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| FESE观点 从美国俄亥俄州氯乙烯泄漏事故看化学品环境风险及管理 |
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论文标题：Insight of chemical environmental risk and its management from the vinyl chloride accident（从美国俄亥俄州氯乙烯泄漏事故看化学品环境风险及管理）
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Bin Wang, Liping Heng, Qian Sui, Zheng Peng, Xuezhi Xiao, Minghui Zheng, Jianxin Hu, Heidelore Fiedler, Damià Barceló, Gang Yu
发表时间：12 Mar 2023
DOI：10.1007/s11783-023-1652-x
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编 者 按
美国俄亥俄州列车脱轨事故中氯乙烯泄漏引起了全球关注，各界对该事件的环境和健康影响的分析呈现不同的观点。化学品环境风险及管理领域的中外专家经过细致的调研、全面客观的讨论，从科学的角度，对事故发生后公众关注的几个重要问题进行了解释和分析，对事故发生背后的有毒有害化学物质环境风险提出独特的见解，并呼吁需加强和促进化学品安全管理与环境风险管理之间的联系。
阅读原文请点击“Insight of chemical environmental risk and its management from the vinyl chloride accident”
本文作者：
王 斌，清华大学
衡利苹，北京航空航天大学
隋 倩，华东理工大学
彭 政，生态环境部对外合作与交流中心
肖学智，生态环境部对外合作与交流中心
郑明辉，中国科学院生态环境研究中心
胡建信，北京大学
Heidelore Fiedler, Örebro University, Sweden
Damià Barceló, Institute of Environmental Assessment and Water Research, Spain
余 刚，清华大学/北京师范大学
2023年2月3日，一列货运列车在美国俄亥俄州脱轨，其中20节罐车装载了危险品，5节罐车装载了115580加仑（约438 m3）的氯乙烯，造成了严重的化学品事故。氯乙烯是一种易挥发、易燃易爆的化学品，被国际癌症研究机构（IARC）列为I类致癌物。在储存和运输中，它通常作为液体储存在特殊的双层罐体中。在该事故的紧急处理中，氯乙烯被引导至一条沟渠中并被点燃，引发了全球对以下问题的关注。
1.列车脱轨后氯乙烯是否应该现场燃烧？
在该事故中，移动脱轨的易燃易爆化学品罐车是非常困难和危险的，最好就地处理。此外，储罐温度升高表明氯乙烯正在发生聚合反应，具有爆炸风险。与点燃相比，爆炸更危险，且更不可控，也不可避免地会污染环境，造成环境风险。爆炸是最常见的化学事故，也是应急响应中首先要避免的。世界各地发生了相当多的氯乙烯爆炸事故，造成了严重的人员伤亡，“受控燃烧”可以避免更危险的爆炸造成的直接人员伤亡。也有建议用水稀释氯乙烯以避免爆炸。然而，氯乙烯极易挥发，其水溶性低，因此在这种紧急情况下，用水稀释如此大量的氯乙烯是低效的，并不合适。另一方面，如果氯乙烯未经点燃直接释放到环境中，由于其数量巨大和毒性效应将导致环境和健康灾难，且氯乙烯和空气混合物的扩散可能形成更大范围的爆炸风险。因此，在这种紧急情况下，只能两害相权取其轻。
2.事故中氯乙烯是受控燃烧吗？
泄漏的氯乙烯以及燃烧过程中产生的氯化氢和光气会造成急性危害，因此需要疏散多达2000名当地居民。然而，这种所谓的“受控燃烧”只能控制燃烧区域范围，而不能控制生成更危险的化学副产品，如多氯二苯并二噁英/呋喃（PCDD/Fs）、多氯联苯（PCBs）、多氯萘（PCNs）和多环芳烃（PAHs）等。一些罐车中也存在一种重要的前体物——苯，它可以使以上副产品更容易从头合成。
