苯裝載過程中揮發(fā)物對船舶環(huán)境和船員的影響

李建民， 王 喆， 張瑞恒， 王 倩， 李清波

(大連海事大學 a.航海學院;b.環(huán)境科學與工程學院， 遼寧 大連 116026)

當前海上散裝化學品運力需求伴隨國民經(jīng)濟的發(fā)展與日俱增，從《2017年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》可以看出，截至2017年年末,國內(nèi)液體化工萬噸級以上泊位達到205個，相比2015年、2016年分別增加了11.4%和2.5%，占當年專業(yè)化泊位增長總量的32%和25.8%。[1]基于系統(tǒng)論的觀點，海上危險化學品(以下簡稱“危化品”)運輸系統(tǒng)包含“人”“船”“貨物”“環(huán)境”和“管理”等5個因素[2]，“貨物”因素會直接對“環(huán)境”因素產(chǎn)生影響，進而影響到“人”的安全，而“人”因素通過“管理”會對“貨物”安全產(chǎn)生反作用。[3]散裝液體化學品裝卸時，貨物流動速度和流動面積均會達到峰值，跑、冒、滴、漏均會嚴重影響船舶的空氣環(huán)境，進而危及船員的身體健康和生命安全。在海上?；愤\輸活動中苯系物最為常見，主要以揮發(fā)物進入呼吸道的形式危及人員安全，具有短期接觸導致人員麻醉甚至死亡，長期接觸致癌的特征。研究散裝液體苯裝載過程中有害揮發(fā)物質(zhì)對船舶環(huán)境和人的危害，確定“貨物”因素對“環(huán)境”和“人”因素影響的主要途徑，具有明顯的現(xiàn)實意義，也是開展海上?；愤\輸系統(tǒng)安全研究的基礎(chǔ)。

1 環(huán)境氣體采樣方法設計

1.1 采樣點的選取

根據(jù)裝卸貨作業(yè)的特殊性，在操作頻繁易對環(huán)境產(chǎn)生影響區(qū)域和船員活動密集區(qū)域設置環(huán)境氣體采樣點。采樣點位置示意見圖1。

1) 碼頭液貨軟管或設備與船舶連接喉管的連接點，該連接點處并非十分嚴密，會有液體滴漏，故將連接喉管設為采樣點，如圖1中“4”處。

2) 在貨物裝載過程中,艙內(nèi)壓力逐漸增大，導致在貨艙道門處有氣體溢出，故在該處設置采樣點，如圖1中“5”處。

3) 在裝貨期間發(fā)現(xiàn)有船員在船尾甲板活動，故在該處設置采樣點，如圖1中“6”處。

4) 通過觀察發(fā)現(xiàn)存在船員進生活區(qū)時身著工裝，沒有做到把污染源徹底隔離的情況，因此選取圖1中的1餐廳、2駕駛臺、3貨控室等船員密集活動的地方為采樣點。

5) 在船舶?？康幕S外設置一個背景環(huán)境采樣點用于對比。

圖1 采樣點位置示意

1.2 采樣方式的確定

根據(jù)苯的物理理性，為確保試驗安全，采用無火花試驗器材。根據(jù)氣體在空氣中自由擴散原理，采樣選用Tenax-TA有效長度17 mm的不銹鋼熱脫附管(以下簡稱TD管)。[4]TD管為達到采集樣品的目的,利用分子的擴散原理可以將空氣中的目標物吸附到管內(nèi)介質(zhì)中，采樣過程中無火花產(chǎn)生，對采樣員的操作要求低。此外,準備少數(shù)無火花產(chǎn)生的主動采樣氣袋，以便采集關(guān)鍵點的瞬時氣體用于測量目標物氣體濃度。

1.3 試驗準備

在實驗室使用英國Markes公司生產(chǎn)的TC-20多吸附管老化儀對TD管老化時間為2.5 h。老化后隨機取一個TD管進行氣體分析，若檢測的濃度太高則還需進一步老化。將老化好的TD管記下編號并封存，帶到船上并在裝貨前布置到指定采樣點。氣袋則用氮氣反復沖洗4～6次。散裝危險化學品“F17”輪1 628航次于2016年10月19日0730開始裝船，2030結(jié)束裝船，所有采集設備均在裝貨前安置完成，并于裝貨完成后將各個采樣點的TD管封存回收。

