环境科学  2018, Vol. 39 Issue (2): 672-683   PDF    
引用本文
佟瑞鹏, 张磊, 杨校毅, 朱旭波, 任传耕. 家具制造过程中VOCs的来源分析及环境健康风险评价[J]. 环境科学, 2018, 39(2): 672-683.
TONG Rui-peng, ZHANG Lei, YANG Xiao-yi, ZHU Xu-bo, REN Chuan-geng. Source Analysis and Environmental Health Risk Assessment of VOCs in Furniture Manufacturing[J]. Environmental Science, 2018, 39(2): 672-683.
家具制造过程中VOCs的来源分析及环境健康风险评价
佟瑞鹏1, 张磊1, 杨校毅1, 朱旭波2, 任传耕2     
1. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院, 北京 100083;
2. 华润置地有限公司, 深圳 518001
收稿日期: 2017-10-17; 修订日期: 2017-11-06
基金项目: 国家自然科学基金项目（51674268）
作者简介: 佟瑞鹏(1977~), 男, 博士, 副教授, 主要研究方向为职业健康与环境健康风险评估等, E-mail:tongrp@cumtb.edu.cn
摘要: 目前国内外仅对家具生产中涂装环节VOCs的来源进行分析，且主要关注的是家具制造完成之后释放的VOCs及其对室内空气的影响，因此本文对完整家具制造过程中VOCs的来源进行探究，并引入蒙特卡罗模拟方法，运用改进的概率风险评估模型，对家具制造过程中贴皮、喷底漆、喷面漆、清洗、喷胶、粘棉、巡检等工序9个工位的工人进行致癌和非致癌健康风险评价，并筛选出对健康风险影响较大的暴露参数.结果表明，喷底漆、喷面漆工序使用的各类油漆、稀释剂和固化剂会产生苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯等VOCs，贴皮工序、喷胶工序、粘棉工序使用的胶水类化学原料会产生二氯甲烷和乙酸乙酯，清洗工序用到的脱漆剂会产生二氯甲烷；暴露于苯和二氯甲烷的各工位致癌风险值均超过10-6，除暴露于苯的擦色、喷底漆和巡检工位外，其它各工位超过10-6的概率皆大于95%，喷面漆工人的苯致癌风险最大，为3.07×10-6±1.73×10-6，贴皮工人的二氯甲烷致癌风险最大，为5.14×10-6±2.70×10-6，另外，各工位中只有喷面漆工人的非致癌风险大于1；暴露持续时间（ED）、致癌物的浓度（C）、呼吸速率（InhR）、暴露时间（ET）、暴露频率（EF）是对致癌风险影响较大的参数，体重（BW）对致癌风险具有负敏感度.除浓度外，对非致癌风险结果影响较大的暴露参数依次为：暴露持续时间（ED）、暴露时间（ET）、暴露频率（EF）.
关键词: VOCs      家具制造      来源      致癌概率风险      非致癌概率风险     
Source Analysis and Environmental Health Risk Assessment of VOCs in Furniture Manufacturing
TONG Rui-peng1 , ZHANG Lei1 , YANG Xiao-yi1 , ZHU Xu-bo2 , REN Chuan-geng2     
1. School of Resources & Safety Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China;
2. China Resources Land Limited, Shenzhen 518001, China
Abstract: Regarding furniture manufacturing, scholars have only studied the sources of VOCs in the spraying process, yet the main concern is the release of VOCs after the completion of the manufacturing process and its impact on indoor air quality. Therefore, in this study, the sources of VOCs for the entire process of furniture manufacturing were explored and probabilistic risk models were improved. Then, the carcinogenicity and non-carcinogenic health risks to workers at nine workstations in a furniture factory were evaluated via a Monte Carlo simulation method, and the sensitivity of each exposure parameter was analyzed. The results are as follows. The various types of paints, diluents, and curing agents used in the process of spraying primer paint and spraying surface paint release VOCs, such as benzene, toluene, xylene, styrene, butanone, cyclohexanone, butyl acetate, and ethyl acetate. The glue used in the leather pasting process, the glue process, and the viscose process generates VOCs, such as dichloromethane and ethyl acetate, and the paint remover used in the cleaning process emits dichloromethane. The carcinogenic risk at each station was more than 10-6. For benzene exposure, the probability of exceeding 10-6 was greater than 95% for all stations, excluding SWB, SWP, and CWP. The carcinogenicrisk of workers exposed to benzene was the highest at SWS, at 3.07×10-6±1.73×10-6, and the carcinogenicrisk of workers exposed to dichloromethane was the greatest at SWL, with a value of 5.14×10-6±2.70×10-6. The only non-carcinogenicrisk greater than 1 was to SWS workers. The parameters that had the greatest impact on the carcinogenic risk assessment were exposure day (ED), concentration (C), exposure time (ET), and exposure frequency (EF). In the non-carcinogenic risk assessment, the most influential variables were ED, ET, and EF. In addition, concentration also had a significant impact on the evaluation results.
Key words: VOCs      furniture manufacturing      source      carcinogenic probabilistic risk      non-carcinogenic probabilistic risk     

