沼气中毒事故的发生与防治

作者:卢武科

前言

沼气中毒事故在排水设施维护作业中经常发生，造成多人中毒的事故案例屡见不鲜：2004年4月9日，上海市南区污水干线某泵站改建工程中中毒死亡一人。2004年4月28日，无锡市太湖大道边一水利工地疏通地下管道时中毒死亡二人。2004年6月3日，天津市泰丰泵站维修污水压力管线作业时中毒死亡五人。因此了解沼气的产生和致毒机制，从而制定并采取妥善措施以保护市政工人的生命健康显得尤为重要。

一、沼气的产生

下水道、检查井、化粪池、泵房集水池、水处理构筑物等积存污水、污物的设施由于潮湿且相对封闭，容易产生沼气。沼气是有机物在微生物的作用下厌氧消化产生的混合气体，沼气的产生过程是一个由多种细菌参与的多阶段的生化反应过程，整个过程可以分为水解、产酸、产甲烷三个阶段：

水解阶段是一些兼性细菌分泌胞外酶，将纤维素、脂肪等大分子有机物水解成细菌可以吸收的溶解物质的过程，此过程有少量二氧化碳和氨产生。

产酸阶段是细菌把水解产物分解为挥发性脂肪酸、挥发醇及一些醛酮类物质的阶段，该过程产生二氧化碳、氨、硫化氢、氢等气体。能够进行水解和酸性消化的细菌种类很多，它们在有氧和厌氧环境下均能存活，统称产酸菌。

        产甲烷阶段是在厌氧环境中由甲烷细菌以挥发性脂肪酸等易降解物质为底物产生甲烷的过程。该过程对环境条件要求较高，如要求PH值在6.4至7.8之间、绝对厌氧环境等。甲烷细菌的种类少，繁殖速度慢，代谢活力不强，适宜的温度范围狭窄。

        下水道等排水设施由于存在大量有机物质加之自身特点，为沼气的产生提供了理想场所，当管道堵塞或长时间积存污水污泥时厌氧条件更加充分。设施中沼气浓度高时不仅会引起人员中毒，而且有爆炸危险，因此维护作业时必须考虑沼气的作用和影响，采取有效的方法保证作业安全。

        二、沼气的致毒成份

        沼气一般含甲烷50％～70％，含二氧化碳25～40％，和少量的氮气、氢气、氨气和硫化氢、磷化氢等，具体成份取决于底物的有机物成份和消化程度。例如：硫化氢在沼气成份中通常仅占0.005～0.08％，当污水中含有大量蛋白质或硫酸盐时，硫化氢的含量会达到1％；磷化氢在沼气中通常痕量存在，当有油麸、骨粉、棉籽饼、磷矿粉、动物尸体等含磷有机物时，含量会明显增高；当PH值小于7时甲烷的产生会受到抑制；当温度从15℃～25℃以下提高到35℃～38℃时，产气效率会成倍提高。

甲烷、二氧化碳、氢气、氮气都是无毒性的气体，但是它们在高浓度下使空气中氧气的分压降低，致使肌体动脉血血红蛋白氧饱和度和动脉血氧分压降低，导致组织供养不足，引起缺氧窒息。若空气中甲烷含量达到25～30％时，人们就会产生头痛、头晕、恶心、注意力不集中、动作不协调、乏力、四肢发软等症状。若空气中甲烷含量达到45～50％以上时，人们就会因严重缺氧而出现呼吸困难、心动过速、昏迷、窒息死亡。

硫化氢是一种神经毒剂，亦为窒息性和刺激性气体。其毒作用的主要靶器官是中枢神经系统和呼吸系统，亦可伴有心脏等多器官损害，对毒作用最敏感的是脑和粘膜接触部位。吸入的硫化氢进入血液分布至全身，与细胞内线粒体中的细胞色素氧化酶结合，使其失去传递电子的能力，造成细胞缺氧。硫化氢还可能与体内谷胱甘肽中的巯基结合，使谷胱甘肽失活，影响生物氧化过程，加重了组织缺氧。高浓度（1000mg/m3以上）硫化氢，主要通过对嗅神经、呼吸道及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的直接刺激，传入中枢神经系统，先是兴奋，迅即转入抑制，发生呼吸麻痹，以至于‘电击样中毒”。硫化氢接触湿润粘膜，与液体中的钠离子反应生成硫化钠，对眼和呼吸道产生刺激和腐蚀，可致眼结膜炎，呼吸道炎症，甚至肺水肿。由于阻断细胞氧化过程，心肌缺氧，可发生弥漫性中毒性心肌病。

