摘要:水成膜泡沫灭火剂(AFFF)在扑救B类火灾中发挥重要作用，但其含有的C8类氟碳表面活性剂具有环境难降解性和生物累积性，对生态系统和人体健康具有危害作用。为此，关注消防行业带来的环境污染问题、开展AFFF环境安全管理研究具有重要的理论和现实意义。本文介绍了传统水成膜泡沫灭火剂的组成、应用，阐述了传统水成膜泡沫灭火剂引起的环境污染和人体健康问题，提出了新型绿色水成膜泡沫灭火剂的开发思路，以及水成膜泡沫灭火剂的环境安全管理对策。

关键词:水成膜泡沫灭火剂;氟碳表面活性剂;环境污染

全氟辛烷磺酸PFOS分子式：C₈HF₁₇O₃S

PFOS – 2D结构图

PFOS – 3D结构图

随着现代化工业的快速发展，作为能源保障的各类油库、炼油厂、加油站等油类场所突显出其不可替代的重要作用，但同时这类场所的火灾扑救问题也是消防部门长期研究和关注的重点。扑灭油类火灾多采用水成膜泡沫灭火剂(AFFF，aqueous film forming foam fire fighting agent)。AFFF在扑救B类火灾中发挥重要作用，但它引起的环境问题也日益显现出来。水成膜泡沫灭火剂中含有的全氟辛烷磺酸盐(PFOS，Perfluorooctane Sulfonate)和全氟辛酸铵(PFOA，Perfluorooctanoic Acid)等C8类氟碳表面活性剂由于在环境中的难降解性和生物累积性而被列入《斯德哥尔摩公约》规定的持久性有机污染物名单中，其对生态系统和人体健康的危害作用正受到越来越多的关注。

PFOA全氟辛酸：分子式C₈HF₁₅ O₂

PFOA – 2D结构图

PFOA – 3D结构图

在此背景下，关注消防行业(尤其AFFF灭火过程)带来的环境污染问题、开展AFFF环境安全管理研究具有重要的理论和现实意义。本文通过研究传统水成膜泡沫灭火剂的组成，分析其引起的环境问题，提出新型绿色水成膜泡沫灭火剂的开发思路。

一、传统水成膜泡沫灭火剂的组成及应用

19世纪后期泡沫灭火剂首次用来扑灭原油火灾，最早期的原剂被称为化学泡沫，由化学反应产生，现在已被机械或空气等物理性发泡所代替。目前，按照组成成分可分为：

化学泡沫；

空气泡沫；

氟蛋白泡沫；

抗溶性泡沫；

水成膜泡沫等。

水成膜泡沫灭火剂，也称轻水泡沫灭火剂，是目前世界公认的性能最佳的油类灭火剂，它对石油类和可燃固体物质火灾的灭火作用优于蛋白泡沫和氟蛋白泡沫。它是20世纪60年代中期由美国3M公司和美国海军研究所率先开发出来的。它在以碳氢表面活性剂为发泡剂的基础上，添加了氟碳表面活性剂，能在表面张力较低的有机液体表面迅速铺展形成水膜，有效抑制燃液蒸发，并冷却和保护其上覆盖的泡沫层，从而依靠水膜和泡沫的双重作用达到高效、快速的灭火效果，成为泡沫灭火剂中性能最好的产品。近年来，AFFF由于其特殊而高效扑救油类火灾的灭火能力得到国内外普遍重视，至今已有很多专利和产品。

全球使用含C8类氟碳表面活性剂的液体泡沫灭火剂分为三个阶段。

第一阶段(大致1965—1975年)，广泛应用于军用机场、民用机场、舰船、石油和天然气生产、石油精炼等。

第二阶段(1975—2002年)，含氟泡沫灭火剂产量增加，全球生产量达到10000t左右。

第三阶段，各国意识到C8类氟碳表面活性剂对环境和人类的危害，减少了对它的生产和销售。

我国从1977年开始研究AFFF的配方，于1979年完成了第一代产品的研制工作，之后于1983年和1995年分别研制出第二代和第三代多用途AFFF。

二、传统水成膜泡沫灭火剂引起的环境和健康问题

传统水成膜泡沫灭火剂中的关键组分是含C8类的氟碳表面活性剂，而氟碳表面活性剂的主要成分是全氟辛基磺酸盐(PFOS)和全氟辛烷类化合物(如全氟辛酸及其盐)。

使用水成膜泡沫灭火剂扑灭火灾后，含氟有机化合物降解率和脱硫率都很低，分子结构十分稳定，会长期以膜状存在于土壤或水体中，很难降解，对环境和人体健康影响很大。由于这两种物质都属于最难降解的有机污染物，已被列入《斯德哥尔摩公约》禁用或强烈限制的第二批持久性有机污染物名单中。

