环保设施的安全问题研究与建议 原创 李文楠、马立强 马哥说 昨天

近年随着国家环保治理力度的加大，特别是2015年后掀起的轰轰烈烈的挥发性有机物（VOCs）治理运动，不少环保工程仓促上马，存在安全条件论证不足等现象。另外，环保设施的安全监管在职责划分上不够清晰，环保设施的安全问题长期被忽略。

近年由环保设施运营管理不善导致的安全事故频发，屡见报道，特别是活性炭和焚烧等VOCs治理设施。然而，一切的重大变革都有重大事件的推动，响水事件发生后，环保设施的安全监管职责得到了进一步明确。

2020年12月28日，国务院安全生产委员会印发了《国务院安全生产委员会成员单位安全生产工作任务分工》的通知[安委（2020）10号]，按照该文件：（十一）生态环境部在安全方面的职责包括：。

• 依法对废弃危险化学品等危险废物的收集、贮存、处置等进行安全监督管理，防止人身伤亡和财产损失事故发生。按照职责分工负责危险化学品生产安全事故相关环境污染、生态破坏问题调查和事故现场应急环境监测。

• 指导协调地方政府开展生产安全事故次生环境污染和其他相关突发环境事件的应急、预警和处置工作。

• 指导督促地方和相关企业单位对重点环保设施和项目组织开展安全风险评估和隐患排查治理。

可见，管环保也要管安全的时代来临啦。

EHS在源头的风险管控上的融合又更近了一步，如同当前节能与减排实现了统一一样，未来EHS的监管统一可期！

环保设施是治理工业、商业及服务行业在生产经营过程中所产生并对环境造成影响的物质，使其达到法定要求所需的设备和装置，以及环境监测设备。

一般环境保护设施按治理物质的形态分类有废水治理设施、废气治理设施、废渣治理设施、粉尘治理设施、噪声治理设施和放射性治理设施等。根据《环境保护综合名录（2017年版）》，环境保护重点设备包括72项设备。主要分为五类：环境监测设备、大气污染防治设备、固体废物污染防治设备、废水处理设备、噪声与振动污染控制（材料）设备。

本文主要针对废气、废水、固废这三类容易发生安全事故的环境要素，针对企业常见的几种环保设备的安全问题，结合案例进行分析，并提出了安全对策措施，为企业环保设施的风险评估和隐患排查治理提供思路。

工业废气种类繁多，主要包括有机废气、燃料废气、粉尘废气、酸雾废气、油烟等。工业废气根据其排风量、温度、浓度及本身化学物理性质，其治理方法各不相同，有机废气采用活性炭纤维有机废气净化器、催化燃烧、RTO、低温低离子、光催化氧化等；酸碱废气采用酸碱中和方法，酸碱废气净化塔；硅烷废气一般采用不锈钢硅烷燃烧塔处理；恶臭废气处理一般采用生物除臭以及光催化氧化或者活性炭吸附等。

以VOCs治理为例，目前常见的VOCs末端治理工艺有蓄热式燃烧（RTO）、催化燃烧（RCO）、直接燃烧（TO）、活性炭吸附脱附、低温等离子等。但VOCs废气成分复杂，通常为多种易燃易爆的混合有机气体，前期的技术工艺选择不到位或这些装置的投入使用不加以专业管理和控制，往往会带来新的安全隐患。比如低温等离子装置电晕放电着火问题；RTO装置爆炸问题；活性炭装置自燃以及危废处理问题。

低温等离子体是通过电子束照射、电晕放电、介质阻挡放电、沿面放电、辉光放电、孤光放电、微波放电、射频放电等方式产生的，而低温等离子体处理VOCs电极结构形式主要为电晕放电和介质阻挡放电，且两者放电的原理都是高压放电，在处理易燃易爆的挥发性有机物气体及所处电气防爆区域使用，都极其危险。所以，原国家环保部2013第31号文《挥发性有机物污染防治技术政策》第27条明确规定，使用低温等离子技术要注意爆炸、火灾等安全因素。