            氨气对粘膜和皮肤有碱性刺激及腐蚀作用，可造成组织溶解性坏死。高浓度时可引起反射性呼吸停止和心脏停搏。人接触553mg/m3可发生强烈的刺激症状，可耐受 1.2分钟；3500～7000mg/m3浓度下可立即死亡。

 磷化氢属高毒类物质，浓度在1．4～4．2mg/m3时，可闻到特有    的腐鱼样气味，10mg/m3浓度下接触6小时有中毒症状，409一846mg/m3浓度下接触0．5～1小时可致死。

不同浓度沼气成分对人的影响见附表1

三．沼气中毒的特点

下水管道等排水设施中由于污水污泥的成分复杂，环境条件不同，    导致不同地区、不同季节沼气成分差异很大，中毒的原因必须根据具    体案例具体分析，但是沼气中毒事故的发生却有着相同的特点，即：主观上安全生产管理不当，作业人员缺乏预防沼气中毒的意识和措施，没有配备安全防护设备器材；客观上沼气具有很强的隐蔽性使中毒事件瞬间突发，往往一案多人。

沼气的隐蔽性原于两各方面，第一：沼气的成分中有几种易溶于水的气体，如：二氧化碳、硫化氢、氨等，常温下1体积水可溶解1．19体积二氧化碳气体、2．24体积硫化氢和700体积的氨，在窖井等密闭的环境中这些溶解在水中的气体达到饱和状态，一旦受到扰动时会迅速释放，静置时又会重新溶解到水中，并且随水流动成为“隐蔽杀手”。第二：高浓度的气体会使人的嗅觉产生疲劳，感觉不到危险的临近而疏于防范。

瞬间突发性是沼气中毒的又一特点，吸入高浓度的窒息性气体造成人体组织缺氧，使人的神经系统受到损伤；高浓度硫化氢通过对嗅神经、呼吸道粘膜神经及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的强烈刺激，导致呼吸麻痹，甚至猝死，表现为“电击样死亡”。事件往往在瞬间发生而毫无征兆。

由于沼气的隐蔽性和中毒事件的突发性，使得许多缺乏防范意识的人在无防护措施的条件下救助伤者，从而导致更多的人员中毒。这也是沼气中毒事故的一大特点

四．沼气中毒的预防措施

在我国，排水企（事）业单位一般把下水道、沉淀池、化粪池疏         挖等脏累苦险的工作交给农民工干，并且疏于管理，工人缺乏预防沼            气中毒的安全意识和必要的防护手段，因此预防沼气中毒必须从安全          教育、安全技术、安全管理三方面入手，采取相应措施。

1．安全教育

排水设施维护管理单位或部门应当对从业人员进行防止沼气中毒的            安全生产教育和培训，使从事疏挖作业的人员具备必要的安全防护知识。

2．安全管理

管道疏挖等项目管理单位应按照《安全生产法》的要求，制定安            全生产责任制和沼气中毒紧急救援预案。并将各种安全措施落实到            位

3.  安全技术

高浓度窒息性气体如甲烷、二氧化碳和制毒气体如硫化氢、氨、磷化氢是导致中毒的原因，因此采取通风措施，让有害气体彻底消散使作业空间充满新鲜空气，这是防止沼气中毒最有效的办法。倘若无法做到充分通风，则应该避免进入危险空间，确需进入时则必须佩带有效的防护设备。防护设备有防毒面具、送风面罩等，检测设备有气体检测仪器、检测试纸。

 采用机械通风应让风送至作业空间的最底层，并保证作业时送风设备工作正常。充分通风后，应采用有害气体检测仪器检测，确认有害气体浓度低于安全浓度时方可进人。当密闭的井室刚打开时，应避免静电和明火，以免引起沼气爆炸。

4．具体安全措施

（1）通风：保证良好的通风条件是避免沼气中毒最有效的办法。首先自然通风，让易挥发的气体消散，同时要注意避免出现明火,防止沼气爆炸，然后机械通风，通风管应该放到底层以保证作业面的空气持续新鲜。

