飘啊飘的污水厂病毒气溶胶 一文说清来龙去脉！

03  影响微生物气溶胶产生、传播的因素

一般来讲，气溶胶中微生物在传播过程中就会逐渐衰亡，不同种类微生物的衰亡常数不一致。所有对微生物生存产生正面或负面影响的因素，都能够影响微生物气溶胶的传播。尤其是抗病毒活性物质的存在，可以极大影响病毒在气溶胶中的生存状态。下文从环境温度、湿度、季节、风速、光照等气象条件，和污水处理工艺及其运行方式等方面进行分析。

3.1 气象条件

天气条件和季节是影响空气微生物污染分布的主要因素。暴露于太阳辐射，过高或过低的环境温度，降低相对湿度和高风速等条件可以降低气溶胶中微生物的浓度。有研究表明，湿度与温度与污水处理厂中微生物气溶胶中细菌和真菌的总浓度及粒径成正相关，光照强度和风速与其成负相关。

3.1.1 温、湿度

微生物的生长繁殖与温、湿度息息相关，不同的微生物所适宜的温度及湿度条件不尽相同。一般情况下，脂含量高的病毒在低相对湿度的环境中较为稳定，而脂含量较低甚至为零的病毒在高相对湿度的环境中更容易存活。有研究表明，在环境温度为-20 ℃~30 ℃的范围内，气溶胶中微生物浓度会随温度升高呈现上升趋势。但温度影响各种微生物存活的具体程度，则与微生物的类型及所处环境的相对湿度有关。

不同季节，其温度、湿度等气象条件呈现明显规律性与周期性，同样会对微生物气溶胶产生影响。图2是部分污水处理厂在不同季节的气溶胶微生物浓度：在污水处理厂各处理单元中，大部分细菌、真菌以及病毒在夏季检出浓度较高；在冬季检出浓度相对较低。这与Frédéric G. Masclaux等人的研究结论相似：在污水处理厂的室外样本中，夏季腺病毒浓度在最低检测线以上的样本数为24（总样本数32）,而冬季样本数仅为8（总样本数30），在此污水处理厂的室内样本中可得到相同规律。其原因可能是夏季气温较高，微生物活性增加；同时较高的气温有利大气湍流及分子扩散，从而增加微生物从液相向气相扩散的机率。同时由于夏季湿度较大，有利于微生物在气相中的存活。

图2 不同季节微生物气溶胶浓度

3.1.2 风速

风不但可能造成微生物二次悬浮扩散，还会对微生物气溶胶的大气传输造成较大影响。风对微生物气溶胶具有稀释作用，风速越高越会促进空气流动，污水处理厂气溶胶中的微生物浓度就会越低。对于较为封闭的室内污水处理设施来说，通风率会直接影响设施内部气溶胶中微生物的浓度。污水处理厂区内，夏季比冬季测出的气溶胶中微生物浓度高，也有部分原因是因为夏季风速较小，较多微生物气溶胶会积累在厂区内。有研究者发现即使距离污水处理厂200 m，空气中依然存在来自厂区的微生物；尤其是位于污水处理厂下风向的区域，存在来自污水处理厂的微生物气溶胶的可能性较大。

3.1.3 光照

光照的强弱会影响微生物气溶胶的种类和浓度。适宜的光强能够促进微生物的繁殖，使空气中微生物浓度增大，但强辐射能够破坏微生物的蛋白质导致微生物失活，从而降低气溶胶中微生物的浓度。紫外线和可见辐射的强度，氧的浓度和有毒化合物的存在均对微生物气溶胶的浓度产生影响。高光照强度（110–217 W/m²）和风速（1.3–7.1 m/sec）导致空气传播过程中细菌浓度较低，微粒较细。国内外的研究表明：紫外线对微生物有一定灭活作用，但太阳辐射对不同种类微生物的灭活存在差异。Yongyi Tong等人在研究中发现太阳辐射可以消除部分光敏性细菌种群。

