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危险高校实验室:事故为何难免?

作者:李晓洁

2021-11-16·阅读时长15分钟

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10月24日下午,南京航空航天大学材料科学与技术学院一实验室发生爆燃。这是今年发生的第二起致人死亡的高校实验室事故。高校实验室需要怎样的安全管理系统?从个人到制度,都是答案的一环。

危险高校实验室:事故为何难免

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编辑·陈晓

有研究统计分析,实验室安全事故中,违反操作规程、误操作引发的事故最多(视觉中国供图)

实验室里的爆炸

10月24日15时52分,一个周末的下午。南京航空航天大学材料科学与技术学院内,一栋5层高的楼顶冒出一朵朵灰白色的浓烟,烟雾飘向空中,却没有消散,而是越来越黑——这是爆炸产生的浓烟。浓烟的源头来自三楼,那里有材料与化工专业的实验室。有人拍到了当时实验室阳台的视频:黑烟从实验室窗户往阳台上灌。一个人站在阳台上,他的上衣被烧得只剩衣领和双臂,裸露着后背。阳台边缘是楼的转角,有两个人正在往阳台栏杆上泼水。但这点努力没能保护他们——几秒钟后,一团火从实验室窗口冒出。“啪”的一声,火光吞没了三人。

有学生接受媒体采访时称,当天一共有三次爆燃,火光冒出是第三次。前两次爆燃,时间间隔很短,第二次还有震感。流传的视频中,一位逃出实验室的男生被人搀扶着,他戴着眼镜,脸上是灰黑色的粉尘,右脚白色的鞋子也成了深灰色。另一位学生坐在草坪边,脱光了身上的外衣,皮肤上粘着带血的黑色粉尘。有人在南京航空航天大学的贴吧发出寻人启事:“×××,研三,材料学院,找人。”“××,研三,搞材料的,至今电话联系不上,微信也没有回复。”这个帖子下,不断有学生回复蜡烛和大哭的表情。当晚7点左右,南京消防通告:实验室爆燃中2人死亡,9人受伤。

这是今年发生的第二起致人死亡的高校实验室事故。早在3月31日,中国科学院化学研究所实验室也发生爆炸,一名研究生死亡。再往回看,2018年,北京交通大学环境工程实验室发生两次爆炸,造成3名学生死亡。2013年,南京理工大学一平房实验室发生爆炸,房屋坍塌,附近居民多家玻璃被震碎,造成1死3伤……此外,几乎每年都有实验室事故造成学生不同程度的受伤,但却少有人去回溯事故的原因与细节。南京航空航天大学实验室爆炸事故发生后,本刊记者联系了南京航空航天大学贴吧里寻人的帖主,社交媒体上该校的多位学生,得到的回应是“不想再讨论这件事”“不方便说”。

但是郭宏振愿意说出自己的故事。他是东华大学实验室爆炸事件的受害者。过去5年里,他一直在为自己遭遇的一场实验室爆炸事故寻求一个说法、一种补偿,或者说一股在灾难后继续往前走的力量。5年里,除了人脸识别等必要场合,郭宏振在外几乎没摘下过口罩。他的眉毛秃了一块,脸颊、嘴角、脖子上还有明显的瘢痕。他去年刚给右眼装上义眼片,“外观上好看一点”,可以偶尔摘下墨镜,换上平光镜。他向本刊记者回忆起5年前的爆炸,声音很低,叙述中充满叹气。

那是2016年9月21日上午9点左右,正在东华大学读研二的郭宏振,和两名刚入学不久的研一师弟进入实验室。一间十多平方米的房间,右侧是摆放各种化学药剂的实验台,左侧是三个通风橱和洗手池。通风橱是做一些易燃易爆、挥发性气体比较危险的实验时使用的仪器,外观是带柜子的桌台,做实验时,头顶有钢化玻璃(也称安全门)可以下拉到不同高度,保护面部,同时有仪器抽走玻璃罩内的气体。郭宏振说,这原本是一间放置废弃设备的储物间,收拾出来做实验室,显得有点逼仄。

郭宏振在实验台操作自己的课题实验,两名师弟在通风橱,共同制备氧化石墨烯。氧化石墨烯是一种实验原材料,需要浓硫酸、碳粉、高锰酸钾反应,用到的原料具有腐蚀性。郭宏振研一时曾跟导师学习过制备流程,因为实验涉及机密,只能在导师的电脑上看视频讲解,打印出简略的实验步骤。两名师弟入学后,已经学习这项实验一段时间,当天上午,导师告诉他们,期间如果有不会的操作,可以向郭宏振请求帮助。

