《Environmental Science: Advances》：Real-time characterisation of bioaerosol emissions from a green waste composting facility using spectral intensity bioaerosol sensorOpen Access
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生物废弃物设施的生物气溶胶排放因强烈的时空变异性以及传统短期、基于培养的监测方法的局限性而表征不足，给暴露评估和监管决策带来了不确定性。本研究利用光谱强度生物气溶胶传感器(SIBS)在一座绿色废弃物堆肥设施开展了三次连续实时监测活动，以表征颗粒物数浓度、粒径分
生物废弃物设施的生物气溶胶排放因强烈的时空变异性以及传统短期、基于培养的监测方法的局限性而表征不足，给暴露评估和监管决策带来了不确定性。本研究利用光谱强度生物气溶胶传感器(SIBS)在一座绿色废弃物堆肥设施开展了三次连续实时监测活动，以表征颗粒物数浓度、粒径分布和荧光特性的时间动态。总颗粒物和荧光颗粒物数浓度表现出相反的时间变异性，并受到场地特定操作活动的强烈影响，尤其是筛分和翻堆。细颗粒物（空气动力学直径<2.5 μm）无论有无操作活动均持续排放，并在与微生物来源组分一致的荧光信号中占主导地位。相比之下，较大颗粒物（空气动力学直径>2.5 μm）在主动操作期间显著增加，并显示出指示植物来源物质的独特荧光光谱特征。粒径分辨荧光分析揭示了活动期与非活动期之间无法通过快照采样方法分辨的明确组分差异。本研究展示了实时单颗粒荧光测量在解析活动驱动的生物气溶胶排放动态和推断源相关组分变化方面的新能力。研究结果增进了对生物废弃物处理过程中生物气溶胶排放时空变异性的认识，提供了可能支持扩散和暴露建模的背景信息，并有助于制定针对生物废弃物处理及其他工业来源生物气溶胶排放的适度、基于风险的管理策略。
生物气溶胶排放来自生物废弃物处理和集约农业等工业活动，对公众健康构成潜在风险。然而，由于排放具有强烈的时空变异性，传统短期、基于培养的“快照”采样方法难以捕捉动态变化，导致风险评估和监管决策的证据基础不足。因此，需要采用先进实时监测技术来表征排放动态。研究人员利用光谱强度生物气溶胶传感器(SIBS)在英国东部一座年处理约15000吨有机废弃物的绿色废弃物堆肥设施进行了三次连续实时监测，结合气象与操作记录，系统研究了总/荧光颗粒物数浓度、粒径分布及荧光光谱特征。结果表明，细颗粒(<1 μm)在所有条件下持续占主导，而筛分、翻堆和车辆移动等机械活动显著增加粗颗粒物浓度，且荧光光谱在活动期与非活动期存在系统性差异。该研究首次展示了实时单颗粒紫外激光诱导荧光(UV-LIF)测量在解析活动驱动排放动态方面的能力，为生物气溶胶风险评估和监管提供了新依据。论文发表在《Environmental Science: Advances》。
研究采用的关键技术方法包括：使用SIBS（双紫外氙灯激发，波长285 nm和370 nm，16波段荧光检测）进行实时单颗粒测量；采用强制触发(FT)模式设定荧光阈值以识别荧光颗粒；对活动期和非活动期颗粒进行荧光光谱分析，并划分0.4–1 μm、1–2.5 μm、2.5–7 μm三个粒径段；同时运用多元回归和随机森林模型评估气象因素与操作活动的相对贡献。采样地点为英国东部一座绿色废弃物堆肥设施，三次采样于2016年10月至12月进行，均在下风向位置。
研究结果如下：
3.1 颗粒物数浓度概述：通过SIBS连续测量，总颗粒物数浓度范围为1.27–19.4 # cm
?3，荧光颗粒物数浓度范围为0.26–4.59 # cm