挥发性有机物(VOCs)是近地层臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物, 参与大气光化学反应, 增强大气的氧化能力, 却也由此影响空气质量, 危害人体健康, 是重要的空气污染物[1, 2]. VOCs来源于生产、生活等各方面[3, 4], 在生产中, VOCs主要来自工业固定源, 包含汽车制造、印刷、设备涂装、电子制造、家具和生物制药等六大行业[5].

关于VOCs的工业排放, 目前涉及冬季典型霾污染期间化工园区[6]、电子垃圾分解厂[7]、北京某炼油厂[8]及汽车喷涂、电子光刻、印刷3类典型溶剂使用[9]等企业VOCs的污染特征及来源研究.就VOCs对人体造成的危害, 学者评估了其在煤矿[10]、废弃固体塑料回收[11]、农药生产[12]、制药[13]等行业的健康风险.在家具行业, 其制造过程会产生苯、甲苯、二甲苯等VOCs, 污染环境、危害工人健康[14, 15].在我国五大家具产区的珠江三角洲地区, 家具制造业已成为该地区VOCs的第一大固定污染排放源, 占总排放的23.3%[16].近年来, 随着“大气十条”和“十三五”生态环境保护规划等相关法规的相继颁布实施, 对污染行业提出了新的要求.因此, 对家具制造行业VOCs的排放进行有效防控和治理已经成为当务之急.但现有研究仅着眼于家具制造过程中涂装环节VOCs的产生, 很少对整个家具制造过程中产生VOCs的工序加以探究; 且主要关注的是家具制造完成之后在销售存放[17]和使用过程中[18~20]释放的VOCs及其对室内空气的影响, 很少评估制造过程中VOCs导致的环境健康风险.家具在销售存放和使用过程中VOCs的排放随着时间的推移会逐渐下降, 而且与温度、相对湿度等因素有关, 并对办公、家居环境及公众的健康造成影响; 而家具制造过程中高浓度的VOCs主要对职业人群的健康造成危害, 而且由于生产的需求, VOCs的排放是一个长期、稳定的过程, 并伴随家具制造企业工人的整个职业周期.因此, 亟需对家具制造过程中VOCs产生的工序及其导致的环境健康风险进行探究和评价.

鉴于此, 以中国广东省珠海市某家具制造厂为对象, 通过2014~2016年连续3 a对该厂的跟踪研究, 探究VOCs在家具制造过程中的产生工序, 对其浓度进行采样检测并分析来源.采用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险暴露模型, 运用蒙特卡罗随机模拟, 评估VOCs造成的致癌概率风险及非致癌概率风险, 并通过敏感性分析筛选与健康风险相关的重要因素.最后, 根据分析结果给出了家具行业VOCs的排放及健康风险防控措施与建议, 以期为加快环境污染防治、改善生态环境质量、实现绿色低碳发展做出贡献.

