石油源VOCs排放的健康風(fēng)險評估

李亞娟+壽幼平+李鑫

摘要：采集石油儲罐中的大氣樣品，利用GC-MS對石油揮發(fā)源的VOCs的特征進行了研究，共檢測出54種VOCs組分。采用非致癌風(fēng)險評估模型應(yīng)用危害指數(shù)（Hazard Index，HI）和致癌風(fēng)險評估模型應(yīng)用終生致癌風(fēng)險（Incremental Lifetime Cancer Risk， ILCR）對VOCs組分進行了風(fēng)險評估，通過蒙特卡洛模型進行了迭代5000次運算，結(jié)果顯示：直接暴露于油氣揮發(fā)狀況下，人群會產(chǎn)生顯著的致癌和非致癌的健康風(fēng)險，需對油氣揮發(fā)源的排放進行妥善治理。

關(guān)鍵詞：石油揮發(fā)源；VOCs；應(yīng)用危害指數(shù)；應(yīng)用終生致癌風(fēng)險

中圖分類號：X511

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）24-0057-03

1 引言

根據(jù)美國VOCs排放源調(diào)查結(jié)果，1999年石油及相關(guān)工業(yè)VOCs的年排放量為41.4萬t，貢獻率為2.14%[1]我國2002年的調(diào)查結(jié)果，溶劑使用及儲存VOCs的年排放量為534.9萬t，貢獻率為35.6%[2]；石油源排放對VOCs的貢獻較大。

在本次研究中，通過模擬裝置的制備，采集石油源大氣樣品，利用GC-MS對石油揮發(fā)源的VOCs的特征進行研究，共檢測出54種VOCs組分。其中，包含一些對人體有顯著毒害作用的組分，包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯等組分。這些組分的暴露能夠引起人體頭暈、惡心、胸悶、四肢無力等癥狀。長期暴露的慢性毒性反應(yīng)包括：神經(jīng)衰弱綜合癥、肝腫大、皮炎、上呼吸道刺激癥等。

對于人群暴露風(fēng)險評價，涉及到多個參數(shù)，不僅與化合物的屬性、濃度有關(guān)，還與人員的體質(zhì)、呼吸速率、暴露時間和頻率有關(guān)。美國環(huán)保總署（EPA）和荷蘭環(huán)保局推薦健康風(fēng)險評價模型和參數(shù)對人員暴露的健康風(fēng)險進行評估

2 評估模型

2.1 非致癌風(fēng)險評估模型

非致癌風(fēng)險評估，應(yīng)用危害指數(shù)（Hazard Index，HI）為衡量指標(biāo)。危害指數(shù)是為每一種有毒污染物假設(shè)的一個閾值，是有毒污染物慢性暴露量（CDI）和未觀察到不良效應(yīng)之劑量的比值。 其計算公式為：

HI=CDInc/RfC （1）

式（1）中， HI 為非致癌風(fēng)險系數(shù)（無量綱）；CDInc 為污染物非致癌暴露量 （ mg/kg·d）；RfC 為污染物的非致癌參考計量（ mg/kg·d）。

總非致癌風(fēng)險公式為：

HI總=HIi （2）

式（2）中， HIi 為第 i 類化合物的非致癌風(fēng)險系數(shù)，當(dāng)HI總>1指示出健康危害效應(yīng)。

2.2 致癌風(fēng)險評估

致癌風(fēng)險評估，應(yīng)用終生致癌風(fēng)險（Incremental Lifetime Cancer Risk， ILCR）為衡量指標(biāo)。終生致癌風(fēng)險是指由于暴露于致癌物質(zhì)而產(chǎn)生的超過正常水平的癌癥發(fā)病率。 其計算公式為：

ILCR=CDIca×SF （3）

式（3）中， ILCR 為終生致癌風(fēng)險（無量綱）；CDIca 為污染物致癌暴露量（ mg/kg·d）；SF 為污染物致癌斜率因子（ mg/kg·d）

2.3 參數(shù)選擇

2.3.1 毒物的暴露量（CDI）

毒物的暴露量（CDI）的計算由下面的公式計算得出

CDI=C·IR·t·EF·ED/（BW·AT）（4）

式（4）中C為大氣污染物濃度，由監(jiān)測結(jié)果得出 （mg/m3）；

IR為呼吸速率，取成人呼吸量 （1.3 m3/h）；

t為每天暴露時間 （h）；

EF為暴露頻率 （250 d/year，上限值） ；

ED為暴露年限 （25 years）；

BW為工作人員體重 LN （59.25， 1.05）；

AT為蓄積作用年限 （非致癌效應(yīng)25 years；致癌效應(yīng) 70 years）。

VOCs的mg m-3的濃度按如下公式進行計算：

C=Qx×M22.4（5）

式（5）中：C為目標(biāo)化合物的含量，mg/m3；

Qx樣品中目標(biāo)化合物經(jīng)校準(zhǔn)曲線計算出的含量，×10-6；

M為目標(biāo)化合物的分子量。

2.3.2 風(fēng)險值參數(shù)

