(jié)說，消防員第一次的表現(xiàn)有些尷尬，他們沒有什么戰(zhàn)術(shù)，似乎一直在思考自己這是在做什么。但不到一周，消防員就掌握了這項(xiàng)滅火技能。這也說明，培訓(xùn)將會(huì)成為消防泡沫過渡期的關(guān)鍵。

另一個(gè)問題是，AFFF 被替換后，如何處理剩余的AFFF 以及如何評(píng)估被污染的裝備。美國部分州會(huì)免費(fèi)處理消防部門的AFFF，但是沒有出臺(tái)相關(guān)政策的地方，消防部門就得自己承擔(dān)成本，約每加侖20 美元（5.3 美元/ 升）。就算消防部門能輕松處理AFFF，他們還會(huì)面臨一個(gè)同樣棘手的問題：如何保證新型泡沫不被殘留的AFFF 污染。

期限將至

2004 年，一個(gè)名為“消防泡沫聯(lián)合會(huì)”的組織通過研究發(fā)現(xiàn)，美國當(dāng)時(shí)大概有1 000 萬加侖（約3 780 萬升）的濃縮AFFF，其中10%屬于市政消防部門，超過80%位于軍事基地、機(jī)場和油氣設(shè)施內(nèi)。且大多數(shù)都存放在固定的消防裝置內(nèi)，是可以立即執(zhí)行滅火作業(yè)的。

對(duì)美國軍方而言，AFFF 和無氟泡沫的性能差距極大。如果航空母艦上發(fā)生燃油火災(zāi)，那種情況是沒有容錯(cuò)率的。對(duì)美國聯(lián)邦航空管理局來說，也是同樣的道理，他們要負(fù)責(zé)近2 萬個(gè)公共機(jī)場和私人機(jī)場，要保證數(shù)百萬旅客的安全。

幾十年來，美國國防部的基地執(zhí)行的都是自己制定的消防泡沫參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也就是MIL-SPEC。2017年，美國國防部至少投入了2 800萬美元，資助研發(fā)能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的無氟泡沫，其中一項(xiàng)要求是30 秒內(nèi)撲滅燃油火災(zāi)。目前這么多新型泡沫產(chǎn)品里沒有一個(gè)達(dá)標(biāo)。

不過，情況可能要變化了。2019 年底美國國會(huì)通過了《國防授權(quán)法》，該法要求美國海軍在2023 年1 月底前針對(duì)無氟消防泡沫發(fā)布一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，并在2024 年10 月前全面過渡到用無氟泡沫滅火。根據(jù)2021 年10 月美國國會(huì)的報(bào)告，美國軍方仍然有300 萬加侖（約1 136 萬升）的AFFF，民用機(jī)場的存有量至少是它的3 倍。

雖然美國軍方尚未正式批準(zhǔn)使用無氟泡沫，但目前市場70 多種新型產(chǎn)品中，已經(jīng)有一些通過了UL 的性能測試。

美國消防協(xié)會(huì)（NFPA）也有針對(duì)消防泡沫的標(biāo)準(zhǔn)，例如NFPA 11 《低中高膨脹泡沫標(biāo)準(zhǔn)》和NFPA 30《易燃和可燃液體標(biāo)準(zhǔn)》。NFPA 的其他標(biāo)準(zhǔn)也有針對(duì)機(jī)場設(shè)施的，不過重點(diǎn)是硬件，而非泡沫的類型。關(guān)于過渡到無氟泡沫，NFPA 11 的內(nèi)容幾乎沒什么變化，只是在附件中增加了新型泡沫的有關(guān)信息。產(chǎn)品尚在測試中，NFPA 11 自然也沒必要進(jìn)行重大修訂。

巴克說，無氟泡沫未經(jīng)過真實(shí)世界重大火災(zāi)的考驗(yàn)。假如利用當(dāng)前的消防設(shè)備，無氟泡沫在實(shí)戰(zhàn)暴露了它的缺陷，那消防設(shè)備技術(shù)委員會(huì)很可能會(huì)重新審視當(dāng)前的設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)。

消防部門面臨的挑戰(zhàn)是，無氟泡沫不像AFFF，AFFF 能用同樣的方法撲滅大多數(shù)的燃油火災(zāi)，而無氟泡沫的有效性會(huì)受到大量因素的限制，包括燃油的類型和溫度、泡沫濃度、泡沫釋放裝備。此外，無氟泡沫濃縮物質(zhì)非常粘稠，裝到容器中將其倒置，也不會(huì)流出來，因此當(dāng)前的裝備無法直接使用它。

油氣設(shè)施也面臨同樣的工程難題。殼牌、雪佛龍、?？松⒂偷却笮凸疽呀?jīng)對(duì)無氟泡沫進(jìn)行了大量研究，他們要么正在更新AFFF 消防系統(tǒng)，要么已經(jīng)更新完畢。消防部門也要對(duì)泡沫儲(chǔ)罐、泵、泡沫消防車進(jìn)行調(diào)整，硬件和參數(shù)更新了，操作人員就要重新接受培訓(xùn)，培訓(xùn)手冊也必須修改。

由此還會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)問題：如何讓企業(yè)外部的消防員了解到這些信息，如何讓他們也掌握新型泡沫消防系統(tǒng)的使用方法。很多石油天然氣公司并沒有全時(shí)的消防力量，而是靠當(dāng)?shù)叵啦块T來響應(yīng)。也可能公司內(nèi)部已經(jīng)過渡到了新型消防泡沫，但外面的消防部門仍在用AFFF 滅火。

前路幾何

鑒于目前公開的數(shù)據(jù)非常有限，巴克估算，石油行業(yè)約20%的公司已經(jīng)轉(zhuǎn)向新型消防泡沫了。他認(rèn)為，其他公司仍然在觀望，想看看這些產(chǎn)品是否會(huì)慢慢改善。

還有專家提到了后悔過渡到新型泡沫的現(xiàn)象。2000 年以來，行業(yè)經(jīng)歷了幾種不同配方的AFFF，但最后都因?yàn)榻】岛铜h(huán)境方面的隱患被淘汰了，雖然無氟泡沫不含PFAS，但也沒人能確切地說，它不會(huì)因?yàn)槠渌矫娴陌踩珕栴}而被淘汰。

要知道，這僅僅是過渡期的開始。我們?nèi)匀恍枰掷m(xù)對(duì)它進(jìn)行研究，緊跟泡沫技術(shù)的變化。有的泡沫制造商甚至宣稱，已經(jīng)研發(fā)出了低粘度的無氟泡沫濃縮，現(xiàn)存消防設(shè)備只需輕度調(diào)整就能使用。

假如工廠管理人員沒有選擇合適的泡沫，或者消防員沒有接受相關(guān)的培訓(xùn)，無論新一代消防泡沫的性能如何，就都不重要了。安