黑臭水體在我國(guó)城市中廣泛存在，已經(jīng)成為一種嚴(yán)重的城市病[1]，城市黑臭水體除污染水質(zhì)、 散發(fā)惡臭外，其滋生的微生物導(dǎo)致黑臭水體周邊空氣污染，甚至引發(fā)個(gè)體疾病或傳染性疾病暴發(fā)[2]. 關(guān)于黑臭水體的研究主要集中在黑臭水體的形成機(jī)制和治理方法領(lǐng)域[3, 4, 5, 6]，針對(duì)黑臭水體周邊空氣微生物污染及其對(duì)周邊人群潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的研究較少. 對(duì)城市黑臭水體周邊空氣微生物時(shí)空分布特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究,可以掌握黑臭水體周邊空氣微生物污染水平、 污染規(guī)律、 污染范圍及其健康風(fēng)險(xiǎn)，以期為城市黑臭水體周邊空氣微生物污染防治提供理論依據(jù)，對(duì)保障城市黑臭水體周邊群眾健康安全具有重要意義.

　　1 材料與方法

　　1.1 采樣與培養(yǎng)

　　1.1.1 采樣

　　在城市黑臭水體的上游、 中游和下游各設(shè)一個(gè)取樣斷面，上游斷面寬3.5 m，中游斷面寬4.5 m，下游斷面寬8.2 m,在各斷面離岸5、 20、 50、 100、 200 m處布設(shè)采樣點(diǎn)，并在離黑臭水體1.0 km處設(shè)置一個(gè)對(duì)照采樣點(diǎn). 采樣選擇在9月溫度25℃以上、 晴朗、 靜風(fēng)天氣條件下進(jìn)行，用滅菌密封后的培養(yǎng)皿通過(guò)自然沉降法采樣[7, 8, 9]. 每個(gè)采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)3 d，每天采樣時(shí)間為上午06:00、 中午12:30和下午17:00，采樣時(shí)間為5 min，采樣高度為人群呼吸帶范圍中值1.6 m[10].

　　1.1.2 培養(yǎng)計(jì)數(shù)

　　真菌培養(yǎng)選用PDA培養(yǎng)基，加入鏈霉素(100 μg ·mL-1)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，細(xì)菌培養(yǎng)采用NA培養(yǎng)基，加入青霉素(100 μg ·mL-1)抑制真菌生長(zhǎng). 真菌在恒溫培養(yǎng)箱中于28℃培養(yǎng)72 h后觀察計(jì)數(shù)，細(xì)菌在37℃培養(yǎng)24 h后觀察計(jì)數(shù)[11, 12, 13].

　　1.2 微生物暴露劑量計(jì)算 1.2.1 呼吸暴露劑量計(jì)算

　　空氣中微生物主要是通過(guò)呼吸途徑進(jìn)入人體，其它途徑攝入量很少. 因此，空氣中微生物暴露劑量只考慮通過(guò)呼吸途徑進(jìn)入人體的量，采用美國(guó)EPA推薦的人體暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型分別計(jì)算細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)日均呼吸暴露劑量，日均呼吸暴露劑量的計(jì)算公式如下[14, 15]：

　　式中，ADDinh為呼吸吸入途徑暴露劑量，cfu ·d-1; c為空氣微生物濃度，cfu ·m-3; InhR為呼吸速率，m3 ·d-1; EF為暴露頻率，d ·a-1; ED為暴露年限，a; BW為平均體重，kg; AT為暴露時(shí)間，d.

　　計(jì)算所需參數(shù)的取值參考中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)[16]、 US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果確定[17, 18, 19, 20].

　　1.2.2 允許暴露量計(jì)算

　　確定允許暴露劑量首先需要明確人群在長(zhǎng)期暴露的環(huán)境中健康風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平時(shí)空氣中各微生物最高允許濃度，由于空氣中微生物種類多，且各種微生物濃度、 致病能力都不一樣，如按照每一種微生物分別確定其允許暴露劑量RfD，則要對(duì)每一種微生物進(jìn)行分離、 培養(yǎng)、 鑒定，再單獨(dú)確定其允許暴露量[21, 22]，所需工作量大，不利于在實(shí)際工作中開展應(yīng)用. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心頒布的大氣微生物評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)這3個(gè)指標(biāo)對(duì)大氣微生物污染程度進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)大氣中這3個(gè)指標(biāo)都達(dá)到較清潔級(jí)別或優(yōu)于較清潔級(jí)別時(shí)，可以認(rèn)為人體暴露其中不存在健康風(fēng)險(xiǎn). 因此，采用中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心頒布的大氣微生物評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中較清潔級(jí)別對(duì)應(yīng)的細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)作為其最高允許濃度，按照公式(1)分別計(jì)算細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)允許暴露量.

