实验室泄漏事故环境风险分析与影响研究——以二氯甲烷为例

橙志（上海）环保技术有限公司 何嘉卿

一、前言

近年来，新增了较多实验室建设项目，根据当地政府或环评批文要求，涉及化学品、危险废物的实验室均需编制突发环境事件应急预案。根据调查，实验室较一般工业企业而言，实验室涉及的化学品种类要比工业企业更多，实验室的泄漏有其自身特点：种类多、用量少、存储量少。因此实验室的泄漏事故一般均以单瓶/桶计，风险性较低。

近年来，实验室发生的泄漏事故增多，本文将使用一个实验室的中二氯甲烷作为泄漏例子，分析其泄漏影响及应急处置措施。

二、实验室内风险事故分析、预测与评价

（一）泄漏情形风险事故分析

本文根据上海某实验室的实际情况，综合储存量、毒性、闪点及爆炸极限，选择二氯甲烷作为泄漏情景典型代表进行预测分析。

企业化学品主要为瓶装，泄漏事件主要是取放时操作失误造成容器破损。

对于各泄漏情景下的分析典型代表，选用《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ169-2018）公式计算泄漏物质的蒸发速度。

①泄漏量源强

二氯甲烷为桶装储存，规格为10L/桶，最大贮存量约为0.0399t。据此，本评价假定泄漏事件为单桶二氯甲烷泄漏，则二氯甲烷的一次最大泄漏量约为0.0133t（体积为0.01m3，密度为1.33g/cm3）。

发生泄漏事件时，一般情况下现场人员可在15min内发现并清理干净。在发生泄漏后，将有部分蒸发进入大气中，具体扩散蒸发量见表1：

表1 功能单元的泄漏量源强

②泄漏液体蒸发速率

液体的蒸发速率按照下式计算：

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

式中：

Q—蒸发速度，g/s；

α，n—大气稳定度系数，见表2；

表2 液池蒸发模式参数

R—气体常数，8.314J/mol·K；

T0—环境温度，k；

u—风速，m/s；

M—分子量；

r—液池半径，m；液池半径r由泄漏点附近的地域构型、泄漏的连续性或瞬时性决定。本次预测设定单桶二氯甲烷全部泄漏时泄漏量为0.01m3，化学试剂下均设置有防漏托盘，液体泄漏后可被防漏托盘完全收容，设定液体瞬间扩散到整个托盘的平面时，不同化学品配置的托盘的规格有所不同。

二氯甲烷：半径为0.3m，计算得到的液池高度为0.035m，见表3。

表3 液池蒸发参数

假定泄漏时间为15min，清理干净时间为15min，物料挥发总时间为30min，考虑最不利情况，选择稳定(F稳定度)、风速1.5m/s条件下，二氯甲烷（一瓶泄漏量）的蒸发速率见表4。

表4 功能单元泄漏物质的蒸发速率源强

（二）泄漏事故风险预测与评价

①预测模式

根据泄漏物料的特征，选用《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ169-2018)中AFTOX模型，预测化学物料发生泄漏后，对下风向环境空气的影响。

在泄漏事故发生后，人群接触有毒、有害物质的特点是急性、高浓度、接触时间短，本次采用HJ169-2018附录H中的毒性终点浓度值作为事故影响评价的标准，详见表5。

表5 二氯甲烷危害浓度值

②预测结果

考虑最不利气象情况下（F类稳定度、1.5m/s风速），预测二氯甲烷泄漏轴线各点的最大浓度及最大浓度对应出现距离情况如图1所示。

图1 二氯甲烷泄漏事件地面浓度预测结果图

从图1可知，二氯甲烷发生泄漏后，前15min内，二氯甲烷的最大落地浓度出现在距离泄漏位置60m的位置处，最大落地浓度为0.015173mg/m3，轴线各点的最大落地浓度均小于二氯甲烷的毒性终点浓度。

（三）次生火灾情形风险事故分析

考虑因泄漏事故引发的火灾事件发生的可能，一般选取该泄漏化学品所在风险单元中整体存储物质的种类及数量，对其所在风险单元进行燃烧情景进行计算预测。可燃、易燃化学品发生泄漏，遇明火等火源引发火灾。化学品燃烧后次生分解产物主要为CO。CO是无色、无臭、无味气体。在血液中与血红蛋白结合而造成组织缺氧，可对人体造成一定的伤害。

根据《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ169-2018)，火灾燃烧伴生CO的产生量计算公式如下：

GCO=2330qCQ

式中：

G—一氧化碳的产生量，kg/s；

C—燃料中碳的质量百分比，见表6；

表6 该风险单元存储情况与碳质量百分比

q—化学不完全燃烧值，取1.5%-6.0%；本次评价取5%；

Q—参与燃烧的物质量，t/s。

假定发生燃烧事件后，灭火时间为120min，以泄漏物质所在的风险单元内可燃的化学品为预测对象，则物料发生不完全燃烧时CO产生量GCO=0.0035kg/s。

（四）次生火灾事故风险预测与评价

①预测模式

选用《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ169-2018)中推荐模型，预测次生CO对下风向环境空气的影响，见表7。

