城市黑臭水體的危害

城市黑臭水體的危害黑臭水體在我國城市中廣泛存在，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(fēng)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(fēng)險進(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，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)一個取樣斷面，上游斷面寬3.5m,中游斷面寬4.5m,下游斷面寬8.2m,在各斷面離岸5、20、50、100、200m處布設(shè)采樣點，并在離黑臭水體1.0km處設(shè)置一個對照采樣點.采樣選擇在9月溫度25°C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)皿通過自然沉降法采樣［7,&9］.每個采樣點監(jiān)測3d,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5min,采樣高度為人群呼吸帶范圍中值1.6m［10］.1.1.2培養(yǎng)計數(shù)真菌培養(yǎng)選用PDA培養(yǎng)基，加入鏈霉素(100ug?mL-1)抑制細(xì)菌生長，細(xì)菌培養(yǎng)采用NA培養(yǎng)基，加入青霉素(100ug?mL-1)抑制真菌生長.真菌在恒溫培養(yǎng)箱中于28C培養(yǎng)72h后觀察計數(shù)，細(xì)菌在37C培養(yǎng)24h后觀察計數(shù)［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(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呼吸途徑進(jìn)入人體的量，采用美國EPA推薦的人體暴露健康風(fēng)險評價模型分別計算細(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算公式如下［14,15］：c試IuhRxEFxEDEVVxAT式中，ADDinh為呼吸吸入途徑暴露劑量，cfu?dT;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(shù)的取值參考中國人群暴露參數(shù)手冊［16］、USEPA健康風(fēng)險評價方法以及國內(nèi)外相關(guān)研究成果確定［17,18,19,20］.1.2.2允許暴露量計算確定允許暴露劑量首先需要明確人群在長期暴露的環(huán)境中健康風(fēng)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(jìn)行分離、培養(yǎng)、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(yīng)用.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心頒布的大氣微生物評價分級標(biāo)準(zhǔn)按照細(xì)菌、真菌、微生物總數(shù)這3個指標(biāo)對大氣微生物污染程度進(jìn)行分級，當(dāng)大氣中這3個指標(biāo)都達(dá)到較清潔級別或優(yōu)于較清潔級別時，可以認(rèn)為人體暴露其中不存在健康風(fēng)險.因此，采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心頒布的大氣微生物評價分級標(biāo)準(zhǔn)中較清潔級別對應(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(zhì)，對于非致癌物質(zhì)，可根據(jù)其日均暴露劑量ADD，計算其風(fēng)險指數(shù)HQ作為微生物健康風(fēng)險評價指標(biāo)，表征其健康風(fēng)險大?。?3,24,25］.HQ按照式(2)進(jìn)行計算，若其值小于1,則認(rèn)為空氣中微生物的健康風(fēng)險可接受；反之，則認(rèn)為存在暴露健康風(fēng)險［26,27,28,29］.KfD無量綱；ADD為微生物日均暴露劑量,cfu?d-1;RfD為式中,HQ無量綱；ADD為微生物日均暴露劑量,cfu?d-1;RfD為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)測結(jié)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(xì)菌超標(biāo)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(biāo)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(shù)超標(biāo)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(jié)果中，有7個污染級別為III級，占總數(shù)15.6%,19個污染級別為W,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)污染程度相對較低，整體污染水平以W級污染為主.

微生W1均值fcfu-nn-3污染級別細(xì)菌真菌誡生物總顫細(xì)菌真菌鍛生物總數(shù)距岸5m3067±3241076±5&9143±371IV角染）IV〔污染｝IV館染）距岸20m8143±30411334379276±385卬角染；IV〔污染；IU〔污染；上游斷面距岸別m4171±164775+274946+190II［脛微污染｝HI脛徵污染）II〔較青吉；距岸100m1217±140572±&417Bft±1SSII鮫清潔；II〔較清潔；I猜潔；拒岸ZOOm870149429±241299±72I倚吉；I晴潔；［〔清冑中廳斷面拒岸旦m8499*2241153±6i9652±276卬淨(jìng)染；IV〔污染；IV餉染）距岸兇m&68842531231±4S9919±29S囚角染；IV〔污染：IU〔污染：膽岸50m41S7±104734±414951±143皿脛魅垢剰mra污染）II〔按害潔；距岸m1385±10559te531984±152H嚴(yán)青韻II〔較猗潔；［靖潔；距岸2?0m309+69443+231I淸荀I晴潔：［晴荀下游斷面距岸5rr929613141235+6010531±371囚馬染；囚〔污染：IV芮染｝距岸兇mg36社3441289±6610656±3S5iv角染；IV〔污染；IV笳染；距岸別m51B0±138834±5160U±176IV角染；III〔輕徽污染）III卷徴污染；距岸偵m2670±S4655+923325+165II［脛微污染｝II嚴(yán)清潔）II嚴(yán)青吉；距岸2Wm926±138433±3614U±173II鮫清潔；I〔清潔；I猜潔；對照1-0km63fir±18346±9982±21I隋潔）I請潔）［隋潔）1海個點位樣品顫"總了.每天采樣共仙表1各點位微生物數(shù)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(xì)菌、真菌、總微生物濃度隨距離的變化趨勢基本一致.