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美国俄亥俄污染物爆炸,毒云漫天!氯乙烯泄漏事件到底有多大?

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发表于 2023-2-24 20:06:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

2月3日,美国俄亥俄州一列运有危险化学品的火车发生脱轨,装有氯乙烯等化学品的五节火车出现泄漏,造成有毒的氯乙烯气体扩散。事故发生后,当地政府在进行评估后,采用“受控焚烧”的方式进行处理,现场出现浓浓黑烟,这也进一步加剧了当地民众对于事故危害性的恐慌。据报道,在距离事故不远的地方,已经陆续发现了死亡的鸟类和鱼类。

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图片来源:CCTV


01

什么是氯乙烯?

氯乙烯是一种非常重要的基础化工原材料,最主要的用途就是生产聚氯乙烯树脂。

在生活中,聚氯乙烯几乎无处不在,简称PVC(Poly Vinyl Chloride,英语国家常用Vinyl直接指代这种材料,简称V),既可以被加工成硬质塑料,也可以被加工成软质塑胶。例如,白色的落水管、半透明的桌垫布、汽车座椅的人造革等,都会大量用到PVC材料。在数十种常用的塑料种类中,PVC与聚乙烯和聚丙烯长期占据总用量前三的位置,近几年的全球生产总量保持在6000万吨左右。

氯乙烯是生产PVC的单体原材料,每生产一吨PVC至少需要一吨聚乙烯,因此氯乙烯的产量也非常可观,在一定程度上也能反映工业水平。

氯乙烯有多种生产路线,例如乙炔法,采用乙炔和氯化氢加成的方式,是氯碱工业的组成部分,常出现在高中的考题中。而在美国,主流的方法是乙烯法,乙烯先和氯气加成得到二氯乙烷,再由二氯乙烷脱去氯化氢,就可以得到氯乙烯。

因此,氯乙烯并不是一种罕见的化学试剂,而是一种工业上应用很普遍也很成熟的物质,对它的研究已经相当丰富。

02
氯乙烯有毒

但急性毒性并不是很高


所谓“急性毒性”,指的是突然摄入(包括经口鼻和经皮肤等途径)一定量的化学物质后出现的中毒,一般用LD50或LC50来标记。LD50指的是半数致死量,是指摄入这么多量的物质后,实验动物出现一半死亡;LC50指的是半数致死浓度,是指在这样的浓度下特定时间后,实验动物出现一般死亡。由此可见,LD50或LC50的数值越小,这种物质的毒性越强。

根据国际风险协会(Society for Risk Analysis,SRA)出版的《风险评估与管控》一书,以大鼠为动物实验时聚乙烯的吸入LD50数值为26g/kg,这个数字甚至远比食盐更大,这意味着氯乙烯毒性更低,换算下来,差不多需要直接饮用1.5公斤的氯乙烯才会致人死亡。

但是,急性毒性除了可能致死外,还包括其他一些症状。就氯乙烯而言,很直接的反应是恶心和晕厥,这是因为氯乙烯还有麻醉作用,对神经系统造成破坏。此外,即便是较低浓度的氯乙烯(0.1%),皮肤也可能会出现反应。因此,在充斥着氯乙烯气体的环境中,人类会感到很不舒适。

03
氯乙烯泄漏
对人体有什么影响?


对人体而言,氯乙烯更大的风险在于长期而慢性的毒副作用。在国际癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer,IARC)的分类中,氯乙烯属于一类致癌物,也就是对人体有明确致癌作用的化学物质。

由于早期的生产车间并无足够的防护措施,生产工人暴露于氯乙烯当中的问题非常普遍,氯乙烯和癌症之间的相关性研究也因此比较充分。研究表明,氯乙烯与多种流行的癌症(如脑癌、肺癌、肝癌等)可能存在关联,但相关机制还不明确。目前,世界卫生组织国际癌症研究机构已将氯乙烯类如1类致癌物清单中。

除了癌症以外,长期暴露于氯乙烯环境中,也会引起其他一些慢性疾病,例如美国卫生与人类服务部公布的《毒性物质档案-氯乙烯》记载,有研究对早期的氯乙烯工厂生产工人进行追踪,发现存在甲状腺功能不全的问题,病人无法正常地摄入碘元素。

正因为此,大量氯乙烯泄漏,对于周边居民的健康威胁不可估量。

04
氯乙烯泄漏
该如何处理?


