城市排水管道依其使用性质分为雨水管道及污水管道,雨水管道的功能主要为降雨时,排除地表雨水径流,使得城市免于水患;而污水管道主要为收集民众产生的生活污水及工商业废水,排水管道建设已成为现代化都市进步程度的重要指标之一。排水管网系统包括用户排水设施、管道检查井、污水(雨水)分支管、次干管、主干管、污水(雨水)提升泵站及污水处理厂等,其中用户排水设施及雨污管道,长期使用易产生堵塞、老化等,影响排水管道正常排水功能,故必须经常检视及保持定期维护,并配合必要之管线、检查井调查测量、淤积清除、管线清理、修补等安全维护工作。在排水管道系统维护与管理方面,主要分为排水设施巡查、管线系统调查及管道清疏3大工作要项。管道管线系统调查及管线阻塞清疏工作,经常需要作业人员进入检查井及管线中进行检查、清淤等工作。目前各地城市排水管道系统虽在不断建设完善中,但管渠内气体成分及浓度之相关资料都显不足,且各大都市之组成型态也不尽相同,本文以东莞市市区排水管道为研究标的,配合管道作业人员的工时、型态及安全防护用具使用情形的问卷调查,分析排水系统管道内环境污染物的特性,探讨管道中有害气体污染物对作业人员可能产生的危害。

　　 排水管道作业可视为有限空间作业,即作业人员进入存在危险有害因素如缺氧、有硫化氢、一氧化碳、甲烷等有毒气体或粉尘中毒危险且受到限制和约束的封闭、半封闭设备、设施及场所的作业。排水管道有限空间作业中,当空气中氧气被二氧化碳或氮气等气体置换、因氧化还原反应消耗氧气或因有机物分解产生硫化氢、二氧化碳及甲烷等状况发生时,易造成缺氧窒息、中毒、火灾爆炸、塌陷等事故,从而导致作业人员伤亡。据统计,2010~2013年全国工贸行业共发生有限空间作业较大以上事故67起、死亡269人,属于空气性的危害如缺氧(32%)、中毒(31%)、火灾爆炸(34%)共占97%,可见有限空间事故主要以气体危害为首要因素。

　　 排水管道由于其构造或形状限制而造成通风不良,可能滞留甲烷、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、可燃性气体等,常会发生缺氧、中毒或爆炸造成人员伤亡,特别是一些有害气体因不易察觉或闻而无味,包括二氧化碳、一氧化碳、缺氧等,不但常因作业人员因疏忽而在无警觉的情况下伤亡,也常使救援人员不幸罹难。

　　 (1)缺氧。发生缺氧的原因一般为环境中有耗氧物,如铁材、腐木等;空气中氧气含量在18%以下即为缺氧场所,当空气中氧气含量在10% 以下时,人员可能瞬间即昏迷,脑部可能因缺氧而成植物人甚至死亡。

　　 (2)二氧化碳。在封闭空间使用内燃机也会排出CO₂与CO而造成伤亡,故一般限制CO₂应低于0.5%。空气中CO₂含量超过7%时即可使人致死。

　　 (3)一氧化碳。CO多为使用内燃机所产生,过去发生之地下场所CO中毒大都为使用内燃机所导致,主要是因为CO是无色无味的气体,常使作业人员忽略,目前限制应低于35ppm。CO可与血红素结合而破坏其携带氧之功能,当空气中CO浓度达5 000ppm时数分钟内即可能致死。

　　 (4)硫化氢。H₂S多由微生物行厌氧代谢时所产生,在排水管道中常含有高浓度H₂S,一般而言当空气中H₂S的浓度很低时(约为1ppm)可经由嗅觉嗅出一种独特之臭鸡蛋味,但当浓度为150~200ppm时,会麻痹嗅觉神经,而使人无法嗅出臭味以致产生误判,若浓度提高为500ppm时,数秒内即可使人昏迷不醒,若不及时将伤者移至通风良好的地方,将在数分钟后死亡。

　　 (5)甲烷。甲烷由有机质经生物代谢所产生,本身无特殊气味,有燃烧爆炸危险,但其毒性对人体并无特殊毒害,当高浓度时会造成缺氧而有使人窒息之可能,目前限制应低于1.5%。