大约上午11点,一位师弟向郭宏振询问,往锥形瓶加入高锰酸钾粉末的步骤。当时,锥形瓶内主要是碳粉和浓硫酸的混合液体,锥形瓶外包裹着冰水混合物,用于降温。郭宏振让师弟称重100克高锰酸钾,深紫色的粉末放在一次性塑料杯内,他一勺一勺地往锥形瓶内添加,液体变成浅紫色。大约添加三分之一时,发生了爆炸。

“砰的一声闷响,我瞬间失明。”这是事故发生一周年后,郭宏振记在笔记本上的文字。因为视力不好,他的字写得很大,还偶尔有错别字。“我最为直观的感觉就是完了,我这辈子差不多完蛋了,我发疯似的往外跑,大喊救命,但我看不见,找不着门在哪里。”“隔壁课题组的一位老师一直帮我按着手腕处的伤口……博士师兄用实验服帮我擦脸上的强酸……我几乎哭喊着要水,其间大家打了一盆水泼向我。”他告诉本刊记者,失明的恐惧大于身上的灼痛,他左手腕的伤口有4.5厘米,在救护车上也一直流血。“因为高度紧张,我的血压有280,血止不住。”

他发给本刊记者一张实验室爆炸事故后的照片,地板的三分之二被黑黄色的水渍浸染,中间一摊淡紫色的高锰酸钾液体。三把蓝色的椅子散放着,进门右侧的地面还有一小摊模糊的白色固体。爆炸导致郭宏振右眼失明,左眼视力0.01,只能模糊看清楚两米内的东西。面部、身体多处灼伤,构成不同级别的伤残。2019年8月,郭宏振起诉学校,认为学校存在多方面过错,与损害后果有直接因果关系,要求校方赔偿受伤后他垫付的各项费用。2021年9月29日,就在南京航空航天大学实验室爆炸案的前一个月,案子走到二审阶段。上海市第一中级人民法院二审判决学校为重大过失方,赔偿郭宏振128万余元。

(插图:老牛)

“操作不规范”背后

郭宏振的事故发生后,目前仍没有权威机构对爆炸的直接原因做出认定。他告诉本刊记者,爆炸的原因聚焦于锥形瓶内浓硫酸温度是否过高。按照实验要求,加入高锰酸钾粉末时,锥形瓶内浓硫酸温度不能超过5摄氏度。但爆炸时的温度具体是多少,他和两位师弟各有不同的说法,且事故发生后,没有专门的机构或部门取证、分析,直接原因至今不明。因此法院关注的重点是,校方对事故的发生是否有过错、是否应承担赔偿责任,以及赔偿责任的范围。另外,判决书显示,实验当天通风橱的安全玻璃门并未拉下,三人都没有佩戴护目镜,只有郭宏振穿了实验服。因此,无论直接原因是否清晰,都暴露了实验过程中的“操作不规范”。

有研究曾经统计了2001~2013年100起实验室安全事故,分析结果表明,实验室安全事故的主要类型是火灾、爆炸、中毒。事故原因中,因违反操作规程或误操作引发的事故最多,占事故总起数的20%,其次是设备老化、故障或缺陷。本刊记者采访过程中,也有多位化工专业相关的师生同意这一结论。在国内,实验室是理工类高校人、财、物比较集中的地方,也是危险性技术物资集中的地方。当一场事故发生在几十平方米的实验室内,“操作不规范”像是表面上的缝隙,造成裂缝的原因是整个实验室管理系统的疏漏。

如果以郭宏振遭遇的这起事故为例,首先是实验室准入的问题。郭宏振告诉本刊记者,研究生入学时,东华大学发放了《实验室安全守则》之类的文件,“规定很细、很全,但实际操作中压根没人当回事”。比如,其中有一条规定学生“通过实验室准入考试,并接受实验室实践操作培训合格后,方可开始实施操作”,但实际上,郭宏振和师弟们并未接受任何考试和培训。“刚入学的研究生,基本都是跟着师兄师姐打下手,做一些基础性实验,大概3~6个月后,可以自己独立实验。”判决书显示,郭宏振的一个师弟甚至不知道通风橱的具体使用方法。