依据：《挥发性有机物污染防治技术政策》

事故案例

2017年6月20日，天津某树脂有限公司在安装调试环保设备过程中，发生一起爆炸事故，造成环保设备安装调试人员2人当场死亡、2人受伤。

事故原因

合成树脂生产废气的排放环节主要有：

①原料投加及投料孔(处)若密闭性不好，原料投加过程将会发生逸漏，逸漏出来的物质无组织挥发、扩散；

②聚合反应过程中未参与反应的原料和有机溶剂将以废气形式排出反应釜，未参与反应的原料以及有机溶剂将从废气排放口处排出，有组织挥发、扩散；

③产品及中间产品卸放时，若密闭性不好，或卸放过程自动化水平不高，将会发生逸漏，逸漏出来的物质无组织挥发、扩散；

④原料和有机溶剂储存过程中发生泄漏，以及原料和溶剂储罐发生大、小呼吸排气，作无组织挥发和扩散。由此可见未聚合的物料、溶剂的不凝气及树脂粉尘均可能引起爆炸。

该树脂有限公司使用的低温等离子体废气处理设备，属于电晕放电，其原理是当气体击穿后绝缘破坏，其内阻降低，放电迅速越过自持电流区后便立即出现电极间电压减小的现象，并同时在电极周围产生昏暗辉光。

图1 事故现场现场图片

从事故调查结论可以看出，低温等离子体废气处理设备未采取浓度高高联锁，当入口废气浓度达到爆炸下限时，设备尚可启动运行。从事故现场照片可以看出，低温等离子体废气处理设备为常压设备，在爆炸后顶盖完全掀起，侧门全部顶开，设备本体不能承受内部有机气体或粉尘爆炸的超压，发生爆炸时设备本体严重破坏，伤及旁边正在调试的工作人员，导致2人当场死亡、2人受伤。

安全建议

①在低温等离子体设备联锁方面，应设置入口总烃浓度高低报警和高高联锁等措施；

②在低温等离子体装置运行操作方面，放电之前必须对反应器内的气体用空气或惰性气体置换足够时间，待反应器内气体浓度低于爆炸下限的25％时方可启动；

③在运行过程中必须对入口废气浓度进行在线监测，当进入反应器的气体浓度达到或超过爆炸下限的25％时必须进行配风稀释。

现在市场上对VOCs的大量处理工艺，例如膜分离、活性炭吸附、高沸点溶液吸收、生物转化、冷凝回收和热力氧化等方法中，蓄热室热力氧化炉(RTO)具有去除效率高、经济适用性强，且热能利用效率比传统的直燃式氧化炉提高70%左右等优点，是目前企业解决VOCs的有效手段。但因各企业情况的不同，RTO应用也存在局限性，在投入生产使用时，由于操作失误、设备缺陷、设计处理风量过小、沉积物清理不够及时、收集系统设计不合理等多种原因发生过生产安全事故。

事故案例

江苏某化工企业RTO净化系统在2015年3月初和3月末两次发生爆炸。事故没有造成人员伤亡，聚合物多元醇车间引风机损坏，现场仪表烧毁，RTO 部分装置损毁严重，直接经济损失达100余万元。

根据相关资料，该企业生产方式为间歇性生产，事故发生时仅POP、PL1/PL2产品的工艺废气通过DN50~DN350不等的金属管道进行了收集(主要污染物为环氧乙烷、环氧丙烷、三甲胺、异丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，废气收集后通过引风机进入RTO焚烧，该RTO为R-RTO(旋转式蓄热焚烧炉)。废气收集、处理的详细流程如图所示。

图2 废气处理流程图

事故原因

直接原因：真空泵出口尾气排放温度过高，而有机物沸点较低，导致污染物排放浓度过高，同时相应的入口空气补气不足，外加环氧丙烷、环氧乙烷的化学性质活泼，最终导致接入焚烧炉中的废气达到相应爆炸极限，从而造成爆炸事故的发生。

图3 不同温度下有机物饱和浓度安全性分析

间接原因：

①收集系统设计不合理。调查过程发现对于真空泵高浓度有机废气，企业均未进行冷凝回收预处理，且目前企业对 PL 系统真空泵出口废气所设计的收集方式极不合理，真空泵出口所配备的伞形罩集气量有限，废气收集总管仅DN50，正常运行时系统稀释风量难以保证。