1 材料与方法 1.1 研究对象

研究对象为广东省珠海市某家具制造厂, 隶属于国内一家综合型的国有地产开发企业, 该厂主要生产办公用品及民用家具, 季产办公桌4.7万套、文件柜5.3万套, 月产民用家具5.2千套.该厂所在的珠江三角洲地区是国内最大的家具产区和出口基地, 其产值占全国的三分之一以上, 出口总量则占一半以上, 这个地区具有完整的生产体系、发达的销售市场和健全的配套产业.作为当地一家典型的家具制造企业, 该厂生产流程规范, 工艺成熟稳定, 季度、月份产量均衡, 在当地乃至全国都具有很强的代表性.另外, 该家具企业是一家综合型的家具制造商, 木制家具和金属家具的生产工艺、流程不仅符合相关规程而且能代表一般家具制造企业的基本情况.因此, 本文以该家具制造厂为例, 对家具制造过程中VOCs的来源进行探究, 并对VOCs造成的职业环境健康风险进行评价.

1.2 样品采集

样品采集时间分别为2014~2016年每年的9月19~21日, 现场采样气象条件为：温度31.3~34.1℃, 相对湿度53.6%~53.7%, 气压100.7~101.1 kPa, 风速为0.2m·s-1.采样当天生产设备运行情况及生产情况与平时的工作状态基本一致.采样按照GBZ 159-2004《工作场所空气中有害物质检测的采样规范》的规定, 采用定点、分时段短时间采样法, 均匀分布采样点, 同时严格按照国家标准的相关要求, 选择有代表性的工作地点, 其中包括逸散或存在有害物质的工作地点、劳动者接触时间最长的工作地点.每年每次采样3个工作日, 依据对VOCs的来源分析, 每次设置采样点9个, 采样点项数48个, 涉及苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二氯甲烷共9种VOCs的采样.每个采样点分别于每个工作日的09:00~10:00、15:00~16:00和20:00~21:00采样3次, 共得到样品数1296份, 其中有效样品1274份, 样品有效率为98.3%.采样仪器、空气收集器等见表 1.

表 1 VOCs采样分析的仪器和方法 Table 1 Instruments and methods for VOCs collection and analysis

1.3 样品分析

实验室检验时温度为20.0~23.0℃, 相对湿度为52.0%~58.0%, 气压为101.0~102.2kPa.按照GBZ/T 160.42-2007《工作场所空气有毒物质测定芳香烃类化合物》等标准规定的要求[21~25], 通过热解吸-气相色谱法, 将利用碳管收集的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等气体注入气相色谱仪GC-2010plus进行定性、定量分析; 把气袋中收集的二氯甲烷样品, 采用直接进样-气相色谱法注入气相色谱仪GC-2014进行监测分析, 具体信息见表 1.

1.4 健康风险评价模型

由于各工位工人在工作时皆佩戴有自吸过滤半面罩式防毒面具、手袖套、围裙、工服、劳保鞋等个人防护用品, 同时厂区的VOCs以蒸气的形式存在, 因此, 在进行健康风险评价时仅考虑经呼吸途径由VOCs引起的致癌风险和非致癌风险, 采用USEPA[26~28]推荐的风险评价模型, 并结合研究对象加以改进, 如下.

(1) 致癌风险模型

(1)
(2)
(3)

式中, LADD为终生日均暴露量[mg·(kg·d)-1]; C为空气中某种VOCs的含量(mg·m-3), FE为过滤效率, 指所研究家具厂工人在工作时佩戴的自吸过滤半面罩式防毒面具对VOCs的过滤效率; 365为每年的天数(d·a-1), SF为致癌斜率因子(kg·d·mg-1); CR为致癌风险; TCR为所有具有致癌效应VOCs的总致癌风险; m为具有致癌效应VOCs的种类, 其它参数含义及取值如表 2.

表 2 5种VOCs的致癌倾斜因子及参考浓度 Table 2 Cancer slope factors and reference concentrations of five VOCs

(2) 非致癌风险模型

(4)
(5)
(6)

式中, EC为暴露浓度(mg·m-3), RfC为参考剂量(mg·m-3); HQ为危害商, 用以表征VOCs的非致癌风险; THQ为所有具有非致癌效应VOCs的总危害商; n为具有非致癌效应VOCs的种类, 其它参数含义及取值如表 2.