图1显示我国2002—2010年每年PFOS的产量，以2006年产量最高，大约250t·a^-1，至2008年下降到100t·a^-1左右，这些产品主要用于金属电镀、AFFF合成以及杀虫剂氟虫胺制造。其中，用于水成膜泡沫灭火剂的PFOS几乎每个省都有，使用量约25～35t·a^-1，仅2008年由于消防灭火就有6．2t～8．6t的PFOS排放到环境中。

据研究表明，PFOS可以引起多种毒性效应，如肝脏毒性、心血管毒性、神经毒性、生殖和发育毒性等。哺乳动物对PFOS的肠道吸收率较高，摄入体内的PFOS主要分布在血清和肝脏，虽然体内PFOS会随尿和粪便排出体外，但排出速度却极其缓慢。据国外媒体报道，来自欧洲、北美洲、亚洲的河流、陆地、海岸甚至北太平洋和极地海洋的鸟类、鱼类及海洋动物体内均检测到了PFOS。

PFOS和PFOA等C8类氟碳化合物具有持久性、生物累积性和远距离环境传输的能力，污染范围十分广泛。不仅如此，在城市污水和污水处理厂的活性污泥中也发现了这些含氟有机物的踪迹，它们可随着污水的排放、灌溉及活性污泥在农田的施用等途径进入到环境中，对土壤、水体、农作物造成污染，最终影响动物和人体健康。PFOS和PFOA通过食物链传递示意图如图2所示。

三、新型绿色水成膜泡沫灭火剂的研发思路

目前我国大部分水成膜泡沫灭火剂配方中都含有可转化为PFOS或者是PFOA的氟碳表面活性剂，PFOS在消防产品中的使用量约占总产量的1/3左右。在现有技术条件下，不含氟碳表面活性剂的泡沫灭火剂达不到相应的灭火要求。由于《斯德哥尔摩公约》的出台，含PFOS的消防泡沫在欧盟、加拿大以及美国等国家和地区已经被禁止生产和进口。美国环境保护协会管理的“世界氟化物制造商协会”自愿承诺到2015年底消除C8类氟化物的生产和排放，并上报相关化学替代品。

我国履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》国家实施计划的更新工作已开展，公安部被列为该计划的工作协调组成员单位，鼓励开发既含具有高表面活性的表面活性剂或其复配化合物，又不像PFOS和PFOA那样会对人类健康和生态环境造成巨大影响的绿色水成膜泡沫灭火剂。

我们可以在原有水成膜泡沫灭火剂的基础上，通过改变关键组分、降低氟碳表面活性剂的含量或者加入新的复配物质来开发无氟或低氟的水成膜泡沫灭火剂配方，为制造新型环保的水成膜泡沫灭火剂奠定基础。

全氟化合物的理化性质、生物的种类及体长、体重和性别等生理生化参数、环境条件和污染物含量等都会影响全氟化合物在生物体内的富集量。由于不同碳链长度的全氟化合物在生物体内的排出能力，与蛋白质的结合能力，以及在环境介质中的分配行为不同，这些通常具有4～13个氟代碳原子的全氟化合物在生物体内的富集能力也不同。研究表明相对于直链全氟化合物而言，生物体更容易排出具有支链的全氟化合物。这就提示我们可以在某些场合下，用支链代替直链全氟化合物，从而减少氟化物在生物体内的富集。为此，使用C6氟碳表面活性剂代替C8氟碳表面活性剂，或者开发其他与含碳氢表面活性剂复配性能优良且灭火效率更高的产品将是未来的趋势。

四、水成膜泡沫灭火剂的环境安全管理对策

消防工作是为了预防火灾和减少火灾灾害，最大限度的保护人民群众的生命和财产安全。随着社会的进步，消防行业也要与时俱进，适应全球性环境保护要求，树立建设环保家园的责任意识，在各种抢险救援和灭火实践中，特别是扑救油类火灾过程中，如果不考虑环境影响后果、不顾环境破坏，实质上是对人类生命财产及其依存环境的另一种损害，所以我国消防行业应引起足够重视，积极研发新型绿色水成膜泡沫灭火剂，并采取有效措施降低有机氟化物的生产、使用和排放。为此，笔者认为消防部队应从以下几个方面注重环境保护工作。

