黑臭水體在我國城市中廣泛存在，已經成為一種嚴重的城市病[1]，城市黑臭水體除污染水質、 散發惡臭外，其滋生的微生物導致黑臭水體周邊空氣污染，甚至引發個體疾病或傳染性疾病暴發[2]. 關于黑臭水體的研究主要集中在黑臭水體的形成機制和治理方法領域[3, 4, 5, 6]，針對黑臭水體周邊空氣微生物污染及其對周邊人群潛在健康風險的研究較少. 對城市黑臭水體周邊空氣微生物時空分布特征及其健康風險進行研究,可以掌握黑臭水體周邊空氣微生物污染水平、 污染規律、 污染范圍及其健康風險，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，對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
1.1.1 采樣
在城市黑臭水體的上游、 中游和下游各設一個取樣斷面，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處布設采樣點，并在離黑臭水體1.0 km處設置一個對照采樣點. 采樣選擇在9月溫度25℃以上、 晴朗、 靜風天氣條件下進行，用滅菌密封后的培養皿通過自然沉降法采樣[7, 8, 9]. 每個采樣點監測3 d，每天采樣時間為上午06:00、 中午12:30和下午17:00，采樣時間為5 min，采樣高度為人群呼吸帶范圍中值1.6 m[10].
1.1.2 培養計數
真菌培養選用PDA培養基，加入鏈霉素(100 μg ·mL-1)抑制細菌生長，細菌培養采用NA培養基，加入青霉素(100 μg ·mL-1)抑制真菌生長. 真菌在恒溫培養箱中于28℃培養72 h后觀察計數，細菌在37℃培養24 h后觀察計數[11, 12, 13].
1.2 微生物暴露劑量計算 1.2.1 呼吸暴露劑量計算
空氣中微生物主要是通過呼吸途徑進入人體，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呼吸途徑進入人體的量，采用美國EPA推薦的人體暴露健康風險評價模型分別計算細菌、 真菌、 微生物總數日均呼吸暴露劑量，日均呼吸暴露劑量的計算公式如下[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為暴露時間，d.
計算所需參數的取值參考中國人群暴露參數手冊[16]、 US EPA健康風險評價方法以及國內外相關研究成果確定[17, 18, 19, 20].
1.2.2 允許暴露量計算
確定允許暴露劑量首先需要明確人群在長期暴露的環境中健康風險處于可接受水平時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，則要對每一種微生物進行分離、 培養、 鑒定，再單獨確定其允許暴露量[21, 22]，所需工作量大，不利于在實際工作中開展應用. 中國科學院生態環境研究中心頒布的大氣微生物評價分級標準按照細菌、 真菌、 微生物總數這3個指標對大氣微生物污染程度進行分級，當大氣中這3個指標都達到較清潔級別或優于較清潔級別時，可以認為人體暴露其中不存在健康風險. 因此，采用中國科學院生態環境研究中心頒布的大氣微生物評價分級標準中較清潔級別對應的細菌、 真菌、 微生物總數作為其最高允許濃度，按照公式(1)分別計算細菌、 真菌、 微生物總數允許暴露量.
1.3 微生物健康風險評價
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，對于非致癌物質，可根據其日均暴露劑量ADD，計算其風險指數HQ作為微生物健康風險評價指標，表征其健康風險大小[23, 24, 25]. HQ按照式(2)進行計算，若其值小于1，則認為空氣中微生物的健康風險可接受; 反之，則認為存在暴露健康風險[26, 27, 28, 29].
式中,HQ為微生物風險指數，無量綱; 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 結果與討論
2.1 微生物污染水平
細菌、 真菌及微生物總數監測結果如表 1所示，在上游、 中游、 下游這3個斷面15個采樣點中，細菌超標率為66.7%，其中輕微污染點位占30%，污染級別點位占70%; 真菌超標率為60%，其中輕微污染點位占33.3%，污染級別點位占66.7%; 微生物總數超標率46.7%，其中輕微污染點位占14.3%，污染級別點位占85.7%. 在45個污染分級結果中，有7個污染級別為Ⅲ級，占總數15.6%，19個污染級別為Ⅳ，占總數42.2%. 綜上可知，在城市黑臭水體周邊空氣中細菌和真菌超標率較高，微生物總數污染程度相對較低，整體污染水平以Ⅳ級污染為主.
