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北京交通大学实验室为何会爆炸？应如何防范？


北京交通大学通报火灾情况：3名研究生遇难 事故原因仍在调查中
据央视新闻消息：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2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。






图丨新京报我们视频
这次为何会发生爆炸？
目前，究竟事故是怎么引发的，我们只能推测。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。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，某污水处理专家表示， “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”。[1]这种说法尚不足以解释镁粉如此大量的存在：污水处理中，的确会使用“鸟粪石结晶法”来吸收多余的氨氮，但往往添加的是镁离子，或其他类似的金属离子，而非“镁粉”。[2]
镁粉受潮时容易自燃、自爆，但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，不应当如此大量地存在于实验室附近，这明显违反了实验室安全管理条例。
什么是渗滤液，为何处理渗滤液过程中会产生易燃易爆气体？
日常生活中会产生大量的的垃圾，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。
我本人楼下的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！
类似地，我们能看到很多沼气池爆炸的新闻。

实验室安全，血与泪的教训
每个学生进实验室做研究之前，都应该好好学习实验室安全手册，因为这是一部前人的血泪史。一个疏忽，一个不小心，消失的可能就是鲜活的生命。
如果目前媒体披露的“处理过程先爆炸，再引燃镁粉”情况属实，那这说明实验室有着相当严重的安全问题。一般情况下，实验室是不应该存放大量易燃易爆或强氧化性试剂的，且二者应隔离存放；存放时，建议放于防爆箱内。但是很多实验室对于固态危险品的存放是有漏洞的。
以我国某高校的《实验室安全手册》为例。其中特别强调了镁应注意保存方式。
实验中的惨痛爆炸事故并非罕见。2010年，美国德州理工大学（TTU）的一个研究生在做化学合成时，遭遇爆炸事故，为此失去了左手的三根手指。2015年12月18日，清华大学化学系何添楼二层一间实验室发生爆炸火灾事故，一名正在做实验的博士后当场死亡；北京安监局通报称，事发时他正在用氢气做实验。

在学生共用实验室的现实条件下，有些学生安全意识高，操作水平高；也有人为了“方便、省事儿”心怀侥幸心理违规操作，给自身和同学们都埋下了隐患。虽然这一条条的安全规则繁琐且枯燥，很可能实施起来非常“不方便”,但确实能有效的预防事故的发生。很多时候，事故可能就是由不经意的“小事儿”所引起。在此，果壳呼吁，学校也应加强管理，组织学生进行系统的安全知识学习，组织危险品事故的演习，定期进行安全检查；老师和学生们要关注实验室的安全，发现隐患及时解决。
作者：阿木，环境科学与工程专业博士
编辑：Ent，Luna
参考资料：
[1]科技日报.垃圾渗滤液处理导致爆炸？北交大实验室到底发生了什么？
[2]蒋京东等.鸟粪石结晶沉淀法处理氨氮废水.
[3]新京报.“清华实验室爆炸”追踪：博士后当时用氢气做实验
[4]U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board. Texas Tech University Laboratory eXPLOSION.

果壳企鹅号 北京交通大学实验室为何会爆炸？应如何防范？
https://new.qq.com/omn/20181227/20181227A020TJ.html

北交大致3死实验室爆炸事故后，广东、北京海淀排查高校隐患

澎湃新闻 百家号12-2719:01 北交大致3死实验室爆炸事故后，广东、北京海淀排查高校隐患

12月26日上午9:30左右，北京交通大学一实验室内发生爆炸引发火灾，3名参与实验的研究生遇难。

事故为高校实验室安全敲响警钟，事发后，北京、广东迅速开展高校消防大检查。发生事故的试验到底是怎样的试验？如何保障实验室安全？

北京广东开展高校消防安全检查行动

据北京消防通报，12月26日上午，北京交通大学市政环境工程系学生在学校东校区2号楼环境工程实验室进行垃圾渗滤液污水处理科研实验期间，现场发生爆炸，事故造成3名参与实验的学生死亡。10时20分，火情得到控制。

北京交通大学的后续通报称，经初步核实，3名遇难者为研究生，事故原因相关部门仍在调查中。通报表示，学校已全面开展安全隐患排查整改，将全力做好善后事宜，并依法依规严肃问责。

