摘要：為探究生活垃圾填埋場細菌氣溶膠分布以及場區(qū)員工的職業(yè)暴露風險，在西安市某垃圾填埋場的6個功能區(qū)測定和分析了細菌氣溶膠濃度、粒徑分布和細菌活性，并運用風險商法評估場區(qū)員工的職業(yè)暴露風險.結(jié)果表明，生活垃圾填埋場細菌氣溶膠濃度最高和最低值分別為滲濾液收集區(qū)((5381±3875)CFU·m-3)和生活辦公區(qū)((1227±204)CFU·m-3)，不同季節(jié)細菌氣溶膠濃度變化為：夏季>秋季>冬季>春季.各采樣點位于0.65～1.1μm的細菌氣溶膠濃度最低，小粒徑細菌氣溶膠比重由春季到冬季逐漸增大，各采樣點細菌氣溶膠的平均中值粒徑均小于5.0μm.流式細胞術(shù)分析結(jié)果顯示，冬季不同采樣點細菌氣溶膠中活菌占比為74%～83%.細菌氣溶膠職業(yè)暴露風險商均小于1，不同季節(jié)的暴露風險大小為夏季>秋季>冬季>春季，成年男性的職業(yè)暴露風險大于成年女性.
關(guān)鍵詞：細菌氣溶膠;生活垃圾填埋場;濃度和粒徑分布;細菌活性;風險商
1引言(Introduction)
伴隨城市化率的上升和城市人口密度的增加，城市生活垃圾的管理問題日趨嚴重(Madhwaletal.，2020).與焚燒、堆肥等技術(shù)相比，填埋技術(shù)具有操作簡單、運行成本低以及管理方便等優(yōu)點，被廣泛運用于垃圾處理中(羅虹霖等，2018;Luoetal.，2019).生活垃圾中含有大量病原微生物，其中的有機物質(zhì)可作為營養(yǎng)來源，為微生物的生長和增殖提供條件(Carduccietal.，2013;Liuetal.，2021).附著在垃圾表面的細菌隨著垃圾卸載、運輸?shù)冗^程進入到大氣中形成細菌氣溶膠，使得垃圾填埋場內(nèi)細菌氣溶膠濃度大幅度增加(Kalwasińskaetal.，2014;Akpeimehetal.，2019).長期暴露于細菌氣溶膠可對垃圾填埋場員工的健康造成危害，研究表明，職業(yè)性接觸細菌氣溶膠可導致一系列呼吸道疾病，如過敏性肺炎和支氣管哮喘等(Madhwaletal.，2020).
近年來，生活垃圾填埋場細菌氣溶膠的研究備受關(guān)注.Buczyńska等(2006)發(fā)現(xiàn)垃圾卸載、平整和壓實填埋的過程中，細菌氣溶膠濃度最高.馬嘉偉等(2019)研究分析垃圾填埋場細菌氣溶膠的粒徑分布，結(jié)果表明作業(yè)區(qū)和覆蓋區(qū)細菌氣溶膠主要分布在2.1～4.7μm和0.65～2.1μm.此外，生活垃圾填埋場內(nèi)細菌氣溶膠分布隨季節(jié)、地點和作業(yè)活動而變化，溫度較高、距離垃圾填埋區(qū)較近以及填埋作業(yè)活動較活躍的地點細菌氣溶膠濃度較高(Cyprowskietal.，2019).
然而，目前有關(guān)生活垃圾填埋場細菌氣溶膠職業(yè)暴露風險評估方面的研究比較缺乏，為探究生活垃圾填埋場員工的健康風險，風險評估工作有必要進行.細菌氣溶膠主要通過呼吸吸入途徑進入人體，從而對人們的健康造成一定的危害，現(xiàn)有研究中建立了相應方法來評估暴露于細菌氣溶膠所造成的健康風險.風險商值法是基于美國環(huán)境保護署(U.S.EPA)提出的日暴露計量模型而建立的健康風險評估方法，已廣泛應用于細菌氣溶膠暴露風險評估的研究中(Yangetal.，2019a).
Yang等(2019b)和邱雄輝等(2012)采用風險商法分別評估了成年男性、成年女性和兒童暴露于污水廠細菌氣溶膠導致的健康風險.溫暖家(2013)也采用此方法對學生群體暴露于校園環(huán)境細菌氣溶膠導致的健康風險進行評估.此外，現(xiàn)有研究多數(shù)采用傳統(tǒng)平板計數(shù)法來分析細菌氣溶膠濃度，忽略了有活性但不可培養(yǎng)狀態(tài)(viablebutnon-culturable，VBNC)的細菌氣溶膠.VBNC細菌無法培養(yǎng)，但保留了代謝活性和毒性，對人體健康仍具有一定威脅(Alleronetal.，2013).