2 揮發(fā)物對船舶環(huán)境的影響

2.1 氣象數(shù)據(jù)采集與分析

風速和風向會對室外的采集結(jié)果有所影響。采樣當天風速變化圖和氣溫變化圖分別見圖2和圖3。裝貨時“F17”輪右舷靠岸，GPS顯示艏向為231°，在午后W風向改為WS-W風向，艏部在上風位置。裝貨時氣體溢出方向為從艏部至艉部。由于貨物裝載速度一定，物質(zhì)溢出的濃度在裝貨期間近似一致。因此選取控制變量法分析風速、風向與污染濃度的關(guān)系。在圖2上選取風速近乎相同的時間0900與1200，可發(fā)現(xiàn)0900時的氣溫較1200時低0.7 ℃，故用這2個時間點分析溫度與污染物質(zhì)擴散的關(guān)系。由采集數(shù)據(jù)顯示，選取的不同時刻在艉部同位置物質(zhì)濃度分別為96.32 μg/m3，61.81 μg/m3，即風速相近時，污染物質(zhì)的擴散速度與溫度正相關(guān)。通過圖3選取溫度近乎相同的2個時刻1600和1700，1600風速比1700風速快1.5 m/s，在船艏同處2個時刻測得苯的濃度分別為4.63 μg/m3，6.83 μg/m3，即溫度相近，污染物質(zhì)的擴散速度與風速正相關(guān)。

圖2 采樣當天風速變化圖

圖3 采樣當天氣溫變化圖

2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)的提取與分析

“F17”輪1628航次裝載貨物為純苯，純苯是揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)的主要成分，實驗中的VOCs的定性定量方法參照美國環(huán)境保護總局(Environmental Protection Agency，EPA)發(fā)布的條例US EPA TO-15。[5]使用Airsevier-熱脫附儀系統(tǒng)對回收的TD管進行處理，采集樣品經(jīng)冷阱的低溫預濃縮及高溫加熱，達到對富集化合物解吸的目的，然后進入到氣質(zhì)色譜中對化合物進行分離分析。實驗結(jié)果顯示，目標化合物濃度與峰面積間的定量曲線具有較好的線性關(guān)系。通過式(1)將單位為ppbv的數(shù)據(jù)換算成單位為μg/m3的結(jié)果。當日環(huán)境數(shù)據(jù)采樣結(jié)果見表1。

(1)

式(1)中:C為濃度，mg/m3；CD為測得目標濃度值，ppbv；CB為測得空白背景中目標物濃度值，ppbv；M為目標化物相對質(zhì)子量。

3 環(huán)境因素對船員安全、健康的影響評估

3.1 評估方法

風險評估(Risk Assessment)是對某一事件可能帶來的影響或損失進行評估，通過量化的方式客觀認識事物存在的風險因素，通過對這些因素進行辨識與分析，判斷影響或損失發(fā)生的可能性及其程度，從而采取恰當?shù)拇胧┙档惋L險概率的過程。[6]2011年版《中華人民共和國職業(yè)病防治法》中特別強調(diào)，職業(yè)健康(或職業(yè)危害)風險評估工作是我國衛(wèi)生管理部門的主要職能之一。[7]我國尚未建立完善的職業(yè)危害風險評估手冊或規(guī)范。[8]1989年EPA發(fā)布了在特定場所針對可吸入污染物的健康風險評估方法，且在2009年更新至(EPA-540-R-070-002)。本研究根據(jù)國際最新版EPA進行評估。[9]具體研究分為非致癌風險評估和致癌風險評估，具體計算公式如下：

表1 當日環(huán)境數(shù)據(jù)采樣結(jié)果

癌癥風險評估的暴露濃度估算為

CE=(CA×TE×FE×DE)/TA

(2)

式(2)中:CE為暴露濃度，μg/m3；CA為空氣中污染物濃度，μg/m3；TE為暴露時間，h/d；FE為暴露頻率，d/a；DE為暴露工齡，a；TA為終生暴露時間，70 a×365 d/a×24 h/d。

3.1.1非致癌風險評估

非致癌風險指數(shù)(Hazard Quotient,HQ)的計算式為

HQ=CE/CRF

(3)

式(3)中:CRF為單位吸入致癌風險濃度，μg/m3；HQ以1為限值，大于1則有風險。

3.1.2致癌風險評估

致癌風險用風險值(Risk)表示，由終生平均暴露濃度與呼吸途徑導致致癌風險的參考攝入值(或致癌強度系數(shù))的乘積表示。暴露公式為

Risk=CE×RIU

(4)