事发后，高校实验室安全引发关注。

据中国网报道，26日晚，北京市海淀区消防集中力量对全区41家高等院校消防安全工作进行会诊式消防夜查行动，重点对学校实验室、教学楼、学生宿舍、食堂以及家属区等重点部位的消防安全工作进行检查。

12月27日，广东省教育厅也进行紧急工作部署，对各地各校提出要求。

据广东省教育厅微信公号发布，广东教育厅要求对学校所有实验室进行一次全面排查，重点检查实验室安全管理制度、安全操作规程是否健全，安全防护设施设备是否合格并处于良好状态，发现安全隐患立即整改，特别是涉危险化学品、毒麻类、生物类、核辐射类等重点实验室要确保万无一失。

广东教育厅要求，同时对实验用药品、制剂、原材料等储存场所进行全面排查，严格落实各项安全管理措施。并且加强对师生的安全培训和宣传教育，将安全教育作为实验课程的一项重要内容，每次实验前必须进行安全操作规程、注意事项及应急处置等方面的安全教育。

广东教育厅还要求，健全实验室各项应急预案，定期组织实验师生进行应急演练。

是什么引起了爆炸？

专家分析出事故的实验

引发此次事故的试验是怎样的？

北京工业大学学报今年1月刊登的论文《垃圾渗滤液处理工艺研究及应用现状浅析》介绍，垃圾渗滤液是一种黑色或者黄褐色的带有恶臭气味的液体，在垃圾填埋的过程中以及填埋完成后产生，来源主要是垃圾自身含水和大气降水降雪等。由于垃圾中的成分复杂，垃圾渗滤液水质的特点之一就是污染物含量很高，而且往往含有生物毒性。

华南理工大学环境与能源学院教授汪晓军12月27日向澎湃新闻介绍，垃圾渗滤液是非常难处理的废水，原因之一是氨氮浓度特别高，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。

汪晓军说，吹脱法是一种物理处理方法。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。汪晓军认为，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，俗称红菌脱氮技术。

第三种鸟粪石沉淀法。汪晓军介绍，此方法采用镁粉或镁盐，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。他表示，鸟粪石沉淀法必须使用镁或镁盐。

“这个方法中镁与水，或磷酸极有可能生成氢气，氢气遇火会发生爆炸燃烧，进而引染镁粉。” 汪晓军认为，北京交大此次出事故的试验很可能用到了镁粉，因为从照片上看爆炸威力较大，可能是高能量镁粉的燃烧引起。

清华大学环境学院博士王政分析，垃圾渗滤液处理实验多涉及厌氧生化过程，中间会生成易燃易爆气体甲烷，生成的气体也是研究的对象之一，“一般会将气体采集到气袋中，不会直接排放在空气中”。

据科技日报微信公号报道，有专家表示，从整个处理流程来看，渗滤液污水是不会爆炸的。一般来说，在厌氧环节会产生甲烷，也就是通常说的沼气，泄露到空气中，一旦浓度超过5%时，遇见明火就会发生爆炸。

而汪晓军认为，无论是甲烷还是氢气，实验过程中难以大量积累，且气体能量密度低，故爆炸威力有限。

“最重要的是做实验前的安全评估”

近期高校实验室出事故并非孤例。据新京报报道，2018年11月11日上午10时许，位于江苏泰州的南京中医药大学翰林学院一实验室在实验过程中发生爆燃，致实验室大门炸飞，身处实验室内的多名师生受伤。

汪晓军告诉澎湃新闻，高校实验室安全检查非常严格，买危险品需申请、导师签字再到学校审批同意。他认为，预防实验室安全出问题，其中最重要的一点在于做实验前的安全评估。

“做实验之前，要分析一下会存在哪些风险，然后要了解这些风险产生最糟糕的情况是什么，如何防止最糟糕的后果产生？如果大家在做实验时，每个人都进行一下这个分析，可能会减缓一些风险。” 汪晓军说。

此外，汪晓军还说，高校实验室的安全要做到三级防范，第一级，实验材料的选择和实验方法最好是安全的，从实验材料、方法的选择上保证不出事。第二级，关于设备的安全，根据安全的风险设置一些必要的保护措施，需要有保护系统，如安全阀、防爆蝶等。第三级，是人员的安全教育培训和安全的操作规范流程。




北交大致3死实验室爆炸事故后，广东、北京海淀排查高校隐患