（2）检验：进入可能有沼气的空间以前应检测有害气体。用气体仪器检测可以准确方便地检测多种有害气体；用湿润的醋酸铅试纸也可以方便地检测出硫化氢气体的存在，方法是用浸有2％醋酸铅的湿试纸暴露于作业场所30秒钟，如试纸变为棕色至黑色，则严禁入场作业。

（3）在没有强制通风措施时，作业人员必须配戴防毒面罩或空气呼吸器，井下作业时应系好防护带，并确保能被监护人员用防护带拽出井室。

(4) 作业人员工作时，应在场外安排两个监护人员，并备好防毒面具，监护人员不得擅离岗位。

(5)进入井下救人时必须配备防毒面具或其他防毒器具。

(6)眼、心脏、肺和中枢神经系统疾病为职业禁忌。

(7)安排好其他劳动保护工作。

五．沼气中毒的现场急救

  迅速让患者脱离现场，移到空气新鲜处，脱去污染衣物，呼吸心            跳停止者立即进行胸外心脏按压及人工呼吸（注意：发现有肺水肿者，            不准做人工呼吸，忌用口对口人工呼吸，万不得已时与病人间隔以数            层湿水的纱布）。呼吸困难应吸氧，有条件的地方及早用高压氧治疗。            尽快将患者送入医院接受治疗。

                       结论

排水管道、排水泵站、贮水池、发酵罐、发酵池、不通风的地窖            及长期不开放的各种矿井、油井、船舱底部和密闭的储藏水果、谷物            的仓库等地方都有可能产生沼气；沼气中毒的致毒原因复杂，但中毒            事故主观上都缺乏安全生产管理，客观上有共同特点即：气体的隐蔽性、事件的突发性和一案多人；保持现场有良好通风可以有效避免沼气中毒的发生；在有沼气的场所严禁明火,测试过安全的可疑场所，还应该保持通风，并采取各项安全措施，防止扰动水体逸出的有害气体中毒。抢救中毒伤员时施救人员要作好自身的安全防范，以免中毒。总之，采取科学的预防措施可以有效避免沼气中毒。

 

 

 

 参考文献：

中国化学品安全网知识网

国家安全生产总局网站安全常识

中国职业病防治网站

城市污水处理厂运行控制与维护管理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附表1： 不同浓度沼气成份对人的影响

气体名称	物理性状	浓度	时间	对人的影响
甲烷	无色无臭的依然气体，熔点-182℃，沸点-164℃，相对密度0.5547，爆炸极限5～15.4（体积）	空气中的甲烷含量达到25～30％时		会发生头痛、头晕、恶心、注意力不集中、动作不协调、乏力、四肢发软等症状。
		空气中的甲烷含量超过45～50％时		会因严重缺氧而出现呼吸困难、心动过速、昏迷以致窒息死亡
二氧化碳	无色、无臭的气体，高浓度时略带酸味，相对密度1.524，极易溶于水。	8％		呼吸困难
		10％		神志不清，不久后死亡
		20％	数秒	死亡
氨	无色有强烈刺激性臭味，极易溶于水，熔点-7.7℃，沸点-33.35℃相对密度0.7710。	0.5～1mg/m3	30分钟	嗅觉阈
		70～140mg/m3	30分钟	眼及上呼吸道不适，恶心头痛
		1750～4000mg/m3	30分钟	危及生命
		5000mg/m3以上	5分钟	死亡
硫化氢	无色有毒气体，臭鸡蛋味，相对密度1.19，熔点-2.9℃沸点-61.8℃易溶于水	0.035mg/m3		嗅觉阈
		760mg/m3	15～60分钟	发生肺水肿、支气管炎及肺炎
		1000mg/m3	数秒	呼吸加快，接着呼吸麻痹而死亡
		1400mg/m3	立即	昏迷并呼吸麻痹而死亡
磷化氢	无色气体，纯净时几乎无味，工业品有腐鱼样臭味。相对密度1.17，熔点-133℃，沸点-87.7℃，自燃点100～150℃，爆炸极限1.79％，微溶于水	1.4～4.2mg/m3		嗅觉阈
		10mg/m3	6小时	出现严重中毒症状
		409～846mg/m3	0.5～1小时	致死