　　 (6)油气。油气可能来自加油站地下储油槽外漏或不合法的油料处理场所而进入排水管道系统。汽油蒸汽有燃烧爆炸之危险且会刺激呼吸系统,吸入过多时会使人麻醉、极度兴奋、头痛、头晕和恶心。当浓度超过2 000ppm时,在5~10 min会使人昏迷。

　　 (7)其他有害气体污染物。苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲苯(Xylene)、三氯乙烯(Trichloroe thylene)、四氯乙烯(Tetrachloroe thylene)、三氯甲烷(Chloroform)等。其中苯已被国际癌症研究组织IARC(International Agency for Research of Canc-er)界定为1类致癌物(对人类有确认的致癌性);三氯甲烷被界定为疑似致癌物。

　　 (1)相关作业法律法规。据《中华人民共和国安全生产法》国家安全生产监督管理局《工贸企业有限空间作业安全管理与监督暂行规定》,已对有限空间作业做出明确规定,规范企业有限空间作业应当遵守的各项原则。另外,为加强城镇排水管道维护的管理,规范排水管道维护作业的安全管理和技术操作,提高安全技术水平,保障排水管道维护作业人员的安全和健康,我国还专门制定《城镇排水管渠与泵站维护技术规程》(CJJ68-2007)及《城镇排水管道维护安全技术规程》(CJJ6-2009)。各企业也应制定各自安全生产制度和规程,以保障有限空间作业人员安全。

　　 (2)通风换气。通风换气主要目的为提供有限空间内足够的氧气,使空气中氧含量高于18%但不超过23.5%;且稀释减低空气中有害气体污染物的浓度,使有害物浓度低于有害物允许浓度标准含量;并使危险物浓度低于爆炸下限。

　　 (3)个人防护用具。有限空间个人防护用具及安全装备视需求可包括安全帽、安全眼镜、听力防护具、防护衣(隔热或防化学品腐蚀)、防护手套、安全鞋、救生索、对讲机、气体探测仪及呼吸防护用具等。

　　 监测点分别设置A(支干管汇入主干管处)、B(工业区排水分支管)、C(住宅区排水分支管)3点,每15min对监测点管道内气体采样1次,并对所采得气体进行气体种类检测及浓度分析,连续进行检测8h。检测结果如表1所示。

　　 由表1可知,监测点A、C结果符合允许浓度标准;但监测点B超出有害气体允许浓度标准的污染物有:一氧化碳高达85.4ppm,为允许浓度的2.4倍;苯高达148.4ppm,为允许浓度的29.6倍;四氯乙烯高达223.9ppm,为允许浓度的4.5倍;三氯甲烷高达327.3ppm,为允许浓度的32.7倍。

　　 上述结果气体浓度分布与监测点地区居民生活形态具有对应关联:如监测点B浓度明显高于其他位置,对应B点位于工业区,管道内污水主要为工业污水;监测点C的浓度明显较低,对应C点为商业住宅区,管道内污水均为生活污水;监测点A为B、C点下游汇入主干管处,因生活污水所占比例较大,A点浓度与C较为相近。

　　 排水管道作业风险评估主要以现场所测得有害气体污染物浓度、通风换气后工作环境残余浓度、作业人员是否佩戴安全防护设备等因素,综合考虑有害气体对工作人员的健康风险评估。

　　 通风换气的估算方法按照完全混合式下污染物浓度的变化进行模拟,见式(1),假设短时间通风换气后,有害气体污染物产生量为0(即G=0),则由上式推导后可得式(2):

　　 式中C———经通风换气后有害污染物浓度,ppm;

　　 C₀———初始有害污染物浓度,ppm;

　　 Q———通风量,假设风速为0.8 m/s、管径0.8m、管内水位占管径2/3,则通风量约为16.8m³/min;

　　 V———气体总体积,m³,假设管径0.8m、管内水位2/3、管长50m、检查井直径1 m、深度10m,总体积为32.98m³;

　　 t———通风换气时间,min。

　　 通过模拟计算后,通风换气15min后,各测点有害气体污染物残余浓度均已降至允许标准内,具体如表2所示。

　　 若作业环境空气中有2 种以上有害污染物存在,而其相互间效应不属于相乘效应或独立效应时,应视为叠加效应,并依式(3)计算,其总和大于1时,即表明超出允许浓度。

　　 式中C_n———第n种有害污染物浓度,μg/m³;