針對這一現(xiàn)狀，本文采取流式細胞術(shù)(Flowcytometry，F(xiàn)CM)與染色劑結(jié)合的方法，對細胞總數(shù)和活性進行分析(Zhangetal.，2020)，得到空氣中具有活性的細菌濃度.
空氣中具有活性的細菌包括可培養(yǎng)細菌和VBNC狀態(tài)細菌，故將具有活性的細菌與可培養(yǎng)細菌的濃度進行對比，分析垃圾填埋場中VBNC狀態(tài)細菌氣溶膠的濃度本研究使用安德森六級空氣采樣器和BioSampler采樣器對西安市某生活垃圾填埋場春季、夏季、秋季和冬季細菌氣溶膠進行采樣，分析其濃度和粒徑分布特征，基于流式細胞術(shù)分析冬季細菌活性特征，并結(jié)合U.S.EPA風險商值法評估了垃圾填埋場員工暴露于細菌氣溶膠的健康風險，目的是為垃圾填埋場職業(yè)暴露風險評估以及控制策略提供一定的參考依據(jù).
2材料與方法(Materialsandmethods)
2.1采樣點選取
本研究選取西安市某生活垃圾填埋場為研究場所，根據(jù)不同功能作業(yè)區(qū)，設(shè)置6個采樣點，分別為滲濾液收集區(qū)、垃圾堆放區(qū)、填埋未成熟區(qū)、填埋成熟區(qū)、滲濾液處理區(qū)和生活辦公區(qū).該生活垃圾填埋場占地面積約135000m2，設(shè)計使用年限12年，設(shè)計容量1770200m3，日處理生活垃圾300t.
生活垃圾采用衛(wèi)生填埋處理工藝，垃圾滲濾液處理單元采用膜生物反應器處理工藝.采樣時間為2020年6月—2021年4月，分為夏季(6月、7月和8月)、秋季(9月、10月和11月)、冬季(12月和次年1月)和春季(次年3月和4月).每月采樣1d，采樣時間為10：00—15：00，每個采樣點每次采集3組平行樣品.采樣過程中使用溫濕度計(深圳市聚茂源科技有限公司，GM1362)測定各采樣點的溫度和濕度.
2.2細菌氣溶膠的采集
2.2.1安德森六級空氣采樣器
本研究使用安德森六級空氣采樣器(陜西鑫昌實驗設(shè)備有限公司，F(xiàn)A⁃I型)采集細菌氣溶膠樣品.該采樣器模擬人體呼吸道結(jié)構(gòu)和空氣動力學特征，利用慣性撞擊原理將細菌氣溶膠捕捉到固體培養(yǎng)基表面.依據(jù)孔徑大小，該采樣器共分為6級.采樣高度參考成人呼吸高度，設(shè)置為1.5m，采樣泵流量為28.3L·min-1，采樣時間為5min，每次采樣前后用75%的酒精對采樣器表面擦拭消毒.
使用90mm塑料培養(yǎng)皿采集細菌氣溶膠樣品，在無菌條件下，加入約20mL的營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基.采樣結(jié)束后，逐級取出培養(yǎng)皿，將平板倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)24h后(張崇淼等，2020)，計數(shù)平板上的菌落數(shù).2.2.2BioSampler空氣采樣器本研究采用BioSampler液體撞擊式采樣器(SKCBioSampler225⁃9595)，使用PBS緩沖液為采樣介質(zhì)，體積為20mL，采樣流量設(shè)置為12.5L·min-1，采樣高度為1.5m，采樣時間為10min.采樣結(jié)束后迅速將樣品轉(zhuǎn)移至實驗室，以進行后續(xù)細菌活性分析.
2.4細菌氣溶膠活性檢測
本研究采用PropidiumIodide(PI)和SYBRGreenI兩種染料相結(jié)合的方法來表征細菌膜的通透性，從而分析細菌的活性特征.使用二甲基亞砜將SYBRGreenI稀釋100倍制成SYBRGreenI儲備液后，將PI(30mmol·L-1)和SYBRGreenI儲備液以1∶100的比例混合制成染料，于-20℃環(huán)境下避光保存(Xuetal.，2018).
取0.5mL的細菌氣溶膠液體樣品加入5μL的染料，于30℃避光染色15min后，使用BDAccuriC6
2.5職業(yè)暴露風險評估本文基于美國環(huán)境保護署(U.S.EPA)建議的平均日劑量率(ADD)模型和非致癌風險商法對垃圾填埋場職業(yè)暴露風險進行計算