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Im Monat Mai 2005 wurden in den Medien von zwei Fällen von Freisetzungen von flüssigem Brom in Schulen berichtet. Auch in den vergangenen Jahren sind weitere Fälle von Bromfreisetzungen in Schulen bekannt worden. In den Fällen im Mai entglitt jeweils einem Lehrer eine kleinere Menge Brom, die zur Evakuierung der Schule führte. 

In diesem Artikel möchten wir die Fälle gemäss Medienverlautung nochmals kurz beschreiben.  Dann möchten wir abschätzen welche Zeit benötigt wird bis eine Verdampfung aus einer Bromlache zu einer gefährlichen Innenraumkonzentration führt.    

Fall Hannover, Deutschland

Nach einem Chemie-Unfall am 12. Dezember 2003 während des Chemieunterrichts in einem Gymnasium in Hannover sind 30 Kinder mit Atembeschwerden ins Krankenhaus gekommen. Dort sollen sie mindestens acht Stunden zur Beobachtung bleiben. Auch der Chemielehrer musste in eine Klinik gebracht werden.

Bei dem Zwischenfall sei etwa ein achtel Liter Brom ausgelaufen, sagte ein Polizeisprecher. Die 15 bis 17 Jahre alten Jugendlichen und der Lehrer klagten über Atembeschwerden, Kopfschmerzen und Schwindel. Die Feuerwehr, mit einem Großaufgebot von rund 60 Einsatzkräften vor Ort, räumte die Schule. Das Brom wurde mit einem Chemikalienbinder aufgefangen. Warum der Stoff austrat, war zunächst unklar

"Die Schüler haben zwar sofort den Raum verlassen, aber natürlich trotzdem etwas von dem Stoff eingeatmet", sagte der Feuerwehrsprecher. Da Brom schwerer ist als Luft, sei es durch die Fenster oder das Lüftungssystem auch in den unter dem Chemiesaal liegenden Physikraum gelangt. Dort saßen Schüler einer 8. Klasse, die das Gift ebenfalls einatmeten. "Ernstlich verletzt wurde aber niemand. Die Schüler und der Lehrer müssen zur Beobachtung vorsorglich 8 Stunden in der Klinik bleiben", erläuterte der Sprecher. 

Fall Bürglen, Schweiz

Der Zwischenfall in der Schweiz ereignete sich am 20. Mai 2005 an der Schule Bürglen (Oberstufe) während dem Chemieunterricht. Einem Lehrer entglitt um 11 Uhr eine Glasampulle mit Brom, die am Boden zerbrach und flüssiges Brom freisetzte. Die Schüler und der Lehrer verliessen sofort das Schulhaus. Nachdem das Gebäude in der Folge ausgiebig gelüftet wurde, konnten die Schüler am Nachmittag ins Schulhaus zurückkehren. Es wurde niemand verletzt (Gemäss Polizeimeldung vom 20.5.2005).  

Fall Universität von Wisconsin - Stevens Point, USA

Am 28. Mai 2005 wurde von einem Professor ein Behältnis mit 50 ml flüssigem Brom fallen gelassen. In der Folge wurde das Gebäude evakuiert. Die Einsatzkräfte haben in Vollschutz das Gebäude Raum für Raum mit einem Luftboot-Propeller gelüftet (siehe Video des 7WSAW Newschannel) . Es wurde niemand verletzt.  

Wirkung von Brom auf den Menschen

Brom (aus dem Griechischen "bromos" = Gestank) wird schon in kleinen Konzentrationen am Geruch (mittlere Geruchsschwelle 0.05 ppm) wahrgenommen. Auf der Haut ruft Brom schmerzhafte, tiefe Wunden hervor. Es wirkt ätzend auf die Bronchien und in seinen Verbindungen auch als Sedativum, d.h beruhigend. Früher wurde es erfolgreich als Mittel gegen Epilepsie verwendet. Brom ist giftiger als z.B. Chlor eingestuft. Die AEGL-Werte 1 / 2 / 3 sind für 10 Minuten 0.033 ppm / 0.55 ppm / 19 ppm (siehe Acute Exposure Guideline Levels - U.S. Environmental Protection Agency).

Abschätzung der Luftkonzentration

Brom weist einen Siedepunkt von 59°C auf und liegt bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vor. Zur Abschätzung der Luftkonzentration wird deshalb von einer Verdampfung aus einer Lache ausgegangen.

Annahmen:

  1. Es wird 50 ml Brom ausgeleert, es bildet siche eine kreisrunde Lache mit einem Durchmesser von 25 cm.
  2. Der Raum habe eine Dimension von 5 m x 5 m x 2.4 m = 60 m³.
  3. Die Luftaustauschrate im Raum beträgt 1/h.
  4. Die Raumtemperatur ist 25°C.
  5. Die Beschreibung der Ausbreitung eines Stoffes in geschlossenen Räumen mit natürlicher oder künstlicher Lüftung ist aufgrund der vielfältigen Einflüsse schwierig. In der Praxis der Klimatechnik wird deshalb ein vereinfachtes Modell herangezogen, dass voraussetzt, das die neu eingespeiste Frischluft sich völlig mit der Raumluft vermischt.
  6. Die Verdunstungsrate sei konstant.
  7. Die Lachendimension bleibt konstant.
  8. Das verdunstete Brom mischt sich mit der Raumluft komplett. In der Praxis ist die Konzentration direkt über der Lache am höchsten. Weil Bromdämpfe mehr als 5x schwerer als Luft sind, wird die Bromkonzentration in Bodennähe höher sein als in Deckennähe.
  9. Die Luftgeschwindigkeit in dem Raum betrage 0.3 m/s oder 1 km/h.
  10. Der Diffusionskoeffizient wird mit einem Inkrementverfahren bestimmt (-> 0.033 m²/h)