②预处理措施不到位。该企业POP、PL1、PL2车间对有机废气所采用的活性炭吸附未配备脱附再生系统，基本无效，末端所配置的不锈钢高压风机无变频系统，导致废气收集管路系统中负压值过高，能耗较高且不利于有机物的冷凝回收，所采用的金属材质水洗塔强度较高，当系统发生爆炸等意外事故时无法起到有效泄爆的效果（无泄爆措施），导致爆炸产生的冲击波沿着管道进一步往生产车间传导，加剧了爆炸的次生危害。

③RTO炉本体存在问题。本项目中部分产品含有氯元素，诸多案例表明，蓄热陶瓷体由于质量较大，支撑件通常要承受较大的应力腐蚀，当体系含氯时(如环氧氯丙烷)高温焚烧处理过程中将产生HCl等污染物，对设备本体、RTO 炉旋转阀易产生较大腐蚀，系统难以稳定、有效运行。

④废气中存在化学品自聚现象。项目废气中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有机物，上述物料在温度较高时极易发生自聚合，导致RTO炉蓄热陶瓷体在使用一段时间后设备阻力变大，同时底部有高沸点有机物粘附现象，易引起火灾等安全事故。

安全建议

RTO在正常工况下不易发生火灾、爆炸事故。但由于废气成份复杂多变、浓度波动大，易造成焚烧炉运行稳定性较差，存在一定的安全隐患。为了防范RTO火灾、爆炸事故可以采取如下安全措施：

①全面识别风险。对不同废气混合集中收集时，应对各种废气间的相互影响开展风险分析，弄清废气的危险特性。对废气的组分，危险性、爆炸极限、闪点、燃点等进行检定和检测，全面掌握废气的安全风险，避免发生反应。对于废气成分复杂的，应进行安全性分析，例如HAZOP分析，并采取相应的安全措施。

②优化收集系统。对吸风罩、风机选用进行规范设计，同时废气收集管线需统筹规划，形成支管→主管→处理装置→总排口的收集处理系统，确保废气收集效果。合理选择相关设备和材料，可通过设置缓冲罐、调整风量等预处理设施，严格控制RTO炉入口有机物浓度和流速，保证相对平稳、安全运行。

③渐进化科学调试。RTO炉调试时理应先进行空载调试，待空载调试稳定后再逐步接入低浓度有机废气，如企业污水池加盖收集后废气、车间换风废气等，最终再逐步接入高浓度废气，同时对拟接入高浓度废气的排放流量、排放浓度进行检测。

④安装在线监控系统，设置电控系统操作间。RTO 炉净化处理系统是一项人机高度结合的设备，虽然其自动化程度较高，但必须安排专人进行维护与管理，如 RTO 炉在发生爆炸前有机物浓度常会在短时间内迅速升高，此时系统若有人值守则可提前发出预警并采取必要的措施，避免事故的发生;同时对 RTO 各系统尾气安装 TVOC 浓度在线监控系统，为企业管理提供必要的数据支撑。

活性炭是一种经特殊处理的炭，活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，正是基于这一点，在有机废气处理时使用颗粒活性炭，让气流通过活性炭层进行吸附，进而降低有机废气的浓度。吸附过程是放热过程，有机废气在活性炭中除了有物理吸附现象外，活性炭本身以及吸附的有机物还会与氧气发生缓慢氧化，其较大的比表面积会也会加剧这一氧化的过程。此外当废气中含有一些不相容的化学物质时，其不相容反应在活性炭的催化下也会加速。这些都是放热的过程，同样会引起活性炭的热积聚风险。

在工业废气处理的过程中，因为活性炭吸附工艺比较单一，所以会造成活性炭饱和的速度比较快，处理的效果也不够稳定。因此，在工业中大多情况下还会采取其他处理工艺相组合的方法，例如旋流板塔＋UV光解＋活性炭吸附、水喷淋＋干式过滤器＋活性炭吸附＋催化燃烧等。