(3) 参数取值

依据世界卫生组织(WHO)和国际癌症研究机构(IARC)的研究结果, 苯和二氯甲烷为人类致癌物, 甲苯、二甲苯和苯乙烯等3种有害挥发物为非致癌物.根据USEPA的风险信息系统(IRIS)[29]可得苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和二氯甲烷5种VOCs的SF值和RfC值, 具体数值见表 2; 丁酮、环己酮、乙酸丁酯和乙酸乙酯暂无相关的参数, 因此不对其进行健康风险评价.需要注意的是, 致癌物也会产生非致癌风险, 对其非致癌风险同样采用公式(4)~(6)进行计算[30].

以家具厂的一线操作工人为健康风险受体, 经由实地调研, 同时参考文献[31], 可以确定评价模型的各参数取值.另外, 该家具厂选用的自吸过滤半面罩式防毒面具符合强制性的国家标准GB 2890-2009《呼吸防护自吸过滤式防毒面具》的相关规定, 过滤件的过滤性能级别为P2(中等能力), 过滤效率为99%, 各相关参数取值见表 3.

表 3 VOCs造成健康风险评价中各参数取值 Table 3 Values of parameters in assessment of health risk caused by VOCs

2 结果与讨论 2.1 VOCs来源分析 2.1.1 VOCs来源探究

经调查, 该家具厂由木厂(WF)、实木厂(SW)、椅厂(CF)和铁厂(IF)这4个车间组成, 另有化学品仓(CW)1个.家具厂的VOCs主要来源于白乳胶等胶水类化学原料、各种漆类原料以及稀释剂等调节漆类的化学原料.这些原料都存储在化学品仓, 主要用于实木厂, 铁厂和椅厂用量较少.由此可得, 该家具厂产生VOCs的地点主要是化学品仓和实木厂, 在铁厂和椅厂也会产生少量的VOCs.该家具企业的家具生产工艺、排污节点及产生VOCs的化学原料见表 4.需要说明的是, 该家具企业是一家综合型的家具制造商, 共有木厂、实木厂、铁厂和椅厂这4个车间, 生产工艺各不相同, 而一般的木制家具制造企业与实木厂的生产工艺基本一致.

表 4 家具厂生产工艺、排污节点及产生VOCs的化学原料1) Table 4 Production process, pollution discharge nodes and VOCs produced by chemical materials in the furniture factory

为辨识实木厂、铁厂和椅厂产生VOCs的具体工序, 对各车间进一步探究, 如表 4.在实木厂, 产生VOCs的工序主要有贴皮和喷底漆、喷面漆工序.在贴皮工序中, 使用冷、热压机对半成品家具进行贴皮时分别用到白乳胶和立时得胶水, 因此产生二氯甲烷, 乙酸乙酯两种VOCs.在喷底漆、喷面漆工序中, 对半成品进行喷漆, 用到PE透明底漆等各种漆、稀释剂及固化剂, 因此产生苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯和乙酸乙酯这8种VOCs.

在铁厂, 清洗和喷胶工序需要使用脱漆剂和立时得胶水, 因此都会产生二氯甲烷, 另外在喷胶产生乙酸乙酯.在椅厂的粘棉工序中, 需精细加工椅子, 用到立时得胶水, 因此产生二氯甲烷和乙酸乙酯两种VOCs.

2.1.2 VOCs检测结果

经由以上分析, 可得家具厂中接触VOCs的工序.经采样分析, 可得接触VOCs的具体工位和所接触VOCs的种类.由于甲基异丁基甲酮、二价酸酯和丙二醇甲醚乙酸酯等无相应的监测方法及职业接触限值, 故不把以上项目作为研究的重点.仅对化学毒物大、化学毒性强、用量或生成量较大、作业人员接触机会多、有监测方法和职业接触限值的职业病危害因素, 如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯和二氯甲烷等9种VOCs的浓度进行监测, 并通过Crystal Ball 11.1选择A-D检验算法(anderson-darling test)对浓度值进行拟合优度检验, 以分析VOCs的样本含量服从何种分布, 分布拟合结果见表 5.