　　1.3 微生物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

　　城市黑臭水體周邊空氣中的微生物總體可歸為非致癌物質(zhì)，對(duì)于非致癌物質(zhì)，可根據(jù)其日均暴露劑量ADD，計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HQ作為微生物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，表征其健康風(fēng)險(xiǎn)大小[23, 24, 25]. HQ按照式(2)進(jìn)行計(jì)算，若其值小于1，則認(rèn)為空氣中微生物的健康風(fēng)險(xiǎn)可接受; 反之，則認(rèn)為存在暴露健康風(fēng)險(xiǎn)[26, 27, 28, 29].

　　式中,HQ為微生物風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，無(wú)量綱; ADD為微生物日均暴露劑量,cfu ·d-1; RfD為微生物允許暴露劑量,cfu ·d-1.

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 微生物污染水平

　　細(xì)菌、 真菌及微生物總數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表 1所示，在上游、 中游、 下游這3個(gè)斷面15個(gè)采樣點(diǎn)中，細(xì)菌超標(biāo)率為66.7%，其中輕微污染點(diǎn)位占30%，污染級(jí)別點(diǎn)位占70%; 真菌超標(biāo)率為60%，其中輕微污染點(diǎn)位占33.3%，污染級(jí)別點(diǎn)位占66.7%; 微生物總數(shù)超標(biāo)率46.7%，其中輕微污染點(diǎn)位占14.3%，污染級(jí)別點(diǎn)位占85.7%. 在45個(gè)污染分級(jí)結(jié)果中，有7個(gè)污染級(jí)別為Ⅲ級(jí)，占總數(shù)15.6%，19個(gè)污染級(jí)別為Ⅳ，占總數(shù)42.2%. 綜上可知，在城市黑臭水體周邊空氣中細(xì)菌和真菌超標(biāo)率較高，微生物總數(shù)污染程度相對(duì)較低，整體污染水平以Ⅳ級(jí)污染為主.

  

　　表 1 各點(diǎn)位微生物數(shù)量及污染情況

　　2.2 離岸距離對(duì)微生物污染影響

　　綜合分析圖 1-3微生物濃度隨距離變化情況可知，上中下游各采樣斷面細(xì)菌、 真菌、 總微生物濃度隨距離的變化趨勢(shì)基本一致. 在離岸5-20 m范圍內(nèi)上中下游各斷面細(xì)菌濃度分別增加0.9%、 2.2%、 0.8%，真菌濃度分別增加5.3%、 6.7%、 4.4%，總微生物濃度增加幅度分別為1.5%、 2.8%、 1.2%. 細(xì)菌、 真菌和微生物總數(shù)在該范圍內(nèi)都呈現(xiàn)出濃度增加的趨勢(shì)，這是由于采樣是在不利于污染物擴(kuò)散的靜風(fēng)條件下進(jìn)行，微生物在這個(gè)范圍內(nèi)聚集速率大于擴(kuò)散速率導(dǎo)致微生物濃度增加，另外真菌的個(gè)體一般要比細(xì)菌大，其擴(kuò)散速率要比細(xì)菌小，因此在5-20 m范圍內(nèi)真菌濃度增加速率比細(xì)菌增加速率大. 當(dāng)離岸距離大于20 m時(shí)，這時(shí)擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，細(xì)菌、 真菌和總微生物濃度開始降低，當(dāng)離岸距離達(dá)到100 m時(shí)，上中下游各斷面細(xì)菌濃度分別降低85.1%、 84.1%、 71.5%，真菌濃度分別降低49.5%、 51.3%、 49.2%，總微生物濃度分別下降80.7%、 80.0%、 68.8%，此時(shí)上游斷面、 中游斷面各采樣點(diǎn)細(xì)菌、 真菌和總微生物濃度均沒有超標(biāo)，下游斷面中只有細(xì)菌濃度超標(biāo). 當(dāng)離岸距離達(dá)到200 m時(shí)，各斷面不同采樣點(diǎn)細(xì)菌、 真菌和總微生物濃度均達(dá)到較清潔或清潔水平. 綜上可知，在不利于污染物擴(kuò)散的靜風(fēng)條件下，離岸20 m內(nèi)范圍有個(gè)微生物濃度聚集的過(guò)程，也是城市黑臭水體周圍空氣微生物污染較嚴(yán)重區(qū)域; 20-100 m范圍內(nèi)隨著離岸距離的增加，空氣中微生物濃度受黑臭水體影響程度逐漸降低; 當(dāng)離岸距離達(dá)到200 m時(shí)，空氣中微生物濃度受城市黑臭水體的影響大幅下降.