目前，全世界仍在生产很多氯代化学品，由于无害化的非焚烧和焚烧处理能力不足，大量氯化遗留化学品在被禁几十年后仍未得到安全处置。氯代化学物质应由有资质的危险废物焚烧机构使用最佳可用技术（BAT），在严格的条件下焚烧，包括保持燃烧温度（>1100℃）、氧气量、停留时间和燃烧室内适当的湍流，同时应严格处理焚烧废气和飞灰，达到排放标准后方可排放。氯乙烯的露天燃烧不可避免地会产生各种有害副产物，如上述的PCDD/Fs、PCBs、PCNs和PAHs等，这些副产物比氯乙烯、光气和氯化氢稳定得多，半衰期常达几年到几十年，会产生长期影响。
3.事故中氯乙烯的燃烧会造成什么环境风险？
关于氯乙烯燃烧所造成的环境风险，主要有两种相互冲突的观点。一种观点认为环境风险非常高。该观点认为该事故将大范围污染伊利湖和俄亥俄河，危及数百万人的饮用水源。一些专家认为，这起事故摧毁了该镇，几年后当地癌症将会暴发。甚至认为该事故的危害堪比切尔诺贝利核电站爆炸事故。另一种观点认为环境风险很小。基于这一观点，当地居民的强制疏散令于2月8日被撤销，因为监测显示当地空气和水是“安全的”，没有任何“值得关注的”污染物。然而，在对所有环境介质中所有可能的有毒化学物质进行全面和充分的监测和风险评估前，这一结论为时尚早。
上述两种观点都可能存在偏颇。该事故无疑会在一定程度上造成环境和健康风险，最可能的环境风险是对土壤和地下水的影响。土壤是泄漏的氯乙烯和燃烧副产物的直接受纳介质，这些副产物将不可避免地渗透和扩散到土壤和地下水中。这些污染物在厌氧和缺光的地下环境中降解缓慢，很难从土壤和地下水中去除。PCDD/Fs由于其在环境中的持久性和高毒性而更值得关注。我们应该避免人类历史上PCDD/Fs污染的惨痛教训，例如20世纪70年代美国密苏里州时代海滩的PCDD/Fs污染，20世纪60和70年代越南遭受的“橙剂”带来的PCDD/Fs污染，以及1976年意大利塞维索ICMESA化工厂爆炸产生的PCDD/Fs污染等。
尽管已经采取了一些措施来防止地表水污染，但一定量的氯乙烯和燃烧副产物将不可避免进入附近的地表水并随水流扩散。俄亥俄州州长建议当地居民饮用瓶装水，这表明当地饮用水源的潜在风险。邻近地表水域出现了大量死鱼，表明氯乙烯和其他具有急性毒性的化学物质的输入及其对水环境的明显影响。然而，更大范围的饮用水源是否受到污染仍需进一步评估。
在氯乙烯泄漏和燃烧的过程中，短期内空气中有害化学物质的含量必定很高，具有高吸入风险。然而，在燃烧结束后，没有持续的输入源，挥发性化学气体将很快扩散稀释或沉降到地面，且挥发性氯乙烯在大气中容易光降解。因此，随着时间的推移，空气中的污染物水平将迅速下降。然而，如果土壤和地下水中的有毒化学物质没有被清除，它们将成为长期释放源，导致当地居民长期吸入风险。当地居民抱怨的异味、头痛和恶心证明了潜在的空气风险。
4.应采取哪些后续行动？
目前，无法根据已有的公开信息进行全面的风险评估，因此应进行后续行动，包括监测和评估、危险废物处理、场地修复，以及在确保安全之前的居民安置（图1）。
图1 氯乙烯事故及应开展的后续行动
首先，应持续监测当地地表水、土壤、地下水、空气、蔬菜、鱼类和其他食物来源。俄亥俄州是美国的重要农业区，由于潜在的土壤和地下水污染，应持续监测当地的农业作物，以确保其安全。脱轨的火车不仅装载氯乙烯，还装载了其他化学品，燃烧还产生了多种化学副产物。这些化学物质形成复杂的混合物，由于其复合效应，精准的风险评估较为困难。监测不仅应以氯乙烯为监测目标，还应包括其他潜在化学物质，为全面评估生态和居民暴露风险，确定该事故的影响范围提供基础数据。
风险评估和影响范围确定后，应尽快对存在风险的场地进行全面修复。固体废物应在严格条件下在专业焚烧炉中高温焚烧或稳定化后安全填埋。废水应被充分收集并进行无害化处理，以去除有毒化学物质。据报道，该事故中产生的一些高风险固体废物和废水被运至异地处理。与原位处理相比，远距离运输危险废物进行异地处理可能会造成二次污染。因此，在废物运输、储存和处置过程中，应进行严格监督和管理，避免二次污染。
