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2018, 35(5):452-456.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2018.17685

石化企业苯暴露的概率风险评估


上海市疾病预防控制中心环境职业场所卫生评价科, 上海 200336

收稿日期: 2017-07-19;  发布日期: 2018-07-06

通信作者: 陈健, Email: chenjian_3@scdc.sh.cn  

作者简介: 唐颖(1979-), 女, 硕士, 主管医师; 研究方向:职业卫生评价; E-mail:

[目的] 使用概率风险评估(概率评估)法对某石化企业员工苯职业接触产生的健康风险进行评估,与点估计风险评估(点评估)法进行比较。

[方法] 参考美国环境保护署(EPA)的吸入风险评估模型,运用@risk软件,对某石化企业2个工种(化工部外操工和质检部分析员)苯职业接触产生的健康风险进行概率评估。根据EPA的推荐,风险值(用于评估致癌风险)大于1×10-4为高风险,1×10-6~1×10-4为低风险,小于1×10-6为无风险;危害商数(用于评估非致癌风险)≥ 1为健康风险较大, < 1为健康风险较小。同时用传统的点评估法对前述健康风险进行评估,比较两种评估方法的优缺点。

[结果] 点评估结果显示:外操工和分析员苯职业接触的致癌风险分别为0.43×10-4和0.37×10-4,位于低风险水平;而危害商数分别为3.24和3.76,健康风险较大。概率评估结果显示:外操工职业接触苯的致癌风险位于高风险、低风险和无风险水平的概率分别为10.6%、88.9%和0.5%,分析员相应的概率分别为2.1%、97.9%和0%;外操工苯职业接触的危害商数较大和较小的概率分别为72.3%和27.7%,分析员相应的概率分别为100%和0%。

[结论] 点评估法结果单一,无法显示人群中的风险分布,有可能忽视或者高估人群风险。概率评估法减少了不确定性,展险概率的全分布,提供相对准确的信息,可为人群的健康风险管控提供科学依据。

关键词: 苯;  健康风险评估;  点估计风险评估;  概率风险评估;  蒙特卡罗模拟法 

在风险评估领域, 定量评估方法主要有两类:点估计风险评估(point estimate risk assessment, 以下简称“点评估”)和概率风险评估(probabilistic risk assessment, 以下简称“概率评估”)。在点评估过程中, 通常运用人群暴露水平的平均值或最大值进行风险评估, 因此评估结果是人群风险水平的平均值或最大值, 即用单一数值表述人群的风险水平。然而人群的暴露水平通常是一个值域, 而不是一个点值。由于年龄、性别、生活习惯、天气条件等种种原因, 人群中每一个人经历着不一样的暴露水平, 因此整个人群的风险水平也应该是一个值域, 而非点值。概率评估运用概率分布来表述人群暴露水平的不确定性, 替代了平均值或最大值等单一数值, 从而得到人群风险水平的概率分布。

概率评估最常用的方法是蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation)法。该方法又称统计试验法, 是通过对每一随机变量进行抽样, 将其代入数据模型中, 确定函数值的模拟技术(其实质是从若干模型参数概率分布中重复抽样以建立输出变量的分布[1]), 已在金融、科技等多个领域广泛应用。利用人体暴露剂量的概率分布进行蒙特卡罗模拟, 可以得出对健康风险的一系列预测。

近几十年来, 部分国家或国际组织陆续发布了职业健康风险评估指南或规范, 如:美国环境保护署(Environmental Protection Agency, EPA)风险评估指南人体健康风险评估手册F部分的吸入风险评估补充指南(以下简称“ EPA吸入风险评估模型”)、罗马尼亚职业事故和职业病风险评估方法、澳大利亚职业健康与安全风险评估管理导则、新加坡化学毒物职业暴露半定量风险评估方法、国际采矿和金属委员会职业健康风险评估操作指南。我国在职业健康风险评估方面的研究, 多停留在用上述职业健康风险评估指南或方法进行点评估的阶段, 从概率评估角度进行的职业健康风险评估研究比较缺乏, 尚未建立统一、明确的定量评价方法和模型, 不利于职业危害因素的有效控制和预防。因此, 急需进行这方面的理论研究。