4.1新型环保泡沫灭火剂的研究是有效降低污染的途径

可以考虑使用C6氟碳表面活性剂代替C8氟碳表面活性剂。APG(烷基糖苷)是20世纪90年代以来国际上致力开发的一种绿色、温和、无毒的新型非离子表面活性剂。APG性能优异，表面张力低，去污力强，泡沫丰富、细腻且稳定，对人体皮肤无刺激，能完全生物降解，生产过程亦对环境无污染。

目前，很多专家正在研究用APG代替传统的活性剂，如果能将APG改良应用在泡沫灭火剂中，以代替传统的氟碳表面活性剂，减少或消除氟化物的污染。与此同时，使用蛋白型泡沫灭火剂代替水成膜泡沫灭火剂，发展细水雾灭火技术、压缩空气泡沫灭火技术、泥浆灭火技术等也是降低污染的有效途径。

4.2加强泡沫灭火剂的管理是降低污染的重要方法

加强泡沫灭火剂的管理主要分为:源头管理、灭火过程管理、灭火后消防残液管理三个方面。

(1)源头管理。

通过法律和制度建设，推进消防业的绿色与安全发展，可以制定针对消防用氟碳表面活性剂的规范和标准，做到分类实施，开展各种品牌泡沫灭火剂的检测，杜绝含PFOS或PFOA等氟碳表面活性剂超标的产品流入市场，鼓励厂家革新产品配方，选用低氟或无氟的绿色环保型泡沫灭火剂。

(2)灭火过程管理。

灭火过程中要坚持科学决策、注重污染防治措施;要采取处置措施，尽量减少污染物的产生和处置难度。对于石油化工火灾，基本原则是及早扑灭，但也要根据情况来定，前提是火扑灭后有相应措施跟上，不能引起更大的灾害威胁。有一些情况，宁可不救火，也不能使其形成污染，否则便会因小失大。对于泄漏物质，尽力做好无毒化处理。利用地形地拦截污水，利用排污设备转移、处理污水。

火灾处置中的污水一旦泄漏，必须充分考虑泄漏物质与消防用水的“混合体的总量”，在排污管道上进行布控的同时，必须充分考虑天气(下雨等因素)以及事故点排雨管道走向以及地形地貌等因素，必要时要在排雨管道上布防和筑围堰拦截或开挖深沟容纳污水，严禁“混合污水”进入江河等自然水体，也严禁任其渗到土壤中。借鉴发达国家的一些处置措施:发达国家的消防队起源于保险公司，历来注重防止水渍损失，这些国家的消防队在消防车上携带有防水帆布或塑料盖布，上层扑救火灾时，下层则铺防水帆布保护现场宝贵物品。应尽可能采用喷雾或高压喷雾等射水方式以减少水渍损失。

(3)灭火后消防残液管理。

灭火前要针对不同灭火剂做好相应的环保管理措施。灭火结束后要针对环境污染物(如消防污水)采取恰当的处理措施。火灾事故后含PFOS/PFOA消防废水污染的处置措施为:首先应关闭事故区内一切下水口，防止废水流出事故区，设导流渠将消防废水引入事故池;灭火救援结束后抓紧处理事故区域内的氟碳表面活性剂，减少C8类氟化物对环境的危害。如果事故池不能容纳废水，在事故区内应利用沙袋等物设置围堰，将污水控制在一定区域内。尽量避免直接将消防残液排入河流或土壤，有条件的地方应将其收集起来，送到当地污水处理厂，鼓励污水处理厂开发能使氟碳表面活性剂降解的工艺技术。

4.3加强消防人员环境安全培训和应急预案演练

消防部队要定期召开环境安全培训会议，加强消防官兵的理论学习，增强泡沫灭火剂使用者的环境保护意识，分清火情与火势，尽量少用含氟碳表面活性剂的消防灭火剂。

同时，增加环境污染应急预案编制工作，作好应急演练，对于一些B类火灾易发领域或重点企业开展环境风险三级防控体系建设。此外，应建立环境污染应急救援办公室并履行相应职责，联动机制成员单位包括当地环保局、公安局、公安消防部队、建设局、气象局、地震局、交通局、卫生局、疾病预防中心、紧急医疗救援中心、水电气相关负责单位、信息通信相关负责单位及其他相关单位，有启动、运行和终止机制，有强大的后期处理和保障措施等。

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