其次,是实验室防护用品和设备配备问题。实验室中,实验服、护目镜、口罩、橡胶手套是基础配置。郭宏振说,其他实验室进门处一般就有这些用品。但他所在的4114实验室只有实验服。“有一副橡胶手套,还是我在别的实验室找到的,比洗碗用的手套更长更厚,做实验很不方便。”实验室内的设备也有问题,“三个通风橱,中间和最里侧一个都是坏的。这些都需要用导师经费购买,有时候更换就不及时。”据判决书显示,事发当天早上,郭宏振的导师曾去实验室一次,没有提醒学生穿实验服、佩戴护目镜,注意实验中有可能发生的爆炸。判决书中还写道:东华大学违反了自己所制定的各项规章制度,本案事发时,该实验室内没有安全管理人员或指导人员在场,郭宏振是在校学生,并不具备指导其他学生进行实验的资格。

把视野扩大到全国范围,实验室安全管理的不规范并不是个例。韩磊是一名博士生,他在上海一所211院校读化学工程专业研究生。2016年时刚入学读研,开学不久就听说了郭宏振的事故。“当时还挺后怕的,我们实验室也做过制备氧化石墨烯,还做过比那更危险的东西。”韩磊对本刊记者说,他所在学校的实验室入口有实验服、护目镜等防护用品,但其他方面的安全性怎么样就很难保证了。他告诉本刊记者,国内大部分生物化工类实验楼,都弥漫着一股“刺鼻”的气味。气味根据每层楼实验室类别的不同,浓度也不同。“味道是做实验时的挥发气体,有机合成的化学实验,味道就比较大。”按照规程,原本这些味道大部分都可以被通风橱抽走、处理。但实际上,并不是所有学生都规范使用通风橱,通风橱配置也不够。

跟郭宏振一样,韩磊所在的实验室,导师也很少直接指导。这在国内实验室几乎是一个共识——导师只在最初教授一些基础性的操作,后续学生做创新性的实验,需要自己去摸索,不会的地方问师兄师姐,或者自己查资料。但韩磊觉得,这原本不是“缺陷”,因为“所有的实验,本质上就是怎么使用仪器,学会使用后,就一通百通,可以自己去探索了”。即使在国外,高年级对低年级的“传帮带”也是一种特点。在实验室内,学生是一个整体,导师往往只提供课题的指导性意见。

这种普遍性特点,隐含着低年级学生对高年级学生的依赖,也更需要实验室每个人都有足够的安全意识。韩磊说:“实验室安全的氛围是一种传承,靠师兄师姐来带动,但最终还是靠个人。”因此“人的不安全行为”也是实验室不稳定因素之一。韩磊曾在一次过滤实验中使用到滤头,“我要把固体过滤掉,留下液体,但滤头杂质太多,堵了,我一着急用力,就有弱碱的氨水喷出来。幸好腐蚀很小,只是味道比较恶心,很臭”。从那之后,他做实验都会戴上护目镜。

韩磊说,几乎每个实验室都发生过大大小小的事故。他自己的经验是,除了健全的设备、管理制度,“个人要对实验有一种敬畏感。特别是做危险性实验的,是在探索一种未知。如果没有敬畏感,只把它当成一个任务,就会很随意,不考虑那么多。我当初也会跟师弟师妹说,不管做什么实验,要提前了解到这个实验的流程和原料,他所用到的所有原料是什么性质、有可能遇到什么危险。其实做实验大部分依靠的还是自我安全意识。”

缓慢的改进

李一帆2013年至今在美国读化学类专业,目前博士在读,需要接触危险性实验。他告诉本刊记者,在自己就读的高校,实验室准入规则与国内流程相似,他们称之为“safety training”。每年一度的“safety training”,有一个环节是分析发生过的实验室事故,讨论“到底是哪个方面发生的问题,对其他实验室有什么影响”。在李一帆印象里,近些年内很少听到高校实验室发生事故的消息,他参加的“safety training”中,被拿来讨论的还是2008年洛杉矶大学实验室一名研究员死亡的案例。

和国内的安全训练不同的是,李一帆经历的“safety training”每年训练内容都有更新,每年也都要重新考试,合格后才能进实验室。另外,非博士不能单独留在实验室,必须有博士生同时在场,确保安全。如果要进行一项创新性的危险实验,学生需要提前做好安全评估,书面列举每一个步骤、实验过程中可能出现的危险。除了这些细节,他觉得国内外最不同的是管理系统。在国外,几乎每所学校都有一个校级直属的实验室安全管理部门,他所在的学校叫“EHS”(Environment,Health,and Safety)负责培训、实验室及设备布局服务、废弃物管理服务等。EHS部门相对独立,可以监督学校实验室管理方案的实施,为各实验室指定联络人,提供设备技术支持和引导。如果实验中遇到任何受伤事故,必须24小时内向EHS汇报,进行后续追责和完善。