 

Für die Abschätzung der Verdunstungsrate verwenden wir ein Modell gemäss J. Gmehling [Gmehling, 1989]:

G Verdampfungsrate [g/s]
D Diffusionskoeffizient von Brom in Luft [m²/s]
v Kinematische Zähigkeit der Luft [m²/s]
V Raumluftgeschwindigkeit [m/s]
L Länge der Verdunstungsfläche in Strömungsrichtung [m]
P Sättungsdruck von Brom [Pa]
R Ideale Gaskonstante [Pa m³/mol K]
A Lachenoberfläche [m²]
T Temperatur [K]

Die Verdunstungsrate ist direkt proportional zum Dampfdruck von Brom, der Temperatur und der Grösse der Lachenfläche. Mit zunehmender Temperatur steigt die Verdunstungsrate, weil der Dampfdruck schneller ansteigt als die Temperatur T in Kelvin als Divisor. Die Abhängigkeit des Brom-Dampfdrucks von der Temperatur ist in folgender Grafik ersichtlich (Klick vergrössert die Graphik). Zum Vergleich ist ebenfalls die Steigung der Temperatur eingetragen.

Vertikale Ausbreitung

Der folgende Video zeigt die vertikale Ausbreitung von Brom. In einem Glaszylindergefäss wird eine kleine Menge flüssiges Brom getropft. Das Brom verdampft. Die Bromkonzentration wird sichtbar durch die intensive braue Färbung, die von unten nach oben steigt.

Abschätzung der Gefährdung

Die Verdampfungsrate mit den obigenen Annahmen ist 186 mg/s. Die Lache verdampft in ca. 14 Minuten. In 10 Sekunden steigt die mittlere Brom Raumkonzentration auf ca. 4.8 ppm, in 10 Minuten auf ca. 265 ppm.

Vergleichen wir die Daten mit der mittleren Geruchsgrenze von 0.05 ppm so ist klar das Brom gut wahrnehmbar ist. Die Toxizitätswert AEGL-1 /2 / 3 Werte für 10 Minuten sind 0.033 / 0.55 / 19 ppm. Zur Errinnerung: Die Defintion des AEGL-3 Wertes besagt "AEGL-3 ist die luftgetragene Stoff-Konzentration (ausgedrückt in ppm oder mg/m3), bei deren Überschreiten die allgemeine Bevölkerung lebensbedrohliche oder tödliche Gesundheitseffekte erleiden kann. Luftgetragene Stoff-Konzentrationen unterhalb des AEGL-3- aber oberhalb des AEGL-2-Wertes bedeuten Expositionshöhen, die irreversible oder andere schwerwiegende, lang andauernde Gesundheitseffekte hervorrufen oder die Fähigkeit zur Flucht beeinträchtigen können".

Das Ansteigen der mittleren Bromkonzentration und der Vergleich zu den Toxizitätswerte verlangen eine unverzügliche Evakuierung. Das Video zeigt, dass die Durchmischung im Raum aufgrund dem Schwergasverhalten von Brom verzögert abläuft. Dieser Auffülleffekt ist ein wesentlicher zeitbestimmender Faktor und wirkt sich auf die Fluchtmöglichkeit positiv aus.  

Chemische "Neutralisation" von Brom

Aufgrund den chemischen Eigenschaften von Brom, kann dieses mit Soda/Natriumthiosulfat (Na2S2O3) Lösung zu schwer-flüchtigem Natriumbromid umgewandelt werden.

Im folgendem Video ist diese chemische Reaktion, die im folgenden Video als Entfärbung des braun gefährten Broms am Boden wie auch der Bromdämpfe sichtbar. 

Folgerung

Brom ist eine sehr kritische Substanz, die bei Freisetzung rasche und korrekte Massnahmen erfordert.

Literatur

  1. Keil C.B, Mathematical Models for Estimating Occupational Exposure to Chemicals, AIHA, Fairfax 2000
  2. Gmehling J., Weidlich U., Lehmann E., Fröhlich N., Verfahren zur Berechnung von Luftkonzentrationen bei Freisetzung von Stoffen aus flüssigen Produktgemischen, Staub - Reinhaltung der Luft 49 (1989) 227-230
  3. Poling B.E., Prausnitz J.M., O'Connell J.P., The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill, New York 2000
  4. Unfallbericht von NewChannel7 an Universität von Wisconsin - Stevens Point, USA siehe wsaw.com
  5. Unfallbericht von fatnews.de in Hannoverhttp://www.fatnews.de/autor/news/kategorie_id/3b02586a5a68f/artikel_id/3fd9a8035c013/layout/1
  6. Definition AEGL-Werte siehe Deutsches Umweltbundesamt http://www.umweltbundesamt.de/aegl-stoerfallbeurteilungswerte-aktuelles
Highlights

29.12.2016 16:20

Auswertung Umfrage "Aktivierungs- energie"

finden Sie [hier]




21.12.2016 18:22

MET für Windows Version 6.5

Die wichtigsten Neuerungen [mehr]




11.10.2016 15:46

Die App zu MET: Eine Vorschau

[mehr]




13.05.2016 08:31

Mai Service-Update für MET für Windows 6.0 verfügbar.

[mehr]




31.12.2015 15:49

Auswertung Umfrage "Kaltes Feuer"

finden Sie [hier]




12.11.2015 19:40

Openstreetmap

Version 6 von MET für Windows unterstützt die Verwendung von Openstreetmap-Karten [hier]



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