表 5 家具厂各工位VOCs的种类和含量/mg·m-3 Table 5 VOCs types and contents of each work station in the furniture factory/mg·m-3

对于都存在苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯和乙酸乙酯这8种VOCs的工位, VOCs的总含量依照喷面漆工位、喷底漆工位、擦色工位、调漆工位、巡检工位由高到低.这8种VOCs可以归为3类：苯系物(苯、甲苯、二甲苯)、酮类(丁酮、环己酮)和酯类(乙酸丁酯、乙酸乙酯), 在以上5种工位中, 酯类的含量最高(57.23%), 苯系物(29.27%)和酮类(13.50%)次之.

在实木厂存在以上8种VOCs的4种工位中, 乙酸丁酯的总含量最高, 其次是乙酸乙酯、二甲苯和丁酮.在喷面漆工位中含量最高的VOCs为乙酸丁酯, 乙酸乙酯和二甲苯的含量次之, 且以上3种VOCs的含量远高于其它工位. 3类VOCs的含量也按照酯类(59.82%)、苯系物(27.88%)和酮类(12.30%)的顺序含量由高到低.由此, 在实木厂应重点注意这4种VOCs.

对于存在9种VOCs的化学品仓巡检工位, 二氯甲烷的含量最高, 丁酮和甲苯的含量次之.对于仅存在1种和2种VOCs的工位, 实木厂贴皮工位乙酸乙酯的含量远高于其它2种工位.对于存在二氯甲烷的5种工位, 其含量按照贴皮工位、喷胶工位(铁厂)、喷胶工位(椅厂)、脱漆工位、巡检工位依次降低, 且含量相当.

如表 5, 喷底漆和喷面漆工序的工人接触的VOCs的种类最多, 含量也较高.该家具厂各工位工人都佩戴有自吸过滤半面罩式防毒面具, 除喷底漆和喷面漆工位加装了效率有限的隔膜水帘[35], 以吸收喷涂作业时大量挥发的VOCs外, 其它工位的VOCs基本属于无组织排放[16].贴皮工位、喷胶工位(铁厂)、喷胶工位(椅厂)接触的VOCs种类很少, 但其中二氯甲烷的含量较大.另外, 由于工作区域和工作性质, 巡检工人暴露于上述9种VOCs, 应注意做好防护措施.

2.2 VOCs健康风险评价

根据所建模型, 结合相关参数值, 运用蒙特卡罗随机模拟, 来处理风险评估中的参数不确定性[36], 得到家具厂各工位工人暴露于VOCs的概率健康风险, 该过程通过Crystal Ball 11.1实现.在模拟运算过程中, 经实验发现, 当随机模拟的次数大于4.5×103次, 结果就趋于稳定, 为保障结果的稳定性及可信度, 本研究将模拟次数设为1×104次, 置信水平设为95%.为筛选与健康风险相关的重要因素, 通过Crystal Ball 11.1对模型中各参数实现敏感性分析[37], 得到各输入变量对风险结果的影响.所得风险分析和敏感性分析结果使用Origin Pro 2017进行作图.

2.2.1 致癌概率风险

对于致癌风险, 苯和二氯甲烷是其来源, 风险大小如图 1, 风险统计值如表 6.苯造成擦色(SWB)、调漆(SWO)、喷底漆(SWP)、喷面漆(SWS)和巡检(CWP)5种工位工人的致癌风险, 二氯甲烷造成贴皮(SWL)、脱漆(IFR)、喷胶(铁厂, IFS)、喷胶(椅厂, CFS)和巡检(CWP)5种工位工人的致癌风险.风险值均呈对数正态分布, 且各风险值均超过10-6, 除由苯引起的擦色、喷底漆和巡检工位的致癌风险超过10-6的概率为25%、15%和55%之外, 其它各工位超过10-6的概率皆大于95%, 但均不超过10-4.根据USEPA, 可接受致癌风险水平为10-6, 上限值为10-4, 若小于前者, 则可以接受; 介于两者之间, 则可能引起癌症; 若大于后者, 则引起癌症的风险性较大.由此, 可得各工位的致癌风险较高, 可能引起癌症, 需要采取措施进行防控.