本研究拟基于概率评估, 运用EPA吸入风险评估模型对某石化企业的苯职业暴露进行概率评估, 并与传统的点评估法进行比较。

1   对象与方法

1.1   对象

为了显示某石化企业不同工种职业接触苯所致健康风险的差别, 本次研究选择化工部外操工(以下简称“外操工”)和质检部分析员(以下简称“分析员”)各16名。采集研究对象的一般情况资料, 包括生产班制、作业内容、工龄等。对研究对象开展个体检测, 收集苯的暴露浓度。

1.2   方法

点评估, 即直接运用EPA吸入风险评估模型进行职业健康风险的计算。概率评估, 则以EPA吸入风险评估模型为基础, 运用@risk 7软件计算职业健康风险的概率分布。

1.2.1   点评估

运用EPA吸入风险评估模型开展职业健康风险点评估, 该模型包括两个部分:致癌风险评估和非致癌风险评估。

(1) 致癌风险评估

Risk=IUR× [(CA×ET×EF×ED)/AT] (公式1)

IUR:吸入单元风险, 指连续暴露于空气化学物1 μg/m3所引起的超过一生癌症危险度估算值的上限值[(μg/m3)-1]; CA:空气中污染物质量浓度(μg/m3); ET:暴露时间(h/d); EF:暴露频率(d/年); ED:暴露工龄(年); AT:一生平均时间(h), 即期望寿命×365 d/年×24 h/d; Risk:致癌风险。根据EPA推荐的致癌风险, Risk大于1×10-4为高风险, 1×10-6~1× 10-4为低风险, 小于1×10-6为无风险。

(2) 非致癌风险评估

HQ= [(CA×ET×EF×ED)/AT]/RfC (公式2)

AT:暴露平均时间(h), 即暴露工龄×365d/年× 24 h/d; RfC:吸入毒性参考值(μg/m3)。HQ:非致癌危害商数, 以1为参考值, ≥ 1为健康风险较大, < 1为健康风险较小; 其他参数含义与公式2相同。

由于公式2中的AT=ED×365d/年×24h/d, 因此公式2可变为HQ= [(CA×ET×EF)(/ 365d/年×24h/d)]/ RfC (公式3)。

1.2.2   概率评估

(1) 评估步骤。首先选择风险评估模型, 然后明确模型参数, 在对不确定的模型参数进行分布拟合后, 最后运用@risk软件, 通过蒙特卡罗模拟法给出职业健康风险的概率分布。蒙特卡罗模拟法包括以下步骤: ①定义各模型参数的统计分布; ②从这些分布中随机取样; ③使用随机选取的参数进行多次模拟; ④对输出结果进行统计分析, 产生概率分布。(2)选择模型。本次研究选用EPA吸入风险评估模型, 模型介绍详见1.2.1。(3)明确模型参数。考虑到同一工种不同工人间的生产班制和作业内容一致, 本研究认为同一工种职业接触苯的暴露时间(ET)和暴露频率(EF)是相同的。同一工种暴露时间、暴露频率一致, 但是在暴露过程中, 气象条件会有差异, 机器设备的日常运行会有差异, 因此苯的暴露浓度(CA)会随着时间和空间的变化而变化。不同工人的暴露工龄(ED)也会有差异。因此, 本研究认为暴露时间(ET)、暴露频率(EF)、一生平均时间(AT)、吸入单元风险(IUR)和吸入毒性参考值(RfC)为可精确估计的模型参数; 暴露浓度(CA)和暴露工龄(ED)为不确定的模型参数。(4)分布拟合。本次研究采用Shapiro-Wilk检验方法对不确定的模型参数进行分布拟合检验。该方法是风险评估中应用最为广泛的分布拟合度检验方法。拟合检验结果显示, 外操工的苯暴露浓度和暴露工龄的统计值分别为0.96和0.92, 分析员的统计值分别为0.91和0.92。对照n=16时, W0.05=0.887, P > 0.05。因此不能拒绝数据来源于对数正态分布的假设, 即外操工和分析员的苯暴露浓度和暴露工龄均服从对数正态分布。

