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        乘用車內(nèi)空氣成分分析及職業(yè)健康影響

        2019-08-08 06:53:48孫翰林胡玢郭瑞華
        海外文摘·藝術(shù) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:每輛車醛類乙醛

        孫翰林 胡玢 郭瑞華

        (北京市勞動保護科學(xué)研究所,北京 100054)

        0 引言

        為了提高汽車的各項性能,輕量化成為汽車制造的必需。為了輕量化,大量的非金屬材料制造成為內(nèi)飾部件應(yīng)用于乘用車車廂內(nèi),如皮革、塑料、織物、地毯、密封劑、膠粘劑、聚氨酯發(fā)泡材料等。由于車廂內(nèi)部空間狹小,一般的乘用車車廂內(nèi)部體積在1-2m間,非金屬內(nèi)飾部件散發(fā)出有毒的揮發(fā)性有機氣體VOCs快速積聚。同時為了保證車廂內(nèi)的聲學(xué)和熱學(xué)舒適性,車廂與外界隔絕,采用大量密封材料致使車內(nèi)空氣與車外的空氣交換率非常低。二者作用疊加,造成乘用車車廂內(nèi)空氣中的有毒有害氣體濃度高于外界。

        如專職司機、出租車司機、公交車司機等職業(yè)人群,長時間暴露在車內(nèi)空氣中。尤其是夏季和冬季需要使用溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的季節(jié),暴露時間可能大于12小時,積聚在車廂內(nèi)的有毒有害氣體會對駕駛員的身體造成傷害,并且對安全駕駛產(chǎn)生威脅。烷烴是車內(nèi)空氣中占比最高的VOCs,會對駕駛員的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生傷害,降低應(yīng)激反應(yīng)能力,嚴重影響駕駛安全;醛類、酸類等氣體會刺激眼睛和呼吸道粘膜,使皮膚過敏,使人產(chǎn)生頭痛、咽痛與乏力;苯、多環(huán)芳烴、芳香胺、醛和亞硝胺等物質(zhì)還會對人體有致癌作用或者產(chǎn)生真性瘤作用;某些芳香胺、醛、鹵代烷烴及其衍生物、氯乙烯等有誘變作用。被陽光直射時,車內(nèi)空氣中的醛類物質(zhì)與外界空氣中的氮氧化合物在紫外線作用下可能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),生成過氧乙酸硝酸酯PAN和臭氧O這類強刺激氣體,刺激眼睛流淚,影響駕駛員的視線并危害人體健康。

        表1 熱脫附條件

        圖1 近年來含氧VOCs平均每輛車中檢出種類

        圖2 近年來烴類VOCs平均每輛車中檢出種類

        表2 近年來典型有毒有害物質(zhì)最大出現(xiàn)濃度與非致癌危險系數(shù)

        表3 近年來典型有毒有害物質(zhì)濃度中位值與非致癌危險系數(shù)

        為了摸清車內(nèi)空氣中的VOCs成分,采用國家環(huán)境保護行業(yè)標準HJ/T400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣分析方法》規(guī)定的檢測方法對乘用車整車車內(nèi)空氣的有毒有害氣體成分進行了長期監(jiān)測。本文根據(jù)車內(nèi)空氣VOCs成分監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù),分析主要污染物的出現(xiàn)頻次與濃度,以及其對駕駛員的影響。

        1 實驗方法

        本實驗針對乘用車車廂內(nèi)空氣的V O C s進行采樣。乘用車是有四個車輪并且用于載客,包括駕駛員的座位在內(nèi),總座位數(shù)不超過9個的車輛。

        本實驗采用靜態(tài)密閉采樣方法,利用100m的采樣環(huán)境艙,保持環(huán)境艙內(nèi)的溫度25℃±1℃、相對濕度50%±10%、環(huán)境艙氣流自上而下、氣流速度小于0.3m/s、艙內(nèi)背景空氣中甲苯和甲醛濃度小于0.02mg/m。

        將整車停放于環(huán)境艙中,需要確保車輛距離四周有超過半米的距離,包括車前、車后與車頂。前座可移動時需要把座椅移動至最后,后靠背與座椅表面呈90°角,頭枕下端與方向盤上端平齊。