　　圖 1 上游斷面各采樣點(diǎn)微生物隨距離變化情況

　　圖 2 中游斷面各采樣點(diǎn)微生物隨距離變化情況

　　圖 3 下游斷面各采樣點(diǎn)微生物隨距離變化情況

　　2.3 時(shí)間變化對(duì)微生物污染影響

　　由圖 4-6不同采樣時(shí)間細(xì)菌濃度變化情況可知，各采樣點(diǎn)細(xì)菌濃度均是上午06:00最高，中午12:30次之，下午17:00濃度最低，呈現(xiàn)出從上午到中午再到下午細(xì)菌濃度逐漸減少的變化規(guī)律，細(xì)菌濃度從上午到中午時(shí)間段的降低速率總體上高于其從中午到下午時(shí)段細(xì)菌濃度降低速率. 與此同時(shí)，圖 7-9真菌濃度呈現(xiàn)出的變化規(guī)律也是上午濃度最高，中午次之，下午濃度最低，真菌濃度從上午到中午時(shí)間段降低速率高于其從中午到下午時(shí)段濃度的降低速率. 綜上可知，細(xì)菌、 真菌濃度在上午最高，微生物總數(shù)是細(xì)菌與真菌之和，因此，無(wú)論是用細(xì)菌、 真菌還是微生物總數(shù)指標(biāo)衡量，上午時(shí)段均是城市黑臭水體周邊空氣微生物污染最嚴(yán)重的時(shí)段.

　　圖 4 上游斷面不同采樣時(shí)間細(xì)菌變化

　　圖 5 中游斷面不同采樣時(shí)間細(xì)菌變化

　　圖 6 下游斷面不同采樣時(shí)間細(xì)菌變化

　　圖 7 上游斷面不同采樣時(shí)間真菌變化

　　圖 8 中游斷面不同采樣時(shí)間真菌變化

　　圖 9 下游斷面不同采樣時(shí)間真菌變化

　　2.4 斷面寬度對(duì)微生物污染影響

　　由圖 10-12可知，在離岸距離相等的情況下，隨著斷面寬度的增加，離岸200 m范圍內(nèi)各采樣點(diǎn)細(xì)菌、 真菌、 微生物總濃度均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì). 細(xì)菌、 真菌、 微生物總濃度與斷面寬度相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表 2)，在離岸5、 20、 50、 100、 200 m時(shí)，細(xì)菌、 真菌、 微生物總濃度與斷面寬度相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，且P值均小于0.01，存在顯著相關(guān)性. 綜上可知，在離岸距離200 m范圍內(nèi)，斷面寬度與細(xì)菌、 真菌以及微生物總濃度顯著相關(guān)，城市黑臭水體周邊空氣中細(xì)菌、 真菌以及微生物總濃度隨著斷面寬度的增加呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì).

　　圖 10 斷面寬度對(duì)細(xì)菌濃度的影響

　　圖 11 斷面寬度對(duì)真菌濃度的影響

　　圖 12 斷面寬度對(duì)微生物總濃度的影響

 

　　表 2 微生物與斷面寬度相關(guān)性

　　2.5 健康風(fēng)險(xiǎn)分析 2.5.1 長(zhǎng)居人口健康風(fēng)險(xiǎn)