Smisek和Cerry研究了应用含有再生装置的活性碳吸附床着火状况，当含有酮类，醛类或相近化合物时。研究发现在吸附设备发生着火的状况大多是由于生产状况安排停机或机械故障关闭后发生。停机一段时间后，吸附系统重新启动时发生着火状况，调查者把这种着火状况归于活性碳自发的氧化反应，当系统没有在完全冷却的状态下停机，或者由于未关闭死的阀门扔渗入少量空气进到活性碳床，这些气流却足以引起氧化反应所需。而且由于氧化导致的热量散发较慢，在活性碳床的某个局部位置可能会引起活性碳的自燃。

事故案例

事故①：某公司塑料PP材质的废气缓冲罐（利旧，内有活性炭，未识别到变更风险）发生爆炸事故。爆炸导致缓冲罐整体被炸碎，，部分碎片飞至周边路面。冲击波导致冷却塔塔体剥离脱落、碱洗塔碱液管路泄漏；所幸当时周边没有行人通过，未造成人员伤害。

图 4 事故现场图

事故②：某公司2车间楼顶的活性炭吸附罐（废气预处理）发生着火。所幸发现及时，未造成严重的蔓延，消防队前来将大火扑灭。

事故③：某公司1车间楼顶活性炭吸附罐（废气预处理）发生着火。因车间人员及时发现火情，火势在初期被扑灭。

结合事故发生时的现场调查、生产情况、以往异常情况分析，推测这几起活性炭吸附罐着火和爆炸的直接原因：气温较高的情况下，工况复杂的废气经过活性炭处理（吸附）过程中发热（物理和化学）。由于活性炭长时间未更换，灰分较高，床层散热较差，不利于对流散热。致使热量在床层中积聚，在其中形成局部热点。导致其温度达到活性炭的自燃点或温度达到了混合有机物气体的闪点。同时部分空气进入废气中与可燃物形成爆炸性混合气体，最终导致了事故的发生。 

安全建议

针对活性炭自燃的情况，为了防范活性炭火灾事故，首要考虑对活性炭进行升级替换，比如采用沸石转轮吸咐材料，沸石转轮等吸咐材料属于无机材料，天然的不燃性；设计阶段，活性炭废气处理法设计前期输入条件要准确确认，对于含有酮类、醛类等有机物组分时需要特别注意；尽量避免采用活性炭废气处理法。活性炭废气处理法废气处理设备的自控程序要完善，建议采用HAZOP分析法进行风险点及预防措施的分析。具体有以下几点措施可以参考：

① 确保有机废气的预处理装置满足生产负荷，所有的废气组分必须经过有效的预处理，不相容的废气应单独预处理后再排入吸附罐中吸附处理；

② 活性炭选材：使用点火温度高，灰分低的活性炭作为吸附材料；

③ 条件允许的话对吸附装置进行降温；定期检查处理装置、废气管路是否有不完整漏风的情况，要保证管路不漏气，定期更换活性炭；

⑤ 吸附处理装置前的废气管路安装管路阻火器（阻爆轰型）；管路上(分段)安装泄爆片，废气缓冲罐上安装泄爆板，泄爆板要有固定装置；

⑥ 吸附装置内安装喷淋灭火装置，用来扑灭初期火灾；

⑦在吸附床层安装温度探头，监测活性炭层的温度发现异常时及时处置；

⑧应急反应与人员培训。培训人员发生火灾时的应急处置能力，要能及时扑灭吸附处理装置的火灾，防止火灾蔓延。

吸附法(直接吸附法、吸附-回收法、新型吸附-催化燃烧法)、直接燃烧法、催化燃烧法等废气处理设施本身一般不会产生燃烧爆炸。废气处理系统爆炸的根本原因是废气中可燃气体的浓度处于爆炸极限同时存在点火源。因此防止废气处理系统爆炸 的主要措施，是要控制各废气吸入点吸入的各有机气体浓度小于爆炸下限，建议以爆炸下限25%(v/v)为设防值。

如果某点吸入的有机气体浓度过高，则应采取冷却或冷冻的方法，采用金属换热器械(如板式冷凝器)和金属管道(要防静电接地)，但部分工艺，特别是卤化物废气，由于腐蚀严重，并不适合使用金属管道，需要结合实际需求选择。使其中的有机气体安全地冷却成液体回流或收集到某容器，使进入废气收集系统的废气浓度降低到安全浓度。以蓄热式热氧化炉(RTO)为例，仔细阅读其使用说明中，RTO设备生产厂家均提到只适用于低浓度(低于30%LFL)、大风量。