式(4)中:RIU為吸入單元風險(斜率系數(shù))，μg/m3。Risk以10-6為限值，高于10-6則有健康風險。

3.2 評估過程

在裝貨時船員流動性較強，依照每人在裝貨期間的工作所在區(qū)域及停留時間，結(jié)合各采樣點物質(zhì)濃度，計算出全天物質(zhì)濃度加權(quán)平均值，其中梯口艉部所處位置接近，故物質(zhì)濃度近似相同?？坎撮_航時的工作時長，通過查詢航海日志得出：靠離泊時船長與三副在駕駛臺內(nèi)操縱船舶，大副、二副在甲板上進行系泊工作，靠泊時二副、三副每人在舷梯口值班6 h，水手長的主要職責為配載裝貨及檢查工作，具體時間統(tǒng)計見表2。通過EPA的綜合風險信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，得到苯以吸入方式進入人體所致健康危害的毒性參考值(CRF,RIU)，結(jié)合計算得出的全天濃度平均值，判斷船員是否有致癌風險與非致癌風險。“F17”輪的污染物質(zhì)溢出濃度在卸貨時與裝載時大致相同，裝卸周期平均為20 d，取船員寢室的最低濃度為航行期間污染物濃度，從而得出每天每個船員在每個船舶運轉(zhuǎn)周期內(nèi)呼吸污染物的濃度，然后進行評估。

3.3 評估結(jié)果

把所有船員吸入苯的暴露濃度CE和相應的危害毒性參考值代入公式，可估算出職業(yè)健康風險的Risk值和HQ值。通常船員的服務期限為5～6個月，故取值為210 d。此外TA在非致癌風險評估中取值為工齡20 a×365 y×24 h。主要船員致癌與非致癌風險評估表見表3和表4。

表2 裝載期間甲板船員活動區(qū)域及時間統(tǒng)計 h

表3 主要船員致癌風險評估表

表4 主要船員非致癌風險評估表

苯與工人接觸的方式以呼吸道吸入為主，經(jīng)皮膚直接接觸或從口腔進入的量微乎其微，對致癌作用并不突出，因此主要考慮呼吸途徑。[10]經(jīng)本次調(diào)查數(shù)據(jù)評估發(fā)現(xiàn)，被評估的所有“F17”輪船員整體的癌癥幾率較高。水手長由于在“F17”輪上的工作時長及場地的不同，致癌風險最高，因為其經(jīng)常出入污染的中心區(qū)，檢查貨物是否泄露，從而吸入較高濃度的苯，導致患白血病的風險高。[11]二副和三副因為工作處所通風狀況良好，遠離泄露位置，致癌風險相對較低。船長和大副既負責裝貨配貨又需要統(tǒng)籌全船事務，接觸貨物的頻次高于二副和三副，但低于工作在一線的水手長，處于致癌風險中間位置。在“F17”輪的非致癌評估中，水手長有非致癌風險，因其吸入苯濃度過高，可能導致淋巴細胞計數(shù)下降。[12]另外，苯的暴露還與非霍奇金淋巴瘤有關(guān)。[13]隨著研究的不斷深入，基于苯暴露所引起的更多未知風險將被發(fā)現(xiàn)。

3.4 風險應對

在RIU和CRF的值一定的情況下，被評估船員的致癌風險與非致癌風險均為污染物暴露濃度偏高所致[14]，與在有害揮發(fā)物環(huán)境暴露的時間長度密切相關(guān)，由于苯系物質(zhì)被人體吸收后難以排除，因此風險與工齡相關(guān)。嚴格遵守貨物裝卸環(huán)節(jié)操作規(guī)程可降低工作環(huán)境有害揮發(fā)物的濃度；加強工作期間個人防護可有效降低船員在有害環(huán)境的暴露時間；控制裝卸貨期間無關(guān)人員的室外活動可減少船員在有害環(huán)境暴露的機會；控制船員在特種船舶上工作的年限可有效抑制苯系致癌物質(zhì)在船員體內(nèi)的積累。

主管機關(guān)需要加強船員貨物操作規(guī)范管理和巡查力度；船務公司在加強船員安全教育的同時，還需要加強對船員健康的跟蹤工作[15]，控制船員在特種船舶上工作的年限和工作頻次；同時建議專家學者持續(xù)關(guān)注此類研究，早日建立類似EPA的船員健康風險評估方法，提高船員生活質(zhì)量和船舶運輸安全，以智能的方法管控船員的累計暴露時間。

4 結(jié)束語

苯裝載過程中有害揮發(fā)物主要包括苯、甲苯和二甲苯；環(huán)境污染嚴重的區(qū)域包括岸船接駁點、貨艙道門和餐廳等；環(huán)境中揮發(fā)物濃度與氣象條件、船員操作規(guī)范程度等因素密切相關(guān)。船員健康及安全風險除與暴露時間、暴露頻率和暴露濃度等相關(guān)外，還與船員具體職務密切相關(guān)。研究結(jié)果為了解海上?；愤\輸系統(tǒng)“貨物”與“環(huán)境”和“人”因素的耦合關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。由于研究資金和安全管理等因素的限制，本文僅針對液體苯裝載過程開展安全研究。后續(xù)工作會在不同氣象海況條件下針對不同貨物、不同操作環(huán)節(jié)開展進一步深入研究。