氯乙烯的沸点是-13.4℃左右,也就是说,在一般气候条件下,氯乙烯处于气态,只有在极寒时,它才处于液态。为了运输方便,一般采用加压液化的方式,这样一来,即便是在常温条件,氯乙烯也可以保持液态。

受制于此,对于泄漏氯乙烯的处理,往往会比较棘手,空气中总是会弥漫着大量的氯乙烯气体,影响救援也难以收集。此次事故所在地俄亥俄州,在火车脱轨发生时,气温已经高于氯乙烯的沸点,因此泄漏口会不断地喷射出气体。

氯乙烯具有可燃性,并且在浓度超过一定临界值后,还会发生爆炸。考虑到这一点,此次事故的处理,采取一种看似简单有效的办法,即点燃氯乙烯,在可控条件下将氯乙烯燃烧殆尽。

但是,这样做的后果实际上比氯乙烯原本的泄漏问题更麻烦。

理论上讲,氯乙烯燃烧后的产物是二氧化碳、水和氯化氢,这其中的氯化氢就是盐酸中的有效成分,虽然有毒害,但是极易溶于水,可以用消防设施控制其危害。

然而,氯乙烯含有氯元素,它本质上一种阻燃的元素,这就使得在没有专业的焚烧设备时,氯乙烯的燃烧很难充分完成,现场点燃后出现的浓浓黑烟就是明证。在燃烧温度和氧气浓度都可能达不到要求时,氯乙烯的燃烧除了产生上述物质外,更会出现一些副反应。这其中,最恐怖的一种副产物是光气(碳酰氯)。

当氯乙烯不充分燃烧时,会形成较多的一氧化碳,而在燃烧过程中,还有大量的氯原子中间体,在温度与光照的作用下,两者很容易结合成光气。光气是一种剧毒物质,具有窒息性,即便浓度很低,也有可能致人死亡。第一次世界大战中正是这种物质将毒气战推向不可逆转的深渊。在可控燃烧之后,周边有动物出现死亡,很可能是因为产生了包括光气在内的各类有毒气体。

除此以外,氯乙烯的燃烧,还有可能产生其他各种副产物,这与现场的其他物质也存在关联。例如,氯乙烯在高温条件下会发生聚合,形成前面提到的PVC,而PVC在燃烧时会形成氯苯类中间体,并进一步产生二噁英。二噁英素有“世纪之毒”的称呼,因为它的毒性比氰化物还要高出很多,并且稳定性也很高,在空气和土壤中会长期保留。

在历史上,对于氯乙烯的焚烧问题研究不算很充分,这可能也是此次事故后会盲目采用此法处理污染物的原因。

目前有据可依的是,1999年的科索沃危机时,以美国为首的北约曾向南联盟的潘切沃发射了35枚导弹,目标是当地的化工厂。在这些化工厂遭到破坏后,超过五万吨的原油以及氯乙烯单体被点燃,其中氯乙烯的总量据估计在数百吨,与本次俄亥俄事故大体相当。事后,包括二噁英、多环芳烃(主要由原油不充分燃烧产生)在内的各种有毒气体,都在当地的水体及土壤中发现。

因此,在通过简单的焚烧处理之后,当地政府已经建议外出躲避的民众返回,然而在事故地附近地区,今后的数年里都将面对污染难题,对当地的民众健康以及生态环境都是不小的威胁。

05
这次事故影响范围有多大?


本次泄漏事故势必会对当地及周边地区生态环境、野生动物、当地居民带来严重的后果,具体的影响程度、持续时间还需要后续长期监测、评估。

同时,我们应该理性面对,不必过分恐慌。毕竟,不能脱离剂量来讨论毒性。从目前的情况看,有毒物质的影响范围比较有限,即便考虑到地球的大气环流影响,污染物飘出美国上空,浓度也早已降到相当低的程度了。

但由于二噁英会在土壤中长期保留,谨慎对待事故当地所生产的农牧产品,是合理的。动物在吃了被二噁英污染的食物后,会在体内持续积累。所以历次食品二噁英超标事件,几乎都是发生在肉蛋奶这一类食物中。总体而言,还需要更多和长期的监测数据,才能对这些问题给出更全面、准确的回答。比较理想的处理方式,是当地根据监测结果,划定风险地区,并禁止在其中进行放牧活动或出售该地区出产的饲料。实在不放心,也可以在购买食物时,留意一下产地。

来源:科普中国
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