表5中展示不同气象条件下微生物气溶胶浓度的变化。可以看出，随着风速、温度、相对湿度以及光照的条件变化，气溶胶中大部分微生物浓度没有发生明显变化。除风速与大肠杆菌浓度、温度与大肠杆菌浓度、相对湿度与K-12HfrD噬菌体浓度具有较强相关性外，其余条件与微生物浓度均无明显相关性。

表5 不同气象条件下微生物气溶胶浓度

3.2 处理工艺

表6展示不同处理工艺的污水处理设施其核心处理单元中空气微生物气溶胶的浓度。不同的污水处理方式产生的气溶胶浓度有所不同；在同一种处理工艺的不同处理单元，其产生的气溶胶浓度也有显著差异。A2/O法的好氧池中气溶胶中微生物浓度显著高于缺氧池和厌氧池，机械-生物处理法的机械处理单元产生的气溶胶中微生物浓度要高于生物处理部分。这是由于充足的氧气给大部分微生物提供了适宜的生存环境，而且机械曝气供氧比空气扩散系统供氧产生更高浓度的微生物。微孔曝气的速率改变也会导致液滴大小及微生物气溶胶浓度和粒径等的变化。同时，污水处理过程中，机械设备不仅会导致微生物气溶胶的产生，还可使已经沉积在物体表面的微生物气溶胶粒子再次扬起；并且这种再生性导致微生物气溶胶感染具有长久性。

表6 不同处理工艺微生物气溶胶浓度

注：指活性污泥的机械处理及后处理过程。

除了气象条件、处理工艺因素外，其他因素也对微生物气溶胶的产生及传播造成重要影响。由表5、表6及图2可以看出，不同污水处理厂即使在同一处理设施处，其气溶胶中微生物浓度也有差别。这是由于污水处理厂的地理位置、处理规模、原水来源的多样性，以及研究者采样方法、培养方法、计数方法的差异性造成的。李彦鹏等人与郑云昊等人均提出，微生物气溶胶的分布存在显著时间与空间差异性，其浓度等特征的变化不但与降水等气象条件有关，甚至与多种污染因子有一定关系。

04  微生物气溶胶暴露风险评估

污水处理厂气溶胶中的微生物不仅对厂区工人造成健康威胁，同时也对周边居民造成潜在的健康风险。Van Hooste Wim对比利时污水处理厂员工疾病调查发现，虽然污水处理厂员工体内的幽门螺杆菌血清与未暴露人群并无显著差异，但他们的胃肠道疾病发病率仍高于未暴露人员。Frédéric G. M对瑞士某污水处理厂的调查也得到了相似结论：该污水处理厂气体检测样品中检测到腺病毒，腺病毒高于检测线样本数/总样本数的频率在8/30-24/32之间，更发现厂内操作人员肠道疾病的高发病率很可能与气溶胶中的病毒有关。Pasalari Hasan等人研究发现：污水厂工作人员及附近居民对轮状病毒及诺如病毒的疾病负担达到(5.76×10-2和1.23×10-1)，远高于WHO(10-6 pppy)给出的参考值。

图3中展示呼吸吸入和皮肤接触两种暴露方式下，成年男性、成年女性和儿童在污水处理厂不同处理阶段的暴露风险评估。评估时均采用非致癌风险模型及美国环境保护署的人体健康评估模型中的数据，使用公式(1)(2)估算工作人员和附近居民每日吸入空气中细菌的平均暴露剂量率（ADD），

其中ADDinhalation和ADDskin为吸入和皮肤接触的平均每日剂量[CFU·(kg·d)-1]，C为空气中细菌浓度(CFU/m³)，IR为吸入率(m³/d)，EF为曝露频率(d/yr)，ED为暴露时间(yr)，SA为皮肤接触表面积(m²)，ABS为皮肤吸收因子(m/h)，AF是皮肤粘附因子，BW为体重(kg)，AT为平均寿命(d)，