将不确定模型参数按对数正态分布, 使用拉丁超立方抽样方法, 取0以上部分, 进行蒙特卡罗10000次模拟迭代, 模拟某工种职业接触苯健康风险的概率分布。为了定量表征模型参数的不确定性, 依据收集的数据和文献值, 分别对模型参数以概率分布的形式加以描述, 具体见表 1

表1

不确定模型参数的概率分布

2   结果

2.1   点评估

根据收集的资料, 外操工的生产班制为四班两运转, 每班12 h, 暴露频率(EF)约182 d/年。外操工主要开展装置巡检、采样、动静设备切换等作业, 职业接触苯的暴露时间(ET)约8 h/天。分析员的生产班制为常日班, 每班8 h, 暴露频率(EF)约250 d/年。分析员主要开展原辅料和产品的分析化验等作业, 职业接触苯的暴露时间(ET)约6 h/班。一生平均时间(AT)取决于人群的期望寿命, 在本次研究中期望寿命取70岁, 一生平均时间(AT)为613 200 h。苯的吸入单元风险(IUR)和吸入毒性参考值(RfC)均获取自EPA官方网站的IRIS数据库, 其中IUR为(2.2~7.8)×10-6(μg/m3)-1, 本次研究取其平均值, 为5×10-6(μg/m3)-1; RfC为30μg/m3

结果显示:外操工和分析员职业接触苯的致癌风险分别为0.43×10-4和0.37×10-4, 属于较低致癌风险; 外操工和分析员职业接触苯的非致癌危害商数分别为3.24和3.76, 健康风险较大。点评估结果显示两个工种职业接触苯所致健康风险无明显差别。

2.2   概率评估

根据公式1, 在致癌风险评估过程中, 不确定模型参数为苯暴露浓度和暴露工龄; 根据公式3, 在非致癌风险评估过程中, 不确定模型参数为苯暴露浓度。概率评估结果具体见表 3图 1图 2

图 1

苯职业接触的致癌风险(Risk)概率分布

图 2

苯职业接触的非致癌危害商数(HQ)概率分布

表3

概率评估结果

外操工苯职业接触的致癌风险值的P50P90分别为0.23×10-4和1.04×10-4。在概率分布图上, 设定“ 10-4”和“ 10-6”两个节点, 即可显示其致癌风险位于高风险、低风险和无风险水平的概率分别为10.6%、88.9%和0.5%。

分析员苯职业接触的致癌风险值的P50P90分别为0.44×10-4和0.88×10-4, 其致癌风险位于高风险、低风险和无风险水平的概率分别为6.7%、93.3%和0%。

外操工苯职业接触的非致癌危害商数的P50P90分别为1.90和7.68。在概率分布图上, 设定单个节点“ 1”, 即可显示其产生较大和较小健康风险的概率分别为72.3%和27.7%。

分析员苯职业接触的非致癌危害商数的P50P90分别为4.91和7.40, 其产生较大健康风险的概率为100%。

3   讨论

在职业健康风险评估过程中, 风险评估模型的选择和模型参数的获取, 模型的适用性、毒理学数据以及人群行为方式等均存在客观和主观的不确定因素, 不确定性存在于风险评估的各个阶段。蒙特卡罗技术能对暴露预测, 以及伴随着预测所体现的不确定度等给出更加完整的信息。本质上, 可将预测变量形容为分布, 而不是最低点、最高点或者平均值。概率评估正是运用蒙特卡罗技术给出风险概率的全分布。

职业健康风险评估方法众多, 即将实施的GBZ/T 298—2017 《工作场所化学有害因素职业健康风险评估技术导则》 [2]则是结合了各国发布的职业健康风险评估指南或规范, 对各种情况下工作场所化学有害因素的职业健康风险评估给出了技术指导意见。最终风险特征描述是通过对危害特征评估和接触评估的结果分析, 确定风险等级, 也属于传统的点评估。