　　 R_fC_n———第n种有害污染物允许浓度,μg/m³。

　　 在各监测点所测气体中,所含气体均为2种以上。经计算后,未通风前,各监测点均超出允许标准;在通风15min后,各监测点气体浓度明显下降,且符合作业允许标准。

　　 (1)调查对象及调查内容。调查对象主要为排水管道维护单位作业人员,并以需实际进入管道内作业人员为主,含管道清淤、管道检修等作业人员。调查主要针对作业人员基本资料、工作性质及个人防护措施为主,主要内容为:(1)个人基本资料:含性别、年龄、教育程度、工作内容等;(2)工作性质:含从业时间、每星期作业天数、每次作业时间以及预计一生从业时间;(3)个人防护措施:进入有限空间前是否测定作业环境气体浓度及种类、作业前是否进行通风换气、通风换气的时间与风速、作业时是否穿戴安全防护器材、作业时是否持续通风换气、作业时是否检测气体浓度等。

　　 (2)调查结果。本次调查总人数为18人,皆为男性,作业人员平均年龄为40岁,教育程度多为初中学历,工作内容多为为管道施工及管道内部清疏。调查显示,受访者平均工作时间为7.8年,其中未满2年者有5 人,平均每周进入管道工作次数为2.5次,每次工作时间为1.86h,一生从事时间为11.9年。虽然工作时间较其他一般行业低,但人员流动率较高。

　　 受访者表示,进入管道作业前必须进行通风换气,平均通风换气时间为15min;88.89%作业人员进入管道前会进行气体检测(CO、O₂、H₂S、CH₄),并在作业时佩戴个人安全防护用具(主要为口罩、安全带、通信设备等),且持续通风换气;但仅有27.78%作业人员作业时佩戴气体警报器。

　　 USEPA风险评估方法是目前最常用于风险评估的方式,USEPA在进行健康风险评估时将评估方法划分成4个阶段。

　　 第一阶段为有害物质鉴定,主要评估污染环境的物质种类与其来源、经由何种介质造成污染传输或扩散、透过何种途径影响人体或其是否导致急性中毒、慢性致病及癌症等病变。

　　 第二阶段为剂量反应评估,针对污染物的毒性估算其定性与定量的计量效应,以决定在不同的暴露程度会造成何种健康上的影响,即每天每公斤体重在每毫克暴露时会造成的危害。

　　 第三阶段为暴露评估,主要探讨污染物传输机制、途径及浓度,当暴露到这些污染物时评估的方式是由接触部位的化学物质浓度、实际暴露的体积(量)、暴露在此环境下的频率及时间、一生中平均暴露天数等4个因素来决定。

　　 第四阶段为风险特性化,此阶段是结合剂量反应评估与暴露评估,根据OSHA(职业安全与健康标准)建议职业安全上承受的致癌风险为1×10^-3,当超过此值即表示有危害风险;非致癌性风险评估为当同时暴露于多种污染物下时,相加效应大于1表示具有危害风险。

　　 评估作业时空气中有害污染物质的吸入量,其评估如式(4)所示:

　　 式中INHav———空气中有害污染物吸入量,mg/(kg·d);

　　 Cav———空气中有害污染物浓度,mg/m³;

　　 IR———吸入速度,m³/h;

　　 ABSa———有害污染物进入血液系统的百分比,%;

　　 ET———暴露接触时间,h/d;

　　 EF———暴露接触频率,d/年;

　　 ED———暴露接触期限,年;

　　 BW———体重,kg;

　　 AT———平均暴露接触时间,d。

　　 监测结果所得有害污染物中,主要致癌物质有苯及三氯甲烷。 经查询IRIS资料库(integrated risk information syste),其中苯的斜率因子(Slope factor)为0.29kg·d/mg,三氯甲烷斜率因子为0.29kg·d/mg。假设有害污染物(苯及三氯甲烷)进入血液系统的百分比为50%;呼吸量按30L/min估算;个人防护用具以活性炭口罩为主,防护效果按80%估算。主要模拟状况包括:一般工作状况、调查实际工作状况(11.9年)、长期实际工作状况(20年)。