企业要考虑反应器冲料、安全泄放等高浓度有机气体，大大高于爆炸下限，切不可排入只适用于低浓度有机废气处理系统，以防产生废气管道系统和处理设施发生爆炸事故。

由于废气管道连接许多设备和车间，废气处理系统的爆炸事故，严重时会引起其他设备或车间的连锁反应。对有可能产生冲料和反应失控的反应器，企业应预先研究采取安全排放的措施，首先应采取温度和压力的检测报警或连锁等安全自动化手段，防止冲料和反应失控制现象的发生;其次应设计安全泄料设施，以满足万一发生冲料事故或反应失控制安全泄放系统动作，大量有机体气体的安全泄放和处理，例如设计事故缓冲罐，甚至高空排放设施。

综上所述，企业在重视低温等离子体废气处理设备、RTO蓄热式热力焚烧炉等废气处理设备安全自动化功能(有机废气的浓度检测和连锁)的同时，更应重视各废气吸入点有机废气浓度的检测和预处理，并考虑事故状态下的紧急排放和处理，在良好工程设计的基础上，必要时采用HAZOP或者LOPA等适当的风险分析等方法，对整个废气处理系统进行安全评估，确保整个废气处理系统所有废气浓度处于安全浓度以下，从源头上消除废气处理系统的火灾、爆炸事故。

工业废水是工业生产过程中产生的各种废弃用水。这些废水通常具有一定的污染性和危害。在对工业废水进行研究的过程中，人们根据废水的化学性质、工业加工对象、含有的污染成分等对其进行了各种分类。

我国的工业废水治理至今已有多年的历史，已取得了重大进展，污水治理能力显著提升，基本可以应对一定范围内的工业废水治理需求。然而，尽管我国的污水治理技术正在向成熟化发展，但是污水治理的管理仍然存在许多问题，许多小型企业为了减少成本，没有按照规定流程对污水进行治理，导致处理力度较低，不仅不能实现污水的有效治理甚至带来了一些安全问题。

根据资料统计，在工业废水处理事故中，排在首位的是中毒窒息事故，淹溺事故和高空坠落事故排第二位，其余为触电、火灾、机械伤害、坍塌、爆炸等事故。在污水处理行业事故中，排在首位的是中毒窒息事故，淹溺事故和高空坠落事故排第二位，其余为触电、火灾、机械伤害、坍塌、爆炸等事故；并且污水处理行业检修或者设备维护过程中发生安全事故的概率远高于正常运行期间。

（1）山西污水处理中毒窒息事故

2020年6月16日上午10时许，山西省太原市某院，3名男子进行作业时被困于医院内地下封闭污水处理池中。接到报警后，太原市消防救援支队指战员迅速赶往现场，将3人救出。不幸的是，3人均没有了生命体征。经调查，下池人员未配戴相应的防护用品，作业时没有有现场安全员在场全程监督安全。

图 5 山西污水处理事故现场图

（2）北京污水处理站中毒窒息事故

2020年8月26日上午10时许，北京市丰台区某污水处理站沉淀池在进行疏通作业过程中，发生有限空间作业窒息事故。调查发现，该小区内部有限空间场所根本没有相应的安全管理。

（3）湖北污水清淤中毒窒息事故

2020年4月23日，湖北省随州市某公司在组织对污水沟进行清淤作业时发生事故，导致3人死亡。经调查，企业安全生产主体责任意识不强、有限空间作业等安全管理规定不落实、安全教育培训不到位是导致事故的原因。

（4）河南污水泵站检修窒息中毒事故

2020年6月27日，河南省某公司3名维修工人在修理污水泵时晕倒。事故发生后，当地公安、消防等部门紧急救援，但3人最终不幸死亡。经调查，施工人员未在施工前对作业环境的氧含量、可燃气体含量、有毒气体含量进行分析；在施工时没有佩戴防护用具；并且在出现中毒前兆迹象时，未及时采取正确安全的自救措施。