　　依表 3人群暴露參數(shù)計(jì)算男性細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)日均允許暴露量分別為53 350、 16 005、 106 700 cfu ·d-1; 女性細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)允許暴露量為37 600、 11 280、 75 200 cfu ·d-1，兒童細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)允許暴露量為25 000、 7 500、 50 000 cfu ·d-1. 圖 13顯示，在離岸距離小于100 m情況下，各采樣點(diǎn)都存在著健康風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大于1情況，說(shuō)明居住在離岸100 m范圍內(nèi)的人群日均暴露劑量長(zhǎng)期超過(guò)日允許暴露劑量，存在微生物健康風(fēng)險(xiǎn)，且以細(xì)菌污染健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大，細(xì)菌污染為長(zhǎng)居人口健康風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源. 圖 14顯示，在離岸距離小于100 m情況下，都存在著安全暴露時(shí)間小于24 h的情況，同樣表明在城市黑臭水體100 m范圍內(nèi)居住存在長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn). 綜合圖 13-14可知，隨著離岸距離增加，細(xì)菌、 真菌、 微生物總數(shù)引發(fā)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)呈不斷減少趨勢(shì)，安全暴露時(shí)間不斷增加，表明長(zhǎng)居人口離岸距離越近，健康風(fēng)險(xiǎn)越大; 安全暴露時(shí)間、 健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果也表明，在不考慮男性、 女性和兒童體質(zhì)差異條件下，長(zhǎng)期居住人口處于同樣的離岸距離時(shí)，男性、 女性和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和安全暴露時(shí)間值相同，不存在健康風(fēng)險(xiǎn)差異.

 

　　表 3 人群暴露量計(jì)算參數(shù)

　　圖 13 離岸不同距離長(zhǎng)期居住人群健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

　　圖 14 離岸不同距離長(zhǎng)期居住人群離安全暴露時(shí)間

　　2.5.2 短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)

　　短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)主要分析微生物污染對(duì)短期暴露于黑臭水體附近人群健康影響，短期暴露活動(dòng)類型設(shè)定為重度活動(dòng)，采用上午時(shí)段細(xì)菌、 真菌、 總微生物濃度計(jì)算男性、 女性、 兒童短期安全暴露時(shí)間. 結(jié)果如圖 15-17所示，在5-100 m范圍內(nèi)，男性、 女性、 兒童細(xì)菌短期安全暴露時(shí)間最小，表明此范圍細(xì)菌引起的健康風(fēng)險(xiǎn)最大; 當(dāng)距離達(dá)到200 m時(shí)，男性、 女性、 兒童真菌短期安全暴露時(shí)間最小，此時(shí)真菌污染健康風(fēng)險(xiǎn)較大. 由此可見，短期暴露以細(xì)菌或真菌引發(fā)的健康風(fēng)險(xiǎn)為主. 從圖 15-17可知，在離岸距離相同點(diǎn)，男性細(xì)菌、 真菌及總微生物安全暴露時(shí)間均大于女性，女性安全暴露時(shí)間均大于兒童，表明短期暴露時(shí)間相等情況下，兒童健康風(fēng)險(xiǎn)最大，女性次之，男性短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)最小.具體參見污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　圖 15 男性離岸不同距離短期安全暴露時(shí)間

　　圖 16 女性離岸不同距離短期安全暴露時(shí)間

　　圖 17 兒童離岸不同距離短期安全暴露時(shí)間

　　3 結(jié)論

　　(1)靜風(fēng)條件下，在離岸20 m范圍內(nèi)存在微生物聚集的現(xiàn)象，該范圍內(nèi)城市黑臭水體周圍空氣微生物污染較嚴(yán)重，在城市黑臭水體離岸200 m范圍內(nèi)，空氣以細(xì)菌和真菌污染為主，總微生物污染程度相對(duì)較低.

　　(2)細(xì)菌、 真菌、 總微生物濃度上午最高，中午次之，下午最低，上午短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)最大.

　　(3)斷面寬度與細(xì)菌、 真菌以及總微生物濃度存在顯著相關(guān)性，細(xì)菌、 真菌以及總微生物濃度隨著斷面寬度的增加呈上升的趨勢(shì).

　　(4)城市黑臭水體周圍長(zhǎng)居人口潛在健康風(fēng)險(xiǎn)隨著離岸距離增加，健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐漸降低，長(zhǎng)居人群微生物污染健康風(fēng)險(xiǎn)主要集中在離岸100 m范圍內(nèi)，以細(xì)菌污染健康風(fēng)險(xiǎn)為主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源.

　　(5)城市黑臭水體短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)以細(xì)菌或真菌污染風(fēng)險(xiǎn)為主，短期暴露兒童健康風(fēng)險(xiǎn)最大，女性次之，男性短期暴露健康風(fēng)險(xiǎn)最小.（來(lái)源及作者：廈門理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 劉建福 陳敬雄 辜時(shí)有）