　　 在通风换气前,监测点A、C中浓度虽符合标准,但作业人员在管道内工作的致癌风险仍高于OSHA建议值(1×10^-3)。监测点B位于工业区内,通风换气前苯及三氯甲烷浓度较高,其中苯高达148.4ppm,三氯甲烷高达327.3ppm,均已超出允许浓度标准。

　　 如不使用任何防护用具,一般工作条件下工作20年苯致癌风险高达250×10^-3,实际工作条件下使用防护用具,苯致癌风险尚有1.5×10^-3,仍高于OSHA建议值(1×10^-3)。

　　 如不使用任何防护用具,一般工作条件下工作20年三氯甲烷致癌风险高达550×10^-3,实际工作条件下使用防护用具,苯致癌风险尚有12×10^-3,仍高于OSHA建议值(1×10^-3),未通风换气时各监测点致癌风险一览见表5。

　　 在进入管道前先通风换气15min,各监测点苯及三氯甲烷浓度均有明显下降,即使不使用防护用具的情况下,进入管道内工作8h,作业人员的致癌风险皆低于OSHA建议值(1×10^-3)。在各种假设情况下,通风换气15 min后,各监测点致癌风险均下降至OSHA建议值,其对作业人员的安全防护效果,比仅使用个人防护用具的效果要好得多,见表6。

　　 由于管道作业人员不会仅于同一地点长期工作,且某段时间内进出不同地点作业。在此考量下,作业人员工作情况假设条件调整为:每天分别进入监测点A、B、C各一次,长时间定期进入管道内作业总致癌风险见表7。

　　 以一般工作状况(20年)下,未使用个人防护用具时致癌风险为4.7×10^-3;在此条件下使用个人防护用具,致癌风险则可降至OSHA建议值(1×10^-3)以内。实际工作状况(11.9 年)下,由于每次作业时间较短且从事年限较短,致癌风险相对较低,未使用个人防护用具时为2.6×10^-3,使用个人防护用具后为0.52×10^-3。长期实际工作状况(20年)下,未使用个人安全防护用具时致癌风险亦高于OSHA建议值(1×10^-3)。通风换气15min后,苯致癌风险已降低至OSHA建议值(1×10^-3)以内。

　　 以一般工作状况(20年)下,未使用个人防护用具时致癌风险高达21×10^-3;在此条件下使用个人防护用具,致癌风险仍偏高。实际工作状况(11.9年)下,由于每次作业时间较短且从事年限较短,致癌风险相对较低,未使用个人防护用具时为11×10^-3,使用个人防护用具后为2.3×10^-3。长期实际工作状况(20年)下,致癌风险与一般工作状况下

　　 工作20 年相类似,致癌风险仍偏高。 通风换气15min后,三氯甲烷致癌风险已降低至OSHA建议值(1×10^-3)以内。

　　 (1)结论。城市排水管道内有害污染物除常见的一氧化碳、硫化氢及甲烷外,亦包含苯、三氯甲烷及四氯乙烯等有机物,估计来源于工业区工业废水。城市住宅区排水管道内有害污染物浓度符合允许浓度标准,但叠加效应可能超过标准;工业区排水管道内部分有害污染物超过允许浓度标准。通风换气15min,管道内有害污染物浓度均降至允许值内。

　　 管道作业人员平均年龄为40岁,教育程度多为初中学历,工作内容多为为管道施工及管道内部清疏,平均工作时间为7.8年,平均每周进入管道工作次数为2.5次,每次工作时间为1.86h,一生从事时间为11.9年。绝大部分作业人员进入管道作业前进行管道通风换气并进行气体检测,作业时佩戴个人安全防护用具。

　　 从上述风险评估结果来看,通风换气确实可以降低作业人员致癌风险,通风换气15 min,相关风险均能降至最低。另一方面,使用个人防护用具也可明显减少作业人员对有害污染物的暴露接触量。故作业人员进入管道前应强制通风换气,并使用个人防护用具,且在施工时需保持通风换气,以降低致癌风险。

　　 (2)建议。城市排水管道内有害污染物种类、浓度,会随着时间、季节及生活形态改变而有所改变,故建立本土化各区域排水管道有害污染物的监测及评估方法,有其必要性。

　　 管道中有害气体污染物在气相及液相中的传输分布,会对通风换气模拟产生影响,故管道内有害气体污染物由液相传输至气相的逸散量,有待进一步估算。