（5）广东污水处理厂溺亡事故

2020年5月23日，广东省东莞市某污水处理厂内，一名工人在管道维修过程中不幸发生了淹溺事故，造成该名维修工人死亡。经调查，工人临边作业未系好安全带。

（6）甘肃污水处理装置闪爆事故

2020年7月22日，甘肃省兰州某公司炼油污水处理车间一装置调节池浮油闪爆起火。当地消防部门迅速调集前往现场将其扑灭，火灾未造成人员伤亡。

对于废水处理过程窒息和中毒事件的风险防控：

根据相关统计，废水处理设施安全事故的事故类型以中毒事故居多，占事故总数目的近70%，且发生事故的原因多为人员处于密闭空间内长时间暴露于有毒气体当中造成伤亡。且造成中毒事故多发的另一潜在原因为施工人员的劳动保护用品配备不齐全或佩戴不正确。另外，因救援人员在自身防护用品未佩戴的情况下冒险进入通风不畅的现场盲目施救造成自身伤亡也是一大原因。

针对污水处理厂建设工程安全事故的常发中毒窒息事故类型，企业应该强对于中毒事故的专题安全教育，加强施工人员对于中毒事故的重视程度；加强施工现场对于个人劳动防护用品的检查，在安全教育活动中要对个人防护用品进行自检、互检；确保劳动保护用品发放到位、佩戴正确。另外，要加强施工现场的通风，降低有毒气体发生聚集的几率，还可在施工区域加装有毒气体的检测装置，并要求现场工长和安全员对作业区域的有毒气体进行监测记录，一旦发现有毒气体浓度超标，应立即停止该区域的作业。

其实，消除“密闭的限制空间”，是降低窒息和中毒的根本，废水池一定要“加盖”才满足环保要求吗？

对于废水处理中的火灾爆炸风险防控：

①要防止由于混触带来的安全隐患在实际操作过程中，严禁将会分解出易燃、易爆的物质混合在一起。在清理危险品设备出现的污水时，需要先进行净化处理，将其中的有害物质、易燃与易爆物质排出，在排放物符合标准要求后才能够进行排放；

②避免出现爆炸性气体混合物对于工艺设备中排放出来的废水；

③加强通风安全管理，消除引火源对于积存有蒸汽与可燃气体的下水道，在未将危险排除以前严禁作业，在距离散发火花与明火位置的15m之内，严禁设置排气管，对于污水处理厂的建筑物与设备，需要根据《石油化工企业设计防火规范》来设置防火间距。若生产过程中可燃气体与可燃液体无法正常排出需要维修时，必须要提升进行事故警报，防止排出的可燃气体与可燃液体引爆火源。

结合企业安全管理特点，对污水处理行业的安全管理有一些参考意见：

①加强现场和设备设施管理

加强现场6S和职业卫生安全管理，加强设备设施管理，尽可能选用安全高效的设备设施，完善安全操作规程，严禁违章作业。在充分分析危险源的基础上，在现场安装安全防护设施，并设立安全警示标志。完善密闭空间通风设施，配备安全器材和有害气体探测仪。通过定制看板、设置设备异常信号灯、安全提醒板、安全曝光台等多种形式，向作业人员充分传递安全信息，提高责任意识和风险识别能力。

②改进安全管理体系

建立明确的安全生产责任制，明确各级单位和负责人安全职责，定期进行检查，确保职责落实到位。完善隐患排查治理机制，定期对现场隐患进行检查，查出隐患及时治理，举一反三，避免重复隐患。开展安全生产标准化工作，通过对标管理，提高安全生产管理水平。

③突出安全管理重点

加强特殊时段、重点部位安全风险管控，尤其做好设备检修过程、受限空间的安全管理。凡涉及动火、受限空间、盲板抽堵、高空、断路、动土、吊装、用电、设备检修等作业必须按照相关作业规程办理票证方可作业，确保安全防护设施和现场监管到位。

④提高员工安全知识和安全技能

加强员工安全知识和安全技能培训，通过经常性的案例警示教育和应急预案演练，提高员工应急处置能力和风险防范能力，提高员工自救和施救能力。让作业安全成为员工发自内心的需求和追求，提高作业人员安全素养。

⑤采取本质安全的控制措施

固废环保设施安全事故