石油源VOCs排放的健康风险评估

李亚娟+寿幼平+李鑫

摘要：采集石油储罐中的大气样品，利用GC-MS对石油挥发源的VOCs的特征进行了研究，共检测出54种VOCs组分。采用非致癌风险评估模型应用危害指数（Hazard Index，HI）和致癌风险评估模型应用终生致癌风险（Incremental Lifetime Cancer Risk， ILCR）对VOCs组分进行了风险评估，通过蒙特卡洛模型进行了迭代5000次运算，结果显示：直接暴露于油气挥发状况下，人群会产生显著的致癌和非致癌的健康风险，需对油气挥发源的排放进行妥善治理。

关键词：石油挥发源；VOCs；应用危害指数；应用终生致癌风险

中图分类号：X511

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）24-0057-03

1 引言

根据美国VOCs排放源调查结果，1999年石油及相关工业VOCs的年排放量为41.4万t，贡献率为2.14%[1]我国2002年的调查结果，溶剂使用及储存VOCs的年排放量为534.9万t，贡献率为35.6%[2]；石油源排放对VOCs的贡献较大。

在本次研究中，通过模拟装置的制备，采集石油源大气样品，利用GC-MS对石油挥发源的VOCs的特征进行研究，共检测出54种VOCs组分。其中，包含一些对人体有显著毒害作用的组分，包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯等组分。这些组分的暴露能够引起人体头晕、恶心、胸闷、四肢无力等症状。长期暴露的慢性毒性反应包括：神经衰弱综合症、肝肿大、皮炎、上呼吸道刺激症等。

对于人群暴露风险评价，涉及到多个参数，不仅与化合物的属性、浓度有关，还与人员的体质、呼吸速率、暴露时间和频率有关。美国环保总署（EPA）和荷兰环保局推荐健康风险评价模型和参数对人员暴露的健康风险进行评估

2 评估模型

2.1 非致癌风险评估模型

非致癌风险评估，应用危害指数（Hazard Index，HI）为衡量指标。危害指数是为每一种有毒污染物假设的一个阈值，是有毒污染物慢性暴露量（CDI）和未观察到不良效应之劑量的比值。 其计算公式为：

HI=CDInc/RfC （1）

式（1）中， HI 为非致癌风险系数（无量纲）；CDInc 为污染物非致癌暴露量 （ mg/kg·d）；RfC 为污染物的非致癌参考计量（ mg/kg·d）。

总非致癌风险公式为：

HI总=HIi （2）

式（2）中， HIi 为第 i 类化合物的非致癌风险系数，当HI总>1指示出健康危害效应。

2.2 致癌风险评估

致癌风险评估，应用终生致癌风险（Incremental Lifetime Cancer Risk， ILCR）为衡量指标。终生致癌风险是指由于暴露于致癌物质而产生的超过正常水平的癌症发病率。 其计算公式为：

ILCR=CDIca×SF （3）

式（3）中， ILCR 为终生致癌风险（无量纲）；CDIca 为污染物致癌暴露量（ mg/kg·d）；SF 为污染物致癌斜率因子（ mg/kg·d）

2.3 参数选择

2.3.1 毒物的暴露量（CDI）

毒物的暴露量（CDI）的计算由下面的公式计算得出

CDI=C·IR·t·EF·ED/（BW·AT）（4）

式（4）中C为大气污染物浓度，由监测结果得出 （mg/m3）；

IR为呼吸速率，取成人呼吸量 （1.3 m3/h）；

t为每天暴露时间 （h）；

EF为暴露频率 （250 d/year，上限值） ；

ED为暴露年限 （25 years）；

BW为工作人员体重 LN （59.25， 1.05）；

AT为蓄积作用年限 （非致癌效应25 years；致癌效应 70 years）。

VOCs的mg m-3的浓度按如下公式进行计算：

C=Qx×M22.4（5）

式（5）中：C为目标化合物的含量，mg/m3；

Qx样品中目标化合物经校准曲线计算出的含量，×10-6；

M为目标化合物的分子量。

2.3.2 风险值参数

美国国家环境保护部（US.EPA）和相关的研究对环境污染物的致癌斜率因子（SF）和非致癌参考值（RfC）进行了分析，相关参考值列于表1中。

3 风险表征

风险表征是利用环境监测的数据和人员暴露的相关参数，对工作人员的健康危害程度进行评估，为管理者健康保护决策的制定提供依据。在模型计算过程中涉及到了许多变量，具有很高的可变性，在风险的评价中存在较高的不确定性。如果仅用变量的平均值对暴露风险进行评估，会损失风险性中不确定的信息。因此本研究应用蒙特卡洛模型，结合变量参数的分布特征，对人群的暴露风险进行评估。在此方法中，模型根据CSF、C、IR、BW等变量的分布情况，独立抽取随机样本，进行风险的计算，这个过程重复计算多次，最后形成一个风险水平的分布。相比于单一的风险值计算，这种方法能够提供更详尽的信息。本研究应用Crystal Ball 11.1软件进行蒙特卡洛模型运算，计算次数分别设为500、1000、2000、5000和10000次，结果显示迭代次数为5000次时，结果有稳定性的输出，因此本研究中模型计算的迭代次数选为5000次。

对于污染物的非致癌风险评价，依据个体的环境污染物暴露量与参考剂量的比值（HI），当比值大于 1，则可以认为该污染物有一定的危险度存在。对于多种污染物存在的环境介质，当各种污染物的HI之和（∑HI）大于1时，表明会对人体造成非致癌健康风险。

由表2中的运算结果可知，在直接暴露下，假设每人每天暴露时间为8 h，50%的暴露人群的单个污染物HI值和∑HI总值均远大于1，指示出VOCs直接暴露的潜在非致癌健康损伤。

在美国EPA的研究中，对终生致癌风险（ILCR）的风险值范围进行描述：<10-6，认为风险是在可接受的范围之内；10-6～10-4存在潜在的健康风险；>10-3具有严重的健康风险（表3）。本次分析中，在石油挥发源VOCs直接暴露下，50%人群增加的致癌风险为3.39；即使10%的低暴露风险人群增加的致癌风险达到2.36（图1）。将本研究的结果与EPA的标准相比较，得出如果人群直接暴露于原油装卸产生的VOCs情况下，将产生显著的致癌风险，需要得到特别的关注。

在ILCR中应用了众多的变量参数（如致癌斜率因子CSF，污染物浓度等），运用敏感性分析计算每个参数与ILCR值的秩相关系数，结果列于图2中。分析结果显示，在ILCR的评价运算过程中，污染物浓度、暴露时间、斜率因子和呼吸速率对结果的影响最为明顯，其他因素贡献不明显。在本次分析中直接应用了源排放的VOCs浓度，没有考虑VOCs在空气中的稀释作用；同时假设了人群的暴露时间为每天8 h，对暴露结果会造成一定程度的高估。在今后的研究中研究者可以通过提高这些参数数据的准确性使风险评价结果更为准确。

4 结论

本研究应用Crystal Ball 11.1软件进行蒙特卡洛模型运算，迭代次数选为5000次。

在直接暴露下，假设每人每天暴露时间为8 h，50%的暴露人群的单个污染物HI值和∑HI总值均远大于1，指示出VOCs直接暴露的潜在非致癌健康损伤。

在石油挥发源VOCs直接暴露下，50%人群增加的致癌风险为3.39；即使10%的低暴露风险人群增加的致癌风险达到2.36。将本研究的结果与EPA的标准相比较，得出了如果人群直接暴露于原油装卸产生的VOCs情况下，将产生显著的致癌风险，需要得到特别的关注。

参考文献：

[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.