近些年,国内高校实验室的安全管理,也随着每起事故的发生在缓慢改进着。刘锐是上海一所双一流院校的教授。大约10年前,他被任命为实验室安全管理员,负责所在课题组的实验室安全,整个学院还安排了1~2个实验室安全员。增设“实验室安全员”是国内这些年应对实验室事故的方式之一。

在刘锐的印象中,每一年实验室安全管理的文件都越来越长。每年研究生、博士入学前一个月,需要做实验的专业都会有个考试,播放一些PPT、警示的视频,从题库中抽100道题,线上作答,90分以上为合格。开学后,刘锐自己还会给学生做培训,要求公共空间保持干净,重要的化学用品要同时用电子锁和机械锁,打开时需要两把钥匙,并且作记录,以防后续出现意外,追溯源头。

实验室设备的变化,韩磊也有体会。他2016年读研究生时,实验室内通风橱“不太好用,吸力小,没有力量”。2017年,学校重新装修实验室,更换了智能的、可调控模式的通风橱。也是在同一年,实验室内增设了一种喷嘴,专门喷眼睛。他觉得这些变化或许与前一年郭宏振受伤有关。如果当时实验室内有喷淋设置,可以第一时间仔细冲洗被灼伤的皮肤,最大限度地减少灼伤程度,而不是等着从水龙头接水,往身上泼,郭宏振受到的伤害应该会减少。也是在这起事故发生后,很多大学停了制备氧化石墨烯的实验。“因为早就可以直接买到氧化石墨烯样品,之前导师没让买,是考虑到经费支出。”郭宏振对本刊记者说,“制备氧化石墨烯用到的原料主要是碳粉、浓硫酸、高锰酸钾,几十块就能买到500克,而制备完成后的超纯氧化石墨烯,1克至少300块。”

在管理上,韩磊说:“每次出事故,学院设备处都会进行实验室大检查,提出各种布局、整改意见。如果不修改,实验室就会被关掉。”也有不定期的检查,老师会随机进入实验室,看到学生不穿实验服,直接记录、通知导师。“2016年,检查还不是很多,第二年,每学期基本上就会检查两三次。”

最近的一次变化,是2018年北京交通大学实验室发生爆炸,导致3名学生死亡。之后的通报结果显示,实验室违规购买、违法储存危险化学品。从那之后,高校实验室购买危险化学品也逐步限制。刘锐告诉本刊记者:“过去我们采购原料,觉得时间长、过程麻烦,一般都会囤货,然后越囤越多,存到最后可能都忘记买过什么。现在我们学院已经开始进行药品记录,存量用不完不能买新的,逐渐缩小库存规模。”

为何难以避免?

看起来,国内的实验室规范在日渐改进,但事故却并没有消失。在网络上,“生化环材”(是生物医学工程、化学工程技术、环境科学与工程、材料科学与工程四个领域的统称)甚至被形容为“天坑”专业,原因之一就是在校做实验的辛苦和危险。

为什么国内高校实验室事故难以避免?刘锐回想起20年前自己刚读研究生、做实验的场景,“虽然当时条件不好,没几台设备,但也没有现在那么多事故报道”。他觉得一个根本的原因是这些年国内的研究生越来越多,“一个课题组的学生,有时候赶得上国外一个研究所的数量”。刘锐告诉本刊记者,研究生规模逐渐扩大,意味着实验数量、强度更大,导师也更难管理,没精力一个个指导。刘锐发现,大概在2010年之后,学生之间的竞争也越来越大。以前,读研期间发表一篇好论文并不难,“只要有好的想法,再做几个实验验证一下”。但现在,“你发一篇,别人发两篇。你为了拿奖学金或者求职,得发表更多的东西,得做更多的实验。而期刊收到的好投稿越来越多,要求也更高。以前做1个实验就能证明的事,现在需要你提供10个实验的数据来证明”。刘锐记得自己2003年读研究生时,一篇硕士论文四五十页就够了。“现在的学生写到100多页还觉得不够,他说有同学写到200页,自己还不放心,还想再多写点。”