在離岸5-20m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，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5-20m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20m時，這時擴(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100m時，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%，此時上游斷面、中游斷面各采樣點細(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200m時，各斷面不同采樣點細(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20m內(nèi)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(yán)重區(qū)域；20-100m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200m時,空氣中微生物濃度受城市黑臭水體的影響大幅下降0卻咼題冊|gW14(1|事I0卻咼題冊|gW14(1|事I越2OQ-審?fù)推饟??圖1上游斷面各米樣點微生物隨距離變化情況EA-2DH礬EA-2DH礬MI細(xì)I2D口心1隨2IH圖2中游斷面各采樣點微生物隨距離變化情況Will-u<h53iiiWill-u<h53iiiihiUIEarnSQ](MI120I4DEtaIHDUW咼岸亞離ga—■密KIM圖3下游斷面各米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不同米樣時間細(xì)菌濃度變化情況可知，各米樣點細(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間段的降低速率總體上高于其從中午到下午時段細(xì)菌濃度降低速率.與此同時，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(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JUJUJDHU此，無論是用細(xì)菌、真菌還是微生物總數(shù)指標(biāo)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(yán)重的時段.EZjFTm^ftiDt上擰財■豐同采樣.KmEZjFTm^ftiDt上擰財■豐同采樣.Km4上游斷面不同采樣時間細(xì)菌變化中黔ftftff：中黔ftftff：岡廉肄比丘R-44戈遜圻色竜中游斷面不同采樣時間細(xì)菌變化222DJDIM3W下游斷面不同采樣時間細(xì)菌變化€iitl卜.牛血€iitl卜.牛血圖7上游斷面不同采樣時間真菌變化EEHr^■也2圖8中游斷面不同米樣時間真菌變化I4W5J0滸I?EEHr^■也2圖8中游斷面不同米樣時間真菌變化I4W5J0滸I?3?圖9下游斷面不同米樣時間真菌變化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200m范圍內(nèi)各采樣點細(xì)菌、真菌、微生物總濃度均呈現(xiàn)出增加趨勢.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、200m時，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200m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.曲知1*1mo5曲知1*1mo5圖10斷面寬度對細(xì)菌濃度的影響"■窿屯七im斷■:竜J)m睛h刼注rnrri揮伸小禺胖盹肉ift"■窿屯七im斷■:竜J)m睛h刼注rnrri揮伸小禺胖盹肉ift圖11斷面寬度對真菌濃度的影響121X)11LOW?總財121X)11LOW?總財百他4DOI2IKMaJ31JDm2H1圖12斷面寬度對微生物總濃度的影響離岸距離」E細(xì)菌勻斷面寬相關(guān)性真菌與斷面寬相關(guān)性總謝生物勻斷面寬相關(guān)性HI5o.ggs0.921o.gge<0.0-1200.9790.9800984<0.01500.9690.9&40.977<0.011000.9920.9530.993<0.012000.9720.9830.984<0.01表2微生物與斷面寬度相關(guān)性2.5健康風(fēng)險分析2.5.1長居人口健康風(fēng)險依表3人群暴露參數(shù)計算男性細(xì)菌、真菌、微生物總數(shù)日均允許暴露量分別為53350、16005、106700cfu?d-1;女性細(xì)菌、真菌、微生物總數(shù)允許暴露量為37600、11280、75200cfu?d-1,兒童細(xì)菌、真菌、微生物總數(shù)允許暴露量為25000、7500、50000cfu?d-1.圖13顯示，在離岸距離小于100m情況下，各采樣點都存在著健康風(fēng)險系數(shù)大于1情況，說明居住在離岸100m范圍內(nèi)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(fēng)險，且以細(xì)菌污染健康風(fēng)險指數(shù)最大，細(xì)菌污染為長居人口健康風(fēng)險主要來源.圖14顯示，在離岸距離小于100m情況下，都存在著安全暴露時間小于24h的情況，同樣表明在城市黑臭水體100m范圍內(nèi)居住存在長期健康風(fēng)險.綜合圖13T4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)險系數(shù)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(fēng)險越大；安全暴露時間、健康風(fēng)險指數(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(fēng)險指數(shù)和安全暴露時間值相同，不存在健康風(fēng)險差異.男女兒重旺動類型時可h呼服謹(jǐn)劉訐h■1旺動類型時i目山呼u施率怖"-'1牙動類型時囘呼服謹(jǐn)率丿n?睡眠90.4890.2512.003輕度旺動S0.61輕度店動100.47輕度活動10.00.+中度話動61.62中度話動41.26中度話動1.51.2重度話動-1242重度旺動■11.SS重度話動0.51.91刃乎喉謹(jǐn)軍采用各種旺動糞型的最大值表3人群暴露量計算參數(shù)15讀國＜1山山用笛腔Z闔扯鍛.115讀國＜1山山用笛腔Z闔扯鍛.1冊心折膠加勿HD42J?和4科口單呦圖13離岸不同距離長期居住人群健康風(fēng)險指數(shù)JD.W2UJGIWJD.W2UJGIW2W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(fēng)險短期暴露健康風(fēng)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(shè)定為重度活動，采用上午時段細(xì)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(jié)果如圖15-17所示，在5-100m范圍內(nèi)，男性、女性、兒童細(xì)菌短期安全暴露時間最小，表明此范圍細(xì)菌引起的健康風(fēng)險最大；當(dāng)距離達(dá)到200m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(fēng)險較大由此可見，短期暴露以細(xì)菌或真菌引發(fā)的健康風(fēng)險為主.從圖15-17可知，在離岸距離相同點，男性細(xì)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(fēng)險