作者:汪晓军 来源:中国科学报 发布时间:2018-12-28
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实验室镁粉燃烧爆炸起因推测及防范

 

编者按

12月26日9时33分,北京交通大学东校区2号楼发生火情,经核实现场,为2楼实验室内学生进行垃圾渗滤液污水处理实验时发生爆炸,导致镁粉桶起火,过火面积60平方米,3名研究生当场死亡。在为年轻生命逝去感到惋惜和痛心的同时,应如何严守实验操作规程、加强危化品管理、提高安全意识、保证实验室安全,是相关管理部门和专业人员亟待关注的问题。科学网博主汪晓军结合工作经验,就这次实验室镁粉爆燃给出了他的判断和防范措施。

■汪晓军

我们做垃圾渗滤液处理研究已有十多年时间,在这十多年时间里,年年都有研究生做相关的渗滤液处理研究。垃圾渗滤液的处理,差不多可以算是最难处理的废水,因为它存在两大处理难点:一是氨氮浓度特别高,另一个是存在许多不可生物降解的COD。由于它的处理难度,不少朋友也都知道我做这项研究,并且开发的处理技术已在全国近五十个垃圾渗滤液处理工厂应用。看到垃圾渗滤液处理实验时发生如此严重爆炸,很多人就此电话、微信等咨询和慰问我。

我们的垃圾渗滤液处理工艺中没有使用镁粉,所以我的实验室,及使用我们技术处理垃圾渗滤液的工厂也都没有购买和存放镁粉,所以,我可以肯定地答复,我们不可能存在这种镁粉剧烈燃烧爆炸的风险。但从安全的角度,举一反三,认真核查,给研究生们、工厂的操作员工,也给自己再做一次安全教育,防范一切可能的安全风险。

具体的事故原因调查,可能还要等一段时间,但从专业技术的角度,还是能作一些推测。为什么垃圾渗滤液处理要用镁粉?我估计采用镁粉脱除垃圾渗滤液中的高氨氮。

脱除垃圾渗滤液中的高氨氮,目前主要有三种方法,吹脱法、生化法、鸟粪石沉淀法。

第一种吹脱法,是一种物理处理方法。它通过投加碱,再鼓入空气,将水中的氨氮转移到空气中来。这种方法要加碱、加热,且有将污染物氨氮从水中向空气中转移的风险,目前已基本没有应用。

第二种是生化法,生化法又分三种:完全硝化反硝化、短程硝化反硝化和厌氧氨氧化法。这三种生物脱氮法,厌氧氨氧化是最节能、低碳的处理工艺,也是目前理论研究多,而工程应用少的工艺,俗称脱氮红菌。我们课题组一直选用生化法脱除氮垃圾渗滤液中的氨氮,厌氧氨氧化的工程化应用是我们目前整个课题组研究及应用的重点。

还有一种高氨氮的脱除方法是鸟粪石沉淀法,该法采用镁粉或镁盐,再投加磷酸或磷酸根,与垃圾渗滤液中的氨氮,形成微溶的磷酸铵镁——鸟粪石,从而脱除垃圾渗滤液中比较麻烦的氨氮。鸟粪石沉淀法必须使用镁或镁盐,这也是我推测实验室中的镁粉是用于脱除渗滤液中的氨氮的关键原因。在这个实验过程中,镁与水,或磷酸极有可能生成氢气,氢气遇火发生爆炸燃烧,从而引燃了镁粉。当然垃圾渗滤液的厌氧发酵也有可能生成另一种爆炸性的气体——甲烷。无论是甲烷或氢气的爆炸,在实验过程中,难以大量积累,且气体的能量密度较低,故爆炸的威力有限,这些气体燃烧或爆炸,只能是镁粉燃烧爆炸的引子。而这次北京交通大学发生研究生死伤的爆炸威力巨大,从一些照片中可以看出,它应是由高能量密度的镁粉燃烧爆炸引起的。最核心的问题是:在工作的现场,贮存了大量的易燃、易爆,且含有高能量的危险品——镁粉,并且是三桶。虽然目前没有确定一桶镁粉的重量是多少,但三桶的量应远远大于日常每天的使用量,这应是这次事故的核心关键点。

由于高氨氮带来的高生物毒性,用一般的生化工艺,往往难以稳定运行,有可能北京交通大学的研究课程组决定采用鸟粪石法来脱除大部分的氨氮,且氨氮浓度越高,鸟粪石的脱除效率越高,若副产品鸟粪石也能销售,这也许是一条变废为宝的方法。镁粉作为易燃易爆的危险品,申请、采购、贮存等需要一系列手续,有可能实验室为了减少这些手续的麻烦,就一次性采购了三桶镁粉;且为了减免进、出危险化学器仓库的手续,将这么多的危险化学品都堆放在正在工作的实验室中。这才是引起这起重大安全事故的致命错误。

所有的安全规程,都是受害者的血和泪写成的,为了防止这类似的恶性事故再次发生,我们都要再认真地核查一次,有没有过量存放易燃、易爆的危险化学品,再给大家、给我自己上一堂安全课。

(http://blog.sciencenet.cn/u/Taylorwang)

《中国科学报》 (2018-12-28 第2版 博客)
 
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