通过公式(3)计算风险系数(HQ)，从而评估细菌通过空气传播的风险

HQ为风险系数。RfD为参考剂量[CFU·(kg·d)-1]，图3中均采用500 CFU/m³，这是根据美国政府工业卫生工作者会议提出的可培养细菌暴露在工作日内的极限浓度计算得到的。当风险系数小于1时，对人体的健康风险并不明显；风险系数大于1时，此处的暴露风险应该引起人们重视。

图3中好氧池、氧化沟、生化反应池分别来自采用不同处理工艺的污水处理厂。一般来说，成年男性的暴露风险要稍高于女性，儿童的暴露风险要远高于成人。夏季和秋季的暴露风险要高于春季和冬季。大部分处理单元风险系数均小于1，但在厌氧池处出现大于1的场景。因此应该将此厌氧池置于室内，相对封闭的环境可以减小微生物气溶胶对外的转移。另外，经呼吸吸入造成的健康风险要远高于皮肤接触，可见呼吸吸入是较为重要的微生物气溶胶暴露方式。

a 呼吸吸入

b 皮肤接触

图3 细菌气溶胶对人体的风险评估（HQ）

污水处理厂中微生物气溶胶的健康风险也与季节有关。有研究发现，污水处理厂中，直径大于3.3 mm的微生物气溶胶主要出现在春季和夏季；小于3.3 mm的微生物气溶胶主要出现在秋季和冬季。这部分粒径较小的微生物气溶胶较容易进入肺部，沉积在下呼吸道中，对工作人员健康产生较大影响。由此可见，污水处理厂中夏季微生物气溶胶的暴露风险较大，秋季和冬季微生物气溶胶对工作人员的健康影响也较大，污水处理厂操作人员在一年四季上岗前佩戴口罩应成为基本配置。

气溶胶中病原体的存在对污水处理厂工人的健康带来直接威胁，有必要建立健全污水处理设施的微生物风险管理体系，尤其是病毒风险管理体系。我国目前已经对部分挥发性有机物和部分微生物有对应风险评估方法及结论，但微生物气溶胶的暴露因子等方面的研究有待进一步开展，尤其是污水处理设施中病毒气溶胶的暴露风险评估。

05  总结与讨论

（1）微生物气溶胶中微生物主要来源于待处理污水。微生物从液相向气相的转移发生在污水处理工艺的各个环节，包括格栅间、初沉池、曝气池、污泥浓缩池、污泥脱水间等单元，微生物的最高排放量通常发生在生物反应器单元以及污泥脱水单元。

（2）距离污水界面垂直距离越远，气溶胶中微生物浓度越低；随水平距离的增加，气溶胶中病毒浓度衰减速率高于细菌。

（3）污水处理厂气溶胶中的微生物浓度和种类受到环境温度、湿度、风速、光照以及污水处理工艺及其运行方式等多种因素的影响。夏、春季节的气溶胶中微生物浓度通常高于冬、秋季节。

（4）污水处理厂的微生物气溶胶携带病原微生物，会通过吸入、接触等方式威胁人体健康。儿童与成年男性、女性相比风险更高。

污水处理设施中的微生物气溶胶研究还有待进一步深入：

（1）需要对气溶胶中微生物的致病性组分进行进一步的识别。致病性微生物组分与人群健康密切相关，对其的识别有助于加深对职工职业疾病产生机理的认识。

（2）尽快建立污水处理设施微生物气溶胶风险评估方法及体系。目前，国内外在细菌、真菌及放线菌方面已有相应的风险评估方法，但对病毒的风险评估方法的研究极为缺乏，气溶胶中病毒与人类健康的具体效应关系也有待开展。

（3）制定污水处理设施微生物气溶胶控制标准。严格规定污水处理设施中气溶胶中微生物的排放量，从源头抑制气相中微生物对人群的健康威胁。

（4）加强对微生物气溶胶控制技术及策略的研究，从而抑制微生物气溶胶的产生与传播。