?3，荧光颗粒物占比(NF/NT)均值为0.20，远高于环境背景水平，表明堆肥活动是强烈的生物气溶胶源。
3.2 颗粒物数浓度时间序列：三天的时间序列显示，总颗粒物和荧光颗粒物浓度均表现出显著的时间变异性，并与场地特定操作活动（如筛分、翻堆、车辆移动）密切相关。车辆经过时产生瞬时尖峰，筛分主要增加细颗粒物浓度。
3.2.1 颗粒物数浓度的时间分布特征：通过分析一天内不同活动分期的数据，筛分和翻堆活动导致颗粒物浓度升高，而车辆行驶和装载活动通过再悬浮道路粉尘贡献粗颗粒物。静止期浓度明显下降。
3.2.2 荧光颗粒物数浓度的粒径分布：粒径分布分析表明，荧光颗粒物以<1 μm的细颗粒为主，占荧光总数的69%–97%；粗颗粒物（>2.5 μm）主要在筛分、翻堆和车辆活动期间出现，可能来源于菌丝碎片和粉尘聚集体的再悬浮。
3.2.3 气象参数对荧光颗粒物数浓度的影响：极坐标图和统计模型显示，风速和风向是荧光颗粒物浓度的主要预测因子，随机森林分析表明气象变量解释了超过88%的模型重要性，而操作活动贡献相对较小。
3.3 粒径分辨荧光光谱分析：不同粒径段的荧光光谱在活动期和非活动期存在明显差异。总光谱（0.4–7 μm）与PM1光谱高度相似，因为细颗粒占主导。在285 nm激发下，活动期较大颗粒（1–2.5 μm和2.5–7 μm）的荧光强度显著增强。
3.3.1 总体荧光光谱：活动期与非活动期共享多个荧光峰，但在活动期出现峰位迁移和新增峰，尤其在粗颗粒物中更为复杂，表明活动改变了荧光颗粒的组成。
3.3.2 操作活动分辨荧光光谱：比较筛分、筛分+翻堆、翻堆三种活动，筛分引起的光谱变化最大，筛分+翻堆次之，翻堆最小。
3.3.3 筛分活动：筛分在所有粒径段产生更多荧光峰和更复杂的结构，尤其是在2.5–7 μm粗颗粒部分，表明筛分释放了更多种类的荧光物质。
3.4 筛分与翻堆联合活动：联合活动的光谱变化较单独筛分温和，但粗颗粒部分出现更尖锐的荧光特征，说明联合操作主要影响较大颗粒的丰度和特性。
3.4.1 翻堆活动：翻堆引起的荧光光谱偏离最小，主要改变现有荧光物质的重新分布，而非产生新的荧光特征。
3.4.1.1 活动间比较：不同操作活动对荧光光谱的影响程度不同，所有活动均在>1 μm颗粒中产生最大变化，而PM1颗粒的荧光特征相对稳定。
3.4.2 荧光特征与潜在荧光团解释：根据激发-发射波长，推断荧光团包括结构生物聚合物（纤维素、几丁质、木质素）、孢粉素、色素以及色氨酸等。但多种生物和非生物荧光团的光谱重叠，荧光信号只能作为半定量指标。
讨论部分强调，气象条件主要控制颗粒物浓度水平，而操作活动影响排放颗粒的荧光特性。尽管荧光无法提供确定的分子来源，但实时监测可有效分辨操作驱动的排放差异。结论翻译：
本研究利用粒径分辨的UV-LIF测量，对绿色废弃物堆肥设施生物气溶胶排放进行了首次详细的连续实时表征。通过整合颗粒物数浓度、粒径分布和荧光光谱信息，结果揭示了生物气溶胶排放的对比性时间和组成变异性，这些变异性由场地特定活动和气象条件强烈驱动。细荧光颗粒物(<1 μm)在所有条件下均占主导，而较大颗粒物(>2.5 μm)主要在筛分、翻堆和车辆移动等机械活动期间产生。粒径分辨荧光光谱揭示了细颗粒与粗颗粒之间、活动期与非活动期之间的系统性组成差异，表明活动驱动了生物气溶胶来源和生物物质的变化。操作过程不仅影响排放量，还影响排放颗粒的荧光特征。与场地活动相关的显著短期变异性证明了高时间分辨率监测在捕获瞬态排放事件方面的价值。传统快照采样可能无法完全代表短期排放事件，实时监测因此提供了补充方法。利用实时UV-LIF测量识别活动相关的生物气溶胶特征变化具有潜力，观察到的模式可支持建立参考数据集。未来研究应结合互补分析技术提高荧光解释的准确性，以推动实时生物气溶胶监测在研究、环境评估和运营管理中的应用。
