地下污水处理厂生物气溶胶排放特征：分布规律、微生物种群、影响因素及健康风险评估

《Environmental Technology & Innovation》：Bioaerosol emission characteristics from an underground wastewater treatment plant: distribution, microbial population, influencing factors and health risk assessment

为解决地下污水处理厂(UWWTP)生物气溶胶污染问题，研究人员系统研究了其浓度分布(639-6968 CFU/m3)、粒径特征(52.89%-80.63%可吸入颗粒)、优势菌群(红球菌属Rhodococcus)及致病菌来源，发现5月排放存在非致癌风险(HI>1)，为UWWTP生物气溶胶防控提供科学依据。

　　

随着SARS-CoV-2等空气传播病原体的全球蔓延，携带病原微生物的生物气溶胶已成为公共卫生领域的重要议题。作为城市环境中的特殊污染源，污水处理厂在净化水质的同时，其处理过程中产生的生物气溶胶却可能成为新的健康威胁。尤其在地下污水处理厂(UWWTP)这种封闭空间中，生物气溶胶的扩散和累积效应更值得关注。虽然UWWTP通过覆盖设计和集成除臭系统显著改善了恶臭污染，但关于其生物气溶胶排放特征及健康风险的研究仍存在明显空白。

针对这一科学问题，北京工业大学国家城市污水深度处理与资源化利用技术研究团队的Zhanhong Hu等人在《Environmental Technology》发表了重要研究成果。研究团队对某设计规模18万吨/日的UWWTP进行了长达10个月的跟踪监测，采用六级安德森撞击器采集不同处理单元(粗格栅CS、细格栅FS、曝气沉砂池AGC、生物反应池BRT、膜滤池MFT和污泥脱水车间SDW)的生物气溶胶样本，结合高通量测序技术和SourceTracker源解析模型，系统揭示了UWWTP生物气溶胶的时空分布规律、微生物种群特征及健康风险。

关键技术方法包括：1)使用FA-1H型六级安德森撞击器(流量28.3 L/min)采集细菌、真菌和放线菌气溶胶；2)采用Illumina Miseq平台对16S rRNA基因V3-V4区进行高通量测序；3)应用SourceTracker量化污水/污泥对空气微生物的贡献率；4)基于USEPA暴露因子手册建立健康风险评估模型。

研究结果揭示：

1. 1.

   空间分布特征

   生物气溶胶总浓度呈现污泥处理单元(3875 CFU/m³)>预处理单元(3567-2944 CFU/m³)>生物处理单元(2698 CFU/m³)>深度处理单元(2366 CFU/m³)的梯度规律。粒径分析显示77.76%的生物反应池气溶胶为可吸入颗粒物(RF，<3.3 μm)，主要分布在0.65-2.10 μm范围。

2. 2.

   季节变化规律

   春季和夏季生物气溶胶浓度显著高于秋冬季，其中春季粗格栅区域浓度最高。环境因子分析表明温度与细菌气溶胶浓度呈正相关(r=0.62)，而相对湿度与放线菌浓度呈负相关(r=-0.58)。

3. 3.

   微生物群落特征

   优势菌群分析显示红球菌属(Rhodococcus)在全部空气样本中占比达5.32%-38.55%，而在污水/污泥样本中几乎未检出。检出假单胞菌(Pseudomonas)、阿赫尼菌(Ahniella)等21种潜在病原菌，其中硝化螺旋菌(Nitrospira)在污泥脱水车间空气和污泥中均呈现高丰度(6.51% vs 6.63%)。

4. 4.

   来源解析

   SourceTracker模型表明曝气沉砂池32%的空气细菌来源于污水，污泥脱水车间46%的空气细菌来自污泥。值得注意的是，膜滤池空气与污水菌群相似性最高，暗示处理水可能成为二次污染源。

5. 5.

   健康风险评估

   暴露剂量模型显示呼吸吸入是主要暴露途径(ADD_inhalation=5.16×10^-1 CFU/(kg•d))，5月暴露风险指数(HI=1.484)超过安全阈值。成人男性的健康风险较女性高8.3%，与呼吸速率差异相关。

这项研究首次系统揭示了地下污水处理厂生物气溶胶的多维特征，其创新价值体现在：1)明确了UWWTP各处理单元的生物气溶胶"热点"区域；2)发现红球菌属作为指示菌的潜在价值；3)建立源解析-风险评估联动模型。研究结果为优化UWWTP通风除臭系统设计提供了量化依据，对预防"污水工作者综合征"具有重要指导意义。特别是提出的季节性调控策略(秋冬季可降低30%通风量)，可为同类设施节能运行提供参考。未来研究可进一步关注病毒组分和抗生素抗性基因在UWWTP气溶胶中的传播风险。