图 1 苯和二氯甲烷造成的致癌风险 Fig. 1 Carcinogenic risk caused by benzene and dichloromethane

表 6 苯和二氯甲烷造成致癌风险统计值 Table 6 Statistical values of carcinogenic risk caused by benzene and dichloromethane

对于苯造成的致癌风险, 喷面漆工位的风险值最大, 服从偏度为2.02, 峰度为10.37的对数正态分布, 风险值的范围为4.54×10-7~2.18×10-5, 平均值为3.07×10-6.调色工位的风险值与喷面漆工位的风险值最为接近, 服从偏度为1.87, 峰度为9.63的对数正态分布, 风险值的范围为5.13×10-7~1.91×10-5, 平均值为3.04×10-6.致癌风险较小的依次为：喷底漆工位、擦色工位、巡检工位, 但皆超过10-6, 分别服从2.27×10-6±1.35×10-6、1.68×10-6±9.92×10-7和1.09×10-6±5.75×10-7的对数正态分布.为了更好地表示不同工位致癌风险的差异, 本文将各工位的致癌风险值进行以e为底的对数变换, 见图 1.

相比较而言, 二氯甲烷造成的致癌风险较大, 这与家具厂各工位二氯甲烷的浓度较大有关.其中, 贴皮工位的致癌风险最大, 服从偏度为1.96, 峰度为9.82的对数正态分布, 风险值的范围为9.12×10-7~2.94×10-5, 平均值为5.14×10-6.脱漆工位和铁厂的喷胶工位风险值较为接近, 平均值分别为3.13×10-6、3.43×10-6, 但是脱漆工位的峰度为13.54, 大于喷胶工位的9.89, 说明脱漆工位的风险值分布更为集中, 而喷胶工位的风险值较为分散, 表现出喷胶工位不同工人的致癌风险个体差异较大.与苯的致癌风险类似, 巡检工暴露于二氯甲烷的致癌风险也最小, 服从偏度为1.93, 峰度为9.98的对数正态分布, 风险值范围为4.65×10-7~1.65×10-5, 平均值为2.61×10-6.各工位的致癌风险结果见表 6.

分析以上结果, 喷面漆和喷底漆工人暴露于苯的致癌风险最大.究其原因, 喷涂作业方式大部分为空气喷涂, 油漆以气雾形式悬浮在空气中, 形成含有有机溶剂的雾滴, 有机溶剂大量挥发, 使车间内的VOCs浓度急剧升高[37].另外, 调漆工位工人的致癌风险也较大, 这与调漆过程中VOCs的排放量较大有关.该家具制造厂的调漆过程为敞开式操作, 没有专用的调漆房, 不仅存在有机溶剂挥发, 而且废气难以收集[38].与其它工位工人不同, 巡检工人同时受到苯和二氯甲烷造成的致癌风险, 总和达到3.7×10-6, 接近致癌风险最大容许值的4倍, 应该引起高度重视并采取防控措施.

2.2.2 非致癌概率风险

擦色(SWB)、调漆(SWO)、喷底漆(SWP)和喷面漆(SWS)工人吸入苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯皆会造成非致癌风险, 贴皮(SWL)、脱漆(IFR)、喷胶(铁厂, IFS)和喷胶(椅厂, CFS)工人会受到二氯甲烷造成的非致癌风险, 由于工作特点, 上述5种VOCs都会对巡检工人造成非致癌风险.各工位工人总的非致癌风险值如表 7, 经对数变换后的风险大小如图 2.

表 7 各工位的非致癌风险统计值 Table 7 Statistical values of non-carcinogenic risk for each station

图 2 各工位的非致癌风险 Fig. 2 Non-carcinogenic risk for each station

喷面漆工人受到非致癌风险最大, 服从1.59±0.69的对数正态分布, 风险值的范围为0.39~7.22, 偏度为1.53, 峰度为7.07, 超过1的概率为80%.根据USEPA推荐的标准, 非致癌风险≤1表示暴露量低于会产生不良反应的阈值, 预期将不会对人体造成显著危害, 非致癌风险＞1表示暴露量超过阈值, 可能产生毒性.喷面漆工人的非致癌风险大于推荐的标准, 应该采取相应的措施, 以避免车间内的VOCs对工人健康造成威胁.其他工位工人的非致癌风险平均值皆小于1, 较大的有喷底漆工人和巡检工人, 分别服从0.34±0.14、0.28±0.12的对数正态分布, 超过1的概率仅为1%和0.1%.如图 2所示, 贴皮、脱漆、喷胶(铁厂)和喷胶(椅厂)这4种工位工人的非致癌风险远小于1, 预期将不会对工人产生危害.

喷面漆和喷底漆工人的非致癌风险最大, 远高于喷胶(铁厂)和喷胶(椅厂)工人的非致癌风险.一方面是由于涂装工艺使用的涂料VOCs含量普遍较粘胶剂高[15], 另一方面是由于涂装过程中为保证涂层厚度需多次涂布[38].另外, 巡检工人由于接触VOCs的种类最多, 受到的非致癌风险也较大.如图 2所示, 喷面漆(SWS)工人的非致癌风险概率分布偏度为1.53, 高于其它4个工位的工人, 呈现为右偏分布[39].这说明, 大多数的个体数值偏低, 而数据右端存在很多极端值.如表 7, 喷面漆工人的非致癌风险75%和95%分位数分别为1.92和2.89, 而最大值达到7.22, 但这些极端值对应的频数都很小, 表现为右侧长长的拖尾.

2.2.3 敏感性分析

通过敏感性分析可以得到各输入变量对输出结果的影响, 本文利用斯皮尔曼秩相关系数法得到各暴露参数的敏感度.若敏感度大于0, 则表示与风险结果有正相关性; 若敏感度小于0, 则表示与风险结果有负相关性.其相关性的大小由敏感度的绝对值判定, 敏感度绝对值越大, 则相关性越强, 对风险结果影响也越大.

擦色(SWB)、调漆(SWO)、喷底漆(SWP)、喷面漆(SWS)和巡检(CWP)5个工位的工人暴露于苯的致癌风险敏感性分析如图 3(a)所示.各暴露参数中, 暴露持续时间(ED)的敏感度最大, 达到了73.66%.其它敏感度较大的参数依次为：C苯、呼吸速率(InhR)、暴露时间(ET)、暴露频率(EF), 敏感度分别为：43.87%、34.57%、14.39%、7.46%.体重具有负敏感性, 敏感度为-16.97%.二氯甲烷的致癌风险敏感性分析结果与其相似, 如图 3(b), 贴皮(SWL)、脱漆(IFR)、喷胶(铁厂, IFS)、喷胶(椅厂, CFS)和巡检(CWP)这5个工位工人敏感度较大的参数依次为：暴露持续时间(ED)、C二氯甲烷、呼吸速率(InhR)、暴露时间(ET)、暴露频率(EF), 敏感度分别为75.57%、40.06%、35.63%、14.97%、7.49%.体重具有负敏感性, 敏感度为-17.34%.

Ci：该种VOC的浓度, 下同 图 3 各工位工人暴露于苯和二氯甲烷的致癌风险敏感性分析 Fig. 3 Carcinogenic risk sensitivity analysis for workers exposed to benzene and dichloromethane

各工位工人总的非致癌风险敏感性分析结果见图 4.擦色(SWB)、调漆(SWO)、喷底漆(SWP)、喷面漆(SWS)和巡检(CWP)工人敏感度较大的参数依次为暴露持续时间(ED)、C二甲苯、暴露时间(ET)、C苯、暴露频率(EF)、C苯乙烯、C甲苯, 敏感度分别为91.99%、23.90%、21.50%、11.66%、9.79%、1.20%、0.51%.其中, 巡检(CWP)还受到二氯甲烷的非致癌风险, C二氯甲烷的敏感度为8.07%.与上述5个工位的工人不同, 贴皮(SWL)、脱漆(IFR)、喷胶(铁厂, IFS)、喷胶(椅厂, CFS)4个工位的工人只受到二氯甲烷造成的非致癌风险, 敏感度较大的参数依次为暴露持续时间(ED)、C二氯甲烷、暴露时间(ET)、暴露频率(EF), 敏感度分别为84.27%、45.33%、19.75%、8.53%.

图 4 各工位的非致癌风险敏感性分析 Fig. 4 Non-carcinogenic risk sensitivity analysis for each station

2.2.4 不确定性分析

同时应该注意到, 本研究也存在一定的不足.由于现有监测方法和仪器设备等因素的限制, 本研究仅对化学毒物大、化学毒性强、用量或生成量较大、作业人员接触机会多的9种VOCs的浓度进行监测分析, 并对其中的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、二氯甲烷造成的健康风险进行评价, 加上样本采集时间为9月, 这可能使评价结果存在一定的不确定性.另外, 不确定性也可能来自参数SF和RfC. USEPA提供的SF和RfC是假设呼吸速率为20 m3·d-1, 体重为70 kg的成人吸入一个单位化学物质的终生健康风险.根据中国人群暴露参数手册, 中国人群长期呼吸速率为15.7 m3·d-1. USEPA定义的呼吸速率与中国人口的实际状况存在差异, 这也可能会产生不确定性.

2.3 控制措施及建议

(1) 健康风险评价结果表明, 各工位工人的致癌风险皆超过10-6.这与溶剂型涂料的大量使用有关, 建议采用低VOCs含量的水溶性涂料[40].

(2) 除涂装环节外, 家具厂在贴皮、清洗、喷胶、粘棉工序中都会产生VOCs, 其中贴皮、脱漆、喷胶(铁厂)、喷胶(椅厂)工位工人的致癌风险平均值分别为5.14×10-6、3.13×10-6、3.43×10-6、3.72×10-6, 皆在3×10-6以上.然而仅在喷底漆和喷面漆工序设置隔膜水帘, 其它工序的VOCs均以无组织形式进入环境, 不仅影响环境空气质量, 还可能对周围人群的健康造成威胁.而且水帘主要用于去除喷涂时产生的漆雾, 但是漆雾中的大部分VOCs为非水溶性VOCs, 不能得到有效去除, 其中的循环水在过饱和后也会成为重要的VOCs排放源[41].该家具厂可以采用效率更高、效果更好地活性炭吸附技术[42]来处理各工序中的有机废气, 以减少VOCs的排放.

(3) 由于调漆过程为敞开式操作, 调漆工人的致癌风险较大, 平均值为3.04×10-6, 应该设置专门的调漆房, 以减少VOCs排放, 并对废气进行处理.

(4) 家具厂内的涂料、稀释剂、胶粘剂等各类化学原料都储存在化学品仓, 应该加强管理、分类排放, 每年定期对化学品泄漏等职业卫生中毒的应急预案进行演练.另外, 由于工作性质巡检工人暴露于各种VOCs, 存在较大的健康风险, 应该注意佩戴防护用品, 做好各类化学品的密封工作, 并定期对包括巡检工在内的各工位工人进行职业健康检查.

3 结论

(1) 家具制造过程中, 实木厂的喷底漆、喷面漆工序使用的各种漆、稀释剂和固化剂会产生苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁酮、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯等VOCs, 实木厂的贴皮工序、铁厂的喷胶工序、椅厂的粘棉工序使用的立时得胶水会产生二氯甲烷、乙酸乙酯等VOCs, 铁厂的清洗工序用到的脱漆剂会产生二氯甲烷等VOCs, 另外, 化学品仓内储存和运输环节中由于有机溶剂挥发也存在各种VOCs.

(2) 各工位工人致癌风险值均呈对数正态分布, 且均超过10-6, 除暴露于苯的擦色、喷底漆和巡检工位外, 其它各工位超过10-6的概率皆大于95%, 但均不超过10-4.喷面漆工人的苯致癌风险最大, 为3.07×10-6±1.73×10-6, 贴皮工人的二氯甲烷致癌风险最大, 为5.14×10-6±2.70×10-6.各工位工人的非致癌风险较小, 只有喷面漆工人的非致癌风险大于1.

(3) 对苯的致癌风险影响较大的暴露参数依次为：暴露持续时间(ED)、浓度(C)、呼吸速率(InhR)、暴露时间(ET)、暴露频率(EF), 敏感度分别为73.66%、43.87%、34.57%、14.39%、7.46%, 体重具有负敏感性, 敏感度为-16.97%, 二氯甲烷敏感性分析结果与其相似.除浓度外, 对非致癌风险结果影响较大的暴露参数依次为：暴露持续时间(ED)、暴露时间(ET)、暴露频率(EF).

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