目前，一些当地居民仍然担心他们可能暴露于有毒化学物质，并考虑搬离此地。全面的风险评估和环境修复需要很长时间，政府应负责任地对当地居民进行撤离和安置。只有当确认所有环境介质都没有潜在污染物造成的风险时，居民才能返回。
5.架接化学品安全管理和环境风险管理之间的桥梁
随着现代工业和农业的发展，越来越多的化学品被大量生产以满足人们的需要；不幸的是，这同时也污染了环境。恰巧也位于俄亥俄州的美国化学文摘社登记的化学物质数量迅速增加，目前已达到2.04亿。我们面临着越来越多的有毒有害化学品的威胁，而氯乙烯只是其中之一。
化学风险的解决最好从源头着手。如可能，高危险化学品及其最终产品的替代是优先选项，例如，更环保的聚氯乙烯塑料替代品可以消除绝大多数氯乙烯的生产的使用。如果替代品在短期内不可行，那么整个危险化学品化工产业链应尽可能在同一地点完成，以减少运输。如果必须运输，应采取严格的运输管理和风险防范措施，以确保安全。美国运输统计局数据显示，从1990年至2021年，美国共发生54539起列车脱轨事件，平均每年1704起。运输是美国化学品安全的一个重要风险源。而从2016年至2020年中国发生的64起重大化工和危险化学品事故中，只有2起由运输引起，占3.1%。
环境风险可能发生在化学品的整个生命周期中。除运输外，化学品生产、使用、储存和废物处理过程中都可能发生事故，造成潜在的环境和健康风险（图2）。化学品风险管理是一个复杂的系统，应包括化学品安全管理及其环境风险管理。化学品安全管理和环境风险管理之间通常存在鸿沟，这也反映在该事故的应急处理中。在化学品事故环境风险评估中，各种复杂的环境因素会导致结果的不确定性，甚至引发争议。
图2 架接化学品安全管理和环境风险管理之间的桥梁
该事故应该引起包括中国在内的全世界的思考。2019年，全球化工产值约为34150亿美元，中国是最大的化工生产国，约占全球总产值的36%。预计到2030年，中国化工产值将达到全球总产值的50%。大量化学品的生产和使用是环境污染物的主要来源。过去，中国的环境化学性污染治理主要集中于COD、BOD等综合指标上，这些综合指标与其源化学品没有清晰的一一对应的联系。近年来，中国已启动了新污染物治理行动，化学污染防治将更加关注高风险的新污染物源头化学品。
新污染物治理涉及漫长的化工和生活链，需要涉及新污染物源头化学品生命周期的多个部门的协调合作，这也在中国的新污染物治理行动方案中得到体现，即对新污染物源头化学品的生产、进出口、储存、销售、使用和处置等整个生命周期进行全面管控。然而，目前的新污染物治理行动方案不涉及运输过程，建议将运输管理部门纳入责任部门，以降低新污染物源头化学品的运输风险。可以预期，新污染物治理行动将成为架接中国化学品安全管理与其环境风险管理之间的桥梁（图2）。
文稿 | 王 斌，清华大学，FESE青年编委
审校 | 张 姣
本文内容来自FESE期刊2023年第17卷第4期发表的Views文章 “Insight of chemical environmental risk and its management from the vinyl chloride accident”。通讯作者为北京航空航天大学衡利苹教授和清华大学/北京师范大学余刚教授。
引用格式：Bin Wang, Liping Heng, Qian Sui, Zheng Peng, Xuezhi Xiao, Minghui Zheng, Jianxin Hu, Heidelore Fiedler, Damià Barceló, Gang Yu. Insight of chemical environmental risk and its management from the vinyl chloride accident. Front. Environ. Sci. Eng., 2023, 17(4): 52
doi:https://doi.org/10.1007/s11783-023-1652-x
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