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表 1 各點位微生物數量及污染情況
2.2 離岸距離對微生物污染影響
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菌、 真菌、 總微生物濃度隨距離的變化趨勢基本一致. 在離岸5-20 m范圍內上中下游各斷面細菌濃度分別增加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%. 細菌、 真菌和微生物總數在該范圍內都呈現出濃度增加的趨勢，這是由于采樣是在不利于污染物擴散的靜風條件下進行，微生物在這個范圍內聚集速率大于擴散速率導致微生物濃度增加，另外真菌的個體一般要比細菌大，其擴散速率要比細菌小，因此在5-20 m范圍內真菌濃度增加速率比細菌增加速率大. 當離岸距離大于20 m時，這時擴散起主導作用，細菌、 真菌和總微生物濃度開始降低，當離岸距離達到100 m時，上中下游各斷面細菌濃度分別降低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%，此時上游斷面、 中游斷面各采樣點細菌、 真菌和總微生物濃度均沒有超標，下游斷面中只有細菌濃度超標. 當離岸距離達到200 m時，各斷面不同采樣點細菌、 真菌和總微生物濃度均達到較清潔或清潔水平. 綜上可知，在不利于污染物擴散的靜風條件下，離岸20 m內范圍有個微生物濃度聚集的過程，也是城市黑臭水體周圍空氣微生物污染較嚴重區域; 20-100 m范圍內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; 當離岸距離達到200 m時，空氣中微生物濃度受城市黑臭水體的影響大幅下降.
圖 1 上游斷面各采樣點微生物隨距離變化情況
圖 2 中游斷面各采樣點微生物隨距離變化情況
圖 3 下游斷面各采樣點微生物隨距離變化情況
2.3 時間變化對微生物污染影響
由圖 4-6不同采樣時間細菌濃度變化情況可知，各采樣點細菌濃度均是上午06:00最高，中午12:30次之，下午17:00濃度最低，呈現出從上午到中午再到下午細菌濃度逐漸減少的變化規律，細菌濃度從上午到中午時間段的降低速率總體上高于其從中午到下午時段細菌濃度降低速率. 與此同時，圖 7-9真菌濃度呈現出的變化規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間段降低速率高于其從中午到下午時段濃度的降低速率. 綜上可知，細菌、 真菌濃度在上午最高，微生物總數是細菌與真菌之和，因此，無論是用細菌、 真菌還是微生物總數指標衡量，上午時段均是城市黑臭水體周邊空氣微生物污染最嚴重的時段.
圖 4 上游斷面不同采樣時間細菌變化
圖 5 中游斷面不同采樣時間細菌變化
圖 6 下游斷面不同采樣時間細菌變化
圖 7 上游斷面不同采樣時間真菌變化
圖 8 中游斷面不同采樣時間真菌變化
圖 9 下游斷面不同采樣時間真菌變化
2.4 斷面寬度對微生物污染影響
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范圍內各采樣點細菌、 真菌、 微生物總濃度均呈現出增加趨勢. 細菌、 真菌、 微生物總濃度與斷面寬度相關性分析結果顯示(表 2)，在離岸5、 20、 50、 100、 200 m時，細菌、 真菌、 微生物總濃度與斷面寬度相關系數都在0.9以上，且P值均小于0.01，存在顯著相關性. 綜上可知，在離岸距離200 m范圍內，斷面寬度與細菌、 真菌以及微生物總濃度顯著相關，城市黑臭水體周邊空氣中細菌、 真菌以及微生物總濃度隨著斷面寬度的增加呈現出不斷上升的趨勢.