表7 CO危害浓度值

②预测结果

在最不利气象条件下（F类稳定度、1.5m/s风速），预测火灾次生CO扩散轴线各点的最大浓度及最大浓度对应出现距离情况如图2所示。

图2 火灾次生CO地面浓度预测结果图

分析图2可知，发生火灾后，次生伴生污染物CO的最大落地浓度出现在距离泄漏位置60m的位置处，最大落地浓度为18.224mg/m3，未出现大气毒性终点浓度-2、大气毒性终点浓度-1的最大波及范围。

三、风险防控措施与应急处置方案

（一）风险防控措施

根据预测结果可得，二氯甲烷泄漏后，首先会在围堰内形成一个液池，泄漏后的物质由于其挥发作用，会对事故区域周围的人员造成一定的伤害。二氯甲烷泄漏事故的风险防控关键要从源头着手，可以从以下五个方向进行防控：

①用危险化学品类气瓶的实验室选址最好位于易通风位置[1]，不要随便搬动实验室内的化学品柜；

②减少化学品的存储量，降低发生风险事故的等级；

③强化实验室人员的安全培训，定期进行风险单元内的应急演练、全公司级别的应急演练等；

④使用商品化的标准溶液或者替代产品，进行减量化、无害化实验操作[2]；

⑤加强实验室内部人员的管理，强化责任意识，严格落实实验室门禁制度，避免无关人员进入实验室。

（二）应急处置方案

①企业需要根据实验室的运行情况制定专项应急预案，提高员工在突发环境事故中的应对能力。规范应急处置卡的设置，加强员工培训，按规定及时处理泄漏事故。为了有效实施应急预案，建议演练频次每年1次以上，旨在加强员工预防突发环境事件的意识，提高全体员工在应急处置状态下协调一致的救援能力、生存能力和使用救援器材的技能，从而提高应急救援的综合能力。

②当二氯甲烷泄漏事故发生时，将泄漏污染区域内的人员迅速疏散到安全区域，隔离并严格限制进入。把火源切断。建议急救人员佩戴自给式正压式呼吸面罩。现场处置小组应迅速判断泄漏情况：当泄漏量可以控制在托盘内时，可利用吸附棉、黄沙或其他不燃惰性吸附物质进行吸附。事故发生后，将吸附材料和泄漏物按危险废物处置。当泄漏量已经超过了托盘，蔓延至存储单元时，没有设置应急池的实验室，建议可在实验室门口设置沙包、挡板等应急物资，将事故废水、泄漏物控制在泄漏的单元内；事故结束后，可通过收集管道或应急泵进行统一收集，委托有资质的危废处置公司进行转运处置。

③当二氯甲烷泄漏并引发火灾的情况，需紧急封闭事故现场，隔离事故现场边界100m范围。根据二氯甲烷特性可知，二氯甲烷在超过120℃的环境形成的蒸气具有可燃性，火灾中会分解出毒性气体。小火可以使用雾状水、砂土、泡沫、二氧化碳等灭火剂进行灭火。火势情况较大时，应首先喷水冷却暴露在火灾中的容器，并喷水将泄漏物从暴露区域冲洗出去。实验室中会涉及各类化学品的使用和存储，在面对突发火灾的情况下，要根据物质的理化特性采取适当的灭火措施，这需要实验室人员熟悉应急处置卡，并结合定期的应急演练，才能更有效地控制火灾事故造成的影响。

④在事故影响程度已经超出企业可控范围后，实验室的通讯联络组负责人（或企业负责人）需立即通知所在工业园区负责人、所在区应急管理局、生态环境局上报，由政府部门通过公开方式向周边500m区域的敏感目标通报突发事件情况；必要时需对厂区事故当日的下风向2km范围内的人群进行疏散，最大限度地降低泄漏事件造成的损失与影响[3]。

四、结论

在实验室应急预案制定过程中，重点关注并分析使用的化学品的理化性质，针对每种化学品，选取合适的应急处置方法，从而制定出实践性更强的应急预案。本文以上海某实验室化学品（二氯甲烷）泄漏事故为源项，应用EIAPro2018软件对二氯甲烷的泄漏事故进行风险预测，计算得出该实验室二氯甲烷泄漏事故发生后，造成的最大影响边界；并结合预测结果对存储、使用二氯甲烷的实验室提出风险防控措施与应急处置措施，以降低实验室内二氯甲烷泄漏事故发生后对环境造成的影响。

注释

①《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ169-2018)。