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？
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