面向人体暴露控制的危险气体多因子耦合评价体系研究

引言

随着工业化生产的发展和城市生活的进步，化工园、输气管线等危险气体排放源越来越广泛，人体暴露事故频繁发生，如 2021 年化工园硫化氢气体事故造成多人死亡、2022 年小区居民楼天然气爆炸等。危险气体人体暴露风险受到受体特征、环境扩散、暴露时间、暴露人群等多重因素影响，单一危险气体评价只能反应部分情况，无法描述复杂情况下复杂情况的内在联系。当前研究关注于单一危险气体与健康影响问题，缺乏对多因子的考量，对多因子耦合关系缺乏研究，多因子耦合评价模型的研究引起广泛关注。本文结合当前研究对多因子耦合关系加以考虑，从实际危险气体人体暴露情景进行研究。

一、危险气体暴露的影响因子分析

（一）危险气体理化性质

危险气体的理化性优劣程度是影响人体暴露毒害性的物质基础因素，如毒害性、刺激性、易燃易爆性等，其中硫化氢是一种剧毒气体，低浓度接触会出现头痛、恶心等症状，高浓度接触可致瞬间死亡[1]。氨是一种刺激性气体，暴露于空气中，其会损害人体呼吸道和眼睛。

除此之外，气体的扩散系数、水溶性和化学稳定性（例如：氯气易溶于水，经上呼吸道吸入，但一氧化碳不易溶于水，经肺泡直接迅速扩散至血液，与血液中血红蛋白结合成碳氧血红蛋白（HbCO），阻碍氧输送）、易燃易爆性（通过二次事故扩大效应增强危害性，例如：甲烷与空气混合在 5-15% 的体积范围内，遇火源即爆炸，机械伤害、 =4 ）等危害。

（二）暴露浓度

影响危险气体暴露水平的因素之一是暴露浓度，而人体对危险气体是有剂量效应的，暴露水平越高对人体造成的伤害越大。一氧化碳 50ppm 以下人体暴露几个小时不会感到难受，暴露 1h，1000ppm 时人体会头痛、心慌、头晕，甚至可以致死。例如，一氧化碳的 TWA25ppm，STEL 为 50ppm，STEL 值以上的暴露浓度人体会出现急性的中毒症状头痛、心慌，暴露 1000ppm 的浓度人体 HbCO 浓度可达 1h50%以上，使人昏迷，出现呼吸衰竭。

（三）暴露时长

暴露时长也是影响危险气体暴露危害的重要因素。即使在较低的暴露浓度下，长时间暴露也可能对人体造成累积性伤害。以甲醛为例，长期暴露于低浓度甲醛环境中，会增加患癌症的风险。

（四）人体生理特征

人体为暴露受体，受体的不同生理条件决定人体对暴露气体的敏感性不同，这主要与年龄、是否罹患疾病、生理条件、遗传条件等因素有关。14 岁以下儿童因呼吸频率较高、肺泡表面积与体质量比大、对暴露气体吸入量较多，老年人体质下降、心肺功能降低对代谢毒物的解毒功能差，暴露后患重症的老年人约为中青年人感染气体后的 2.3 倍[2]。

二、多因子耦合作用机制

（一）因子间的协同作用

多种因子的作用是相互促进的，指一个因子的作用导致另一因子的作用加大，毒性增加。如高浓度有毒气体与长时间接触有毒气体的共同作用，对人体产生的损害远比单一的因子的损害大很多，硫化氢与一氧化碳同时出现，两种气体毒力会相加，对人体神经系统危害更大。

（二）因子间的拮抗作用

部分因子之间存在拮抗作用，即一种因子会减弱另一种因子的危害。如某些气体在一定浓度下可抑制另一种气体对人体的毒性作用，但这种情况相对较少，且需要特定的条件。

三、危险气体多因子耦合评价模型构建

（一）评价指标选取

选用危险性气体毒性程度、暴露浓度超过量度、暴露时间、人体敏感系数作为影响因子，根据标准对毒性进行划分；浓度超过量度以浓度超过量度/标准计算；暴露时间根据暴露时间划分；人体敏感系数根据各人群生理特征确定。

（二）指标权重确定

采用层次分析法确定各评价指标的权重。通过邀请专家对各指标的重要性进行打分，构建判断矩阵，计算得出各指标的权重值。例如，危险气体的毒性等级权重可能较高，因为其是危害的基础[3]。

（三）评价模型建立

将各评价指标的量化值与对应权重相乘后求和，得到危险气体多因子耦合评价指数。根据评价指数的大小，将暴露风险划分为不同等级，如低风险、中风险、高风险和极高风险，为风险防控提供明确的依据。

四、模型验证与应用

（一）模型验证

选取某个化工企业的气体危险气体泄漏案例，对评价模型进行应用，将案例中的气体相关数据进行采集，根据评价模型，对评价指数进行计算，将计算结果与危害进行对比，表明计算结果合理且科学，评价模型计算结果与危害情况一致[4]。

（二）模型应用

将该模型用于城市工业园区危险气体暴露风险的评估，通过调查工业园区内各企业危险气体的产生情况，监测附近人员情况，通过模型计算得出各区域危险气体的暴露风险水平，可以有效的指导园区风险管控工作和应急处突工作。

五、结语

本文所提的面向人体暴露控制的危险气体多因子耦合评价体系，综合危险气体理化性质、人体暴露水平、暴露时间、人体特征等因子，确定其间的耦合关系，构建了多因子评价模型，通过模型验证及应用，证明了本文提出的评价体系具有一定的科学性、实用性，能够为危险气体暴露风险精准防控提供科学依据；但是，也具有一定局限性，如危险气体暴露多因子耦合评价体系中的因子选取、权重确定等可能存在主观影响，后期可以对评价指标及权重确定进行模型优化，提高评价体系的模型客观性与准确性；需要增加更多实际案例研究，对评价体系进行进一步优化，使其适用范围更加广泛。

参考文献：

[1]王遵娅， 等. 硫化氢气体的毒性及危害研究[J]. 环境科学学报， 2020， 40（5）： 1789-1795.

[2]赵明， 等. 不同人群对危险气体的敏感性差异研究[J]. 卫生研究， 2021， 50（4）： 623-627.

[3]周丽， 等. 层次分析法在危险气体评价指标权重确定中的应用[J]. 中国安全科学学报， 2022， 32（2）： 102-107.

[4]陈峰， 等. 化工企业危险气体泄漏案例分析及风险评估[J]. 化工安全与环境， 2023， 36（10）： 15-