圖 10 斷面寬度對細菌濃度的影響
圖 11 斷面寬度對真菌濃度的影響
圖 12 斷面寬度對微生物總濃度的影響
?表 2 微生物與斷面寬度相關性
2.5 健康風險分析 2.5.1 長居人口健康風險
依表 3人群暴露參數計算男性細菌、 真菌、 微生物總數日均允許暴露量分別為53 350、 16 005、 106 700 cfu ·d-1; 女性細菌、 真菌、 微生物總數允許暴露量為37 600、 11 280、 75 200 cfu ·d-1，兒童細菌、 真菌、 微生物總數允許暴露量為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，各采樣點都存在著健康風險系數大于1情況，說明居住在離岸100 m范圍內的人群日均暴露劑量長期超過日允許暴露劑量，存在微生物健康風險，且以細菌污染健康風險指數最大，細菌污染為長居人口健康風險主要來源. 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間小于24 h的情況，同樣表明在城市黑臭水體100 m范圍內居住存在長期健康風險. 綜合圖 13-14可知，隨著離岸距離增加，細菌、 真菌、 微生物總數引發的潛在健康風險系數呈不斷減少趨勢，安全暴露時間不斷增加，表明長居人口離岸距離越近，健康風險越大; 安全暴露時間、 健康風險指數結果也表明，在不考慮男性、 女性和兒童體質差異條件下，長期居住人口處于同樣的離岸距離時，男性、 女性和兒童的健康風險指數和安全暴露時間值相同，不存在健康風險差異.
?表 3 人群暴露量計算參數
圖 13 離岸不同距離長期居住人群健康風險指數
圖 14 離岸不同距離長期居住人群離安全暴露時間
2.5.2 短期暴露健康風險
短期暴露健康風險主要分析微生物污染對短期暴露于黑臭水體附近人群健康影響，短期暴露活動類型設定為重度活動，采用上午時段細菌、 真菌、 總微生物濃度計算男性、 女性、 兒童短期安全暴露時間. 結果如圖 15-17所示，在5-100 m范圍內，男性、 女性、 兒童細菌短期安全暴露時間最小，表明此范圍細菌引起的健康風險最大; 當距離達到200 m時，男性、 女性、 兒童真菌短期安全暴露時間最小，此時真菌污染健康風險較大. 由此可見，短期暴露以細菌或真菌引發的健康風險為主. 從圖 15-17可知，在離岸距離相同點，男性細菌、 真菌及總微生物安全暴露時間均大于女性，女性安全暴露時間均大于兒童，表明短期暴露時間相等情況下，兒童健康風險最大，女性次之，男性短期暴露健康風險最小.具體參見 污水處理技術資料或污水技術資料更多相關技術文檔。
圖 15 男性離岸不同距離短期安全暴露時間
圖 16 女性離岸不同距離短期安全暴露時間
圖 17 兒童離岸不同距離短期安全暴露時間
3 結論
(1)靜風條件下，在離岸20 m范圍內存在微生物聚集的現象，該范圍內城市黑臭水體周圍空氣微生物污染較嚴重，在城市黑臭水體離岸200 m范圍內，空氣以細菌和真菌污染為主，總微生物污染程度相對較低.
(2)細菌、 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險最大.
(3)斷面寬度與細菌、 真菌以及總微生物濃度存在顯著相關性，細菌、 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.
(4)城市黑臭水體周圍長居人口潛在健康風險隨著離岸距離增加，健康風險指數逐漸降低，長居人群微生物污染健康風險主要集中在離岸100 m范圍內，以細菌污染健康風險為主要風險來源.
(5)城市黑臭水體短期暴露健康風險以細菌或真菌污染風險為主，短期暴露兒童健康風險最大，女性次之，男性短期暴露健康風險最小.（來源及作者：廈門理工學院環境科學與工程學院 劉建福 陳敬雄 辜時有）