美國國家環(huán)境保護部（US.EPA）和相關(guān)的研究對環(huán)境污染物的致癌斜率因子（SF）和非致癌參考值（RfC）進行了分析，相關(guān)參考值列于表1中。

3 風(fēng)險表征

風(fēng)險表征是利用環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)和人員暴露的相關(guān)參數(shù)，對工作人員的健康危害程度進行評估，為管理者健康保護決策的制定提供依據(jù)。在模型計算過程中涉及到了許多變量，具有很高的可變性，在風(fēng)險的評價中存在較高的不確定性。如果僅用變量的平均值對暴露風(fēng)險進行評估，會損失風(fēng)險性中不確定的信息。因此本研究應(yīng)用蒙特卡洛模型，結(jié)合變量參數(shù)的分布特征，對人群的暴露風(fēng)險進行評估。在此方法中，模型根據(jù)CSF、C、IR、BW等變量的分布情況，獨立抽取隨機樣本，進行風(fēng)險的計算，這個過程重復(fù)計算多次，最后形成一個風(fēng)險水平的分布。相比于單一的風(fēng)險值計算，這種方法能夠提供更詳盡的信息。本研究應(yīng)用Crystal Ball 11.1軟件進行蒙特卡洛模型運算，計算次數(shù)分別設(shè)為500、1000、2000、5000和10000次，結(jié)果顯示迭代次數(shù)為5000次時，結(jié)果有穩(wěn)定性的輸出，因此本研究中模型計算的迭代次數(shù)選為5000次。

對于污染物的非致癌風(fēng)險評價，依據(jù)個體的環(huán)境污染物暴露量與參考劑量的比值（HI），當(dāng)比值大于 1，則可以認(rèn)為該污染物有一定的危險度存在。對于多種污染物存在的環(huán)境介質(zhì)，當(dāng)各種污染物的HI之和（∑HI）大于1時，表明會對人體造成非致癌健康風(fēng)險。

由表2中的運算結(jié)果可知，在直接暴露下，假設(shè)每人每天暴露時間為8 h，50%的暴露人群的單個污染物HI值和∑HI總值均遠(yuǎn)大于1，指示出VOCs直接暴露的潛在非致癌健康損傷。

在美國EPA的研究中，對終生致癌風(fēng)險（ILCR）的風(fēng)險值范圍進行描述：<10-6，認(rèn)為風(fēng)險是在可接受的范圍之內(nèi)；10-6～10-4存在潛在的健康風(fēng)險；>10-3具有嚴(yán)重的健康風(fēng)險（表3）。本次分析中，在石油揮發(fā)源VOCs直接暴露下，50%人群增加的致癌風(fēng)險為3.39；即使10%的低暴露風(fēng)險人群增加的致癌風(fēng)險達到2.36（圖1）。將本研究的結(jié)果與EPA的標(biāo)準(zhǔn)相比較，得出如果人群直接暴露于原油裝卸產(chǎn)生的VOCs情況下，將產(chǎn)生顯著的致癌風(fēng)險，需要得到特別的關(guān)注。

在ILCR中應(yīng)用了眾多的變量參數(shù)（如致癌斜率因子CSF，污染物濃度等），運用敏感性分析計算每個參數(shù)與ILCR值的秩相關(guān)系數(shù)，結(jié)果列于圖2中。分析結(jié)果顯示，在ILCR的評價運算過程中，污染物濃度、暴露時間、斜率因子和呼吸速率對結(jié)果的影響最為明顯，其他因素貢獻不明顯。在本次分析中直接應(yīng)用了源排放的VOCs濃度，沒有考慮VOCs在空氣中的稀釋作用；同時假設(shè)了人群的暴露時間為每天8 h，對暴露結(jié)果會造成一定程度的高估。在今后的研究中研究者可以通過提高這些參數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性使風(fēng)險評價結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

本研究應(yīng)用Crystal Ball 11.1軟件進行蒙特卡洛模型運算，迭代次數(shù)選為5000次。

在直接暴露下，假設(shè)每人每天暴露時間為8 h，50%的暴露人群的單個污染物HI值和∑HI總值均遠(yuǎn)大于1，指示出VOCs直接暴露的潛在非致癌健康損傷。

在石油揮發(fā)源VOCs直接暴露下，50%人群增加的致癌風(fēng)險為3.39；即使10%的低暴露風(fēng)險人群增加的致癌風(fēng)險達到2.36。將本研究的結(jié)果與EPA的標(biāo)準(zhǔn)相比較，得出了如果人群直接暴露于原油裝卸產(chǎn)生的VOCs情況下，將產(chǎn)生顯著的致癌風(fēng)險，需要得到特別的關(guān)注。

參考文獻：

[1]Environmental Protection Agency. Documetation for the final 1999 national emissions inventory Documentation and Data - Final Version 3.0.[EB/OL]. http：//www.epa.gov/ttnchie1/net/1999inventory.html.

[2]Environmental Protection Agency. Documetation for the final 2002 national emissions inventory[R]. Washington D C：Enviromental Protection Agency，2005.