传统的点评估方法虽然简便可行, 但是评估结果单一, 无法展示人群中的风险分布, 可能忽视部分高风险人群。在本次研究中, 点评估结果显示两个职业接触苯的工种均处于低致癌风险水平, 而概率评估结果则显示两个工种处于不同致癌风险水平的概率有差别, 处于高致癌风险水平的概率分别为10.6%和2.1%, 应引起人们的重视。与此同时, 为了保护大部分的人群, 点评估通常会把模型参数设为最大值, 用来估计风险的上限, 这会高估实际的风险水平。在本次研究的点评估中, 如果暴露浓度和暴露工龄均取最大值, 那点评估结果则远远高于概率评估结果, 偏离实际情况。

黄德寅等[3]采用多阶模型分析暴露剂量与致癌反应之间定量关系, 并针对暴露与风险的不确定性, 采用Crystal ball蒙特卡罗模拟方法分析概率分布规律, 结果显示某石化企业苯乙烯装置苯接触人员的致癌风险P90低于7.26×10-4, 大大超过了美国EPA制定的人体致癌风险值1×10-6。武珊珊等[4]采用上述方法对某石化企业芳烃装置的作业人员长期低水平接触苯的致癌风险进行定量评价, 结果显示该装置作业人员90%情况下苯接触致癌风险低于4.75×10-5, 也远远超过了人体致癌风险值1×10-6。王晨等[5]采用同样的方法对某石化企业芳烃装置职业接触苯的致癌风险进行定量评价, 结果表明, 作业人员职业接触苯产生的致癌风险P90低于2.55×10-4, 也超过了可接受的致癌风险水平。EDOKPOLO等[6]用蒙特卡罗模拟法对炼油企业职业接触苯的工人的非致癌危害商数进行定量评价, 发现产生较大健康风险的概率为18%~56%。本次研究显示某石化企业职业接触苯的外操员和分析员致癌风险的P90为1.04×10-4、0.88× 10-4, 产生较大健康风险的概率为72.3%~100%, 应采取相应措施降低风险。

本次研究样本数量有限, 可能未反映相关作业人群职业接触苯的真实情况。而且苯易经皮肤收, 仅仅考虑呼吸道吸入, 显然不能准确预估职业接触苯所致的健康风险。因此如何全面科学的开展苯的职业健康风险评估仍需进一步的研究。

概率评估运用综合的专业判断, 采用技术处理手段以尽量减少不确定性, 从而使管理者或决策者了解风险评估数据的来源和可靠程度, 提供相对准确的信息。本研究阐述的风险评估方法可以定量表示职业暴露导致的人体健康风险, 解决职业卫生服务机构进行职业病危害评价的技术难点, 为我国职业伤害的预防和管理提供科学依据。

表1

不确定模型参数的概率分布

Table 1
图 1

苯职业接触的致癌风险(Risk)概率分布

Figure 1 [注]A:外操工;B:分析员。
图 2

苯职业接触的非致癌危害商数(HQ)概率分布

Figure 2 [注]A:外操工;B:分析员。
表3

概率评估结果

Table 3

参考文献

[1]

EPA. Risk assessment guidance for superfund:volume Ⅲ-Part A, process for conducting probabilistic risk assessmen[t EB/OL].[2017-03-18]. https://www.epa.gov/risk/risk-assessmentguidance-superfund-rags-volume-iii-part.

[2]

工作场所化学有害因素职业健康风险评估技术导则:GBZ/T 298-2017[S]. 北京:中国标准出版社, 2017.

[3]

黄德寅, 张倩, 刘茂. 苯作业职业暴露评估与致癌风险模拟[J]. 中国工业医学杂志, 2011, 24(3):163-167.

[4]

武珊珊, 张岩, 马岩, 等. 某大型芳烃装置低水平苯职业性接触致癌风险评估[J]. 中国职业医学, 2015, 42(2):205-207.

[5]

王晨, 武珊珊, 张岩, 等. 某芳烃装置职业暴露苯致癌风险评估[J]. 安全、健康和环境, 2016, 16(4):22-25.

[6]

EDOKPOLO B, YU QJ, CONNELL D. Health risk characterization for exposure to benzene in service stations and petroleum refineries environments using human adverse response data[J]. Toxicol Rep, 2015, 2:917-927.

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[基金项目]

[作者简介] 唐颖(1979-), 女, 硕士, 主管医师; 研究方向:职业卫生评价; E-mail: tangying@scdc.sh.cn

[收稿日期] 2017-07-19 00:00:00.0

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