待在实验室的压力,一方面来自同学,另一方面来自导师。在高校的教师评级体系中,导师能达到什么层级,除了自身的资历和能力,学生的科研成果也是一种证明。韩磊读研期间,当时的导师要求他硕士期间发两篇SCI论文,这是国内对博士毕业的标准。他几乎每周7天,早上9点到晚上10点都在实验室,有时为了监测实验的反应,还要熬夜至凌晨。最后,韩磊三年发了两篇SCI论文,申请了两篇专利。这虽然为他带去成果和荣誉,但也导致他对化学实验失去兴趣,读博后转行去了芯片领域。

实验室的使用次数越来越高,学生在实验室待的时间也越来越长,但另一方面,越来越细致的安全文件却在很多时候流于形式。“每次有学校出事故,300多条安全守则发下来,没人真正有体会。安全这个事情就是要实践,要真正经常派人去实验室检查,落实奖惩,让学生在实践而不是文字中体会。”刘锐对本刊记者说。比如通风橱的使用,按规定通风橱不允许放杂物,但当这种情况频频发生时,有些学院的解决方法不是严格管理,而是再加几台通风橱、扩大实验室。但学生的行为得不到管理和改变,加了新的通风橱后,发现里面还是有杂物,通风橱还是不够用。

一个真正专业的技术员,或者说科研助理对管理实验室或许会有帮助。刘锐说,他的实验室一直想招一个专门的技术员检查、维护仪器,对每一届学生进行仪器使用培训,再帮忙管理项目财务等其他服务。“如果有这样的技术员定期做指导和维护,实验室更有序,不会太乱。现在新型仪器很多,通常是厂家培训一次,后面几届学生再用就乱了。但我们聘不到,因为有这样技术的人,都去申请更好的职位,有更多工资,我们能给的,只有税前五六千块。”

事故之后

10月24日,南京航空航天大学爆燃事件发生后,郭宏振也在关注。最近几年,类似的实验室安全事故他都会注意,他知道一场事故对学生的影响。“爆燃带来的碎片伤害,很快就能修复,但烧伤、灼伤要面临的是一生的治疗。”

爆炸事故后,他在ICU住了10天,医生形容他的右眼像“水煮蛋”。之后大约有3个月治疗期,“我看不见东西,但是看不见的世界不是黑的。你可以闭上眼睛,用手揉一下眼球,有时候突然闪现一个很亮的东西。那就是我的感觉”。他延期两年毕业,中间辗转去北京、广东治疗。去一个新城市对他来说也是挑战,两米外看不见的地方,要用手机拍下照片,凑到眼前看。他不敢摘下墨镜,夜里路灯暗的地方,走路会撞到电线杆。2019年6月,毕业前做完最后一次眼部修复手术。刚拿到毕业证不久,学校中止提供治疗费,他又开始维权。

一些问题,郭宏振习惯的回答是“忘记了”。比如事故发生前,毕业后的理想工作是什么?爆炸发生时,心里想的是什么?这些问题,有一些以别人为样本,他的研究生同学,大部分留在上海,进药企工作;另一些,留在了他一周年后手写的回忆里。“害怕到除了疾呼救命而不知其他。”他说自己写了很多文字,“后来给烧了”,烧掉的也包括法院给他的部分现场照片,“因为这些东西,不太好回忆”。

今年3月,毕业一年半后,经过朋友介绍,郭宏振在深圳一家外贸公司做文职类工作。月薪几千块。他上班时也不摘口罩,没跟任何同事讲过自己的事。他一个人在城中村租房。右眼虽然看不见,但眼压容易高,一高就压迫神经,头疼。左眼经常发红,因为血管在长,如果长到瞳孔上,就会彻底失明。因此,他随身带着眼部消炎防感染的药、人工泪液和一些抗生素。眼睛不舒服了就涂。眼部的药,每个月要几百块,这是必需的花费。淡化脸部疤痕的药膏早就停了,因为一支太贵,要700多块。

二审结束后,东华大学赔偿了余款,郭宏振还没有恢复脸部疤痕用药,他很谨慎,不知道未来会是什么样。现在,他在和学校沟通后续常年的治疗费用。对于眼睛,他的目标是“只能尽量保证不要变得更差,大概就是这样子吧”。

(为了保护受访者隐私,文中除郭宏振外,其他都是化名)

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李晓洁

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