        采樣前,需要讓受檢車輛保持靜止,把門窗全部打開,其他設(shè)備全部關(guān)閉,保持至少6h。

        在靜置后,需要在前排座椅的頭枕連線中心布置一個采樣點,并用采樣導(dǎo)管從車內(nèi)連接出來,車門處需要用橡膠管包裹住,一方車門擠壓采樣管導(dǎo)致堵塞,并且也在一定程度可以防止漏氣點的產(chǎn)生。此外,采樣導(dǎo)管最長應(yīng)不超過5m,且需要應(yīng)用不銹鋼材料。然后密閉門窗至少16小時。

        在采集整車空氣時,同時應(yīng)當(dāng)采集環(huán)境本底空氣。

        采用分別填充有TEN AX和DNPH填料的采樣管采集車內(nèi)空氣中的VOCs樣品,采樣流量為0.1L/min,采集30分鐘。

        采用TD/GC/MS與HPLC分別測定VOCs組分。GC-MS的設(shè)置需根據(jù)HJ/T400-2007中的要求設(shè)置,初溫50℃保持10min,以5℃/min的速率升至250℃,保持至所有目標組分流出。而熱脫附條件設(shè)置如表1所示。在結(jié)果中GC-MS定性檢出峰面積最大的前25種有機物,用甲苯的濃度標準曲線計算這些物質(zhì)的相對濃度。HPLC依據(jù)商品化的標準物質(zhì)定性定量14種醛酮類物質(zhì)。

        2 車內(nèi)空氣中VOCs統(tǒng)計分析與其職業(yè)健康危害

        2.1 歷年車內(nèi)空氣中VOCs變化趨勢

        分析大量的歷史數(shù)據(jù)可以得到近年來乘用車車內(nèi)空氣中VO Cs分布,通過大跨度時間可以體現(xiàn)出年代變化水平。本文按有機物官能團的區(qū)別進行分類,統(tǒng)計自2012年到2017年共339輛不同品牌的社會車輛的整車車內(nèi)空氣VO Cs測試數(shù)據(jù)。根據(jù)每年檢測的VO Cs種類以及被測車輛數(shù)目,確定平均每年每輛車中含有的VOCs種類。從占比角度考慮,含氧V OC s與烴類V OC s在歷年中占比都至少達到了95%,因此本文主要研究他們的變化趨勢,結(jié)果如表2所示。

        從圖1中可以明顯看出從2012年到2017年,平均每輛車中檢測出的含氧VOCs呈現(xiàn)上升趨勢,2014年之后上升趨勢更為明顯,以醛類為例,2017年平均每輛車中檢測出的醛類物質(zhì)是2012年的3.24倍,這在2016年開始增長的最為明顯,而醛類物質(zhì)通常具有遺傳毒性,可以影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂,因此對人體健康有著巨大的影響。

        汽車內(nèi)飾材料中的高分子材料單體物質(zhì)以脂肪烴為主,一些未參與合成或者合成度較低的單體VOCs就會散發(fā)出來。如圖2所示,烷烴類是占比最高的VOCs種類,2012年中平均每輛車內(nèi)都會檢測出2種烷烴類物質(zhì),到了2017年,平均每輛車中檢測出了4.27種烷烴類,是2012年的2.14倍,此類物質(zhì)具有一定神經(jīng)毒性,對安全駕駛會產(chǎn)生危害。而芳香烴類雖然平均每輛車中的種類不多,但是這幾年中也增加了2.68倍,并且從每輛車中都會檢測出大量苯系物。

        2.2 近年來車內(nèi)空氣VOCs濃度與職業(yè)健康危害

        隨著社會的發(fā)展,不僅使出租車與公交車,越來越多的人進入了網(wǎng)約車的行業(yè)。這類職業(yè)有著工作時間長、工作強度高的特點。有研究調(diào)查網(wǎng)約車司機的工作特征表明,司機年齡一般為30-49歲,占比達到了63.2%。全職司機中,平均每天工作時間為11.8小時,平均每周工作天數(shù)為6.4天。

        根據(jù)美國環(huán)保署(EPA)的職業(yè)健康風(fēng)險評估模型,根據(jù)其給出的吸入毒性參考值計算非致癌危險系數(shù),公式如下所示:

        式中:EC:暴露濃度,mg/m

        RfC:吸入毒性參考值,mg/m

        暴露濃度是計算年均每小時的暴露濃度,公式如下所示。

        式中:CA:污染物質(zhì)量濃度,mg/m

        ET:暴露時間,h/d

        EF:暴露頻率,d/年

        ED:暴露工齡,年

        AT:暴露周期平均時間,ED×365d/年×24h/d

        非致癌危險系數(shù)大于等于1時,證明其健康風(fēng)險較大,而小于1時,健康風(fēng)險較小。

        根據(jù)2012年到2017年共339輛車的車內(nèi)空氣污染檢測結(jié)果,選出車內(nèi)典型或濃度較大的有毒有害物質(zhì),確定其濃度的最大值與中位值,通過調(diào)查中職業(yè)駕乘人員工作時間與美國環(huán)保署(EPA)確定的吸入毒性參考值(RfC),計算出其非致癌危險系數(shù),如表2所示。

        按最大出現(xiàn)濃度看,這幾種物質(zhì)中健康風(fēng)險較大的物質(zhì)從高到底分別為苯、乙腈、甲醛、乙醛、正己烷和苯酚。具體情況見表3,其中苯的非致癌危險系數(shù)高達58.9,遠遠高于1,濃度遠高于ACGIH TLV標準的1.6mg/m,苯對人體危害極大,包括麻痹中樞神經(jīng),頭暈,心率加快等,其也會導(dǎo)致慢性中毒,損害血液與骨髓。對于車內(nèi)工作人員來說當(dāng)苯的濃度低于0.066mg/m時,其非致癌危險系數(shù)才會降到1以下,但是同樣存在致癌風(fēng)險。此外,苯會在人體內(nèi)生成苯酚,導(dǎo)致更大的毒性,而對于駕乘人員,車內(nèi)苯酚檢出濃度很低,但是由于其毒性較大,因此非致癌危險系數(shù)同樣大于1。

        非致癌危險系數(shù)僅次于苯的有毒有害物質(zhì)為乙腈,乙腈的嗅閾值高達67.2mg/m,因此駕乘人員無法分辨車內(nèi)是否乙腈超標,而乙腈主要是經(jīng)過人體代謝生成了氰化物,主要影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS),如頭痛,麻木等,還會導(dǎo)致皮膚炎癥。

        醛類物質(zhì)以甲醛和乙醛為例,可以看出其RfC值都非常低,其中甲醛的RfC值僅為9.83 μg/m,因此他們的濃度雖然遠低于乙腈,但是非致癌危險系數(shù)還是在10-20之間。醛類物質(zhì)通常對人體具有刺激性,尤其針對眼睛、呼吸道與皮膚。人體在乙醛慢性中毒過程中會產(chǎn)生類似于酗酒的癥狀,威脅安全駕駛。

        正己烷的非致癌危險系數(shù)為7.2,其主要是會有神經(jīng)毒性,包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制以及對于粘膜的刺激。此外,它還具有慢性毒性,包括運動功能障礙等。正己烷會受到其他有毒有害物質(zhì)影響,比如丁酮會增加其毒性,而甲苯會降低其毒性。

        而觀察這些VOCs濃度的中位值可以發(fā)現(xiàn),HQ值依然大于1的有毒有害物質(zhì)從大到小有3種,分別為乙醛、甲醛和苯??梢娨胰┰谡囓噧?nèi)空氣出現(xiàn)的濃度較為平均,而苯的濃度則是極差較大。中位值在一定程度上反應(yīng)出近年來乘用車車內(nèi)空氣環(huán)境的平均水平,由此可見,現(xiàn)在主要危害人體健康的VOCs還是以醛類為主、苯系物為輔。由于甲醛與乙醛的RfC值較小,近年來甲醛的HQ值小于1的車輛占比23.1%,而乙醛HQ值小于1的車輛僅占比7.7%。

        3 結(jié)語

        美國E P A的人體健康風(fēng)險評估模型對工作場所空氣中職業(yè)病危害因素提供了重要的技術(shù)參考,其對污染物濃度水平、暴露時間等因素都做出了考慮。通過該模型分析近年來車內(nèi)空氣污染的暴露健康風(fēng)險,結(jié)果表明,部分有毒有害物質(zhì)濃度即使不超過整車空氣環(huán)境標準,由于駕乘人員車內(nèi)工作時間極長,導(dǎo)致低濃度水平的污染物也產(chǎn)生了巨大了職業(yè)健康危害。用濃度的中位數(shù)考慮平均水平的職業(yè)健康危害時,以乙醛、甲醛和苯為首的有毒有害物質(zhì)其非致癌危險系數(shù)超過了1,威脅了乘駕人員健康。

        因此,應(yīng)從職業(yè)安全健康的角度,對相關(guān)駕乘人員的工作時間做出限制,以確保降低污染物對其健康風(fēng)險水平?;蛘邔Τ擞密噧?nèi)空氣VOCs進行控制,降低駕駛員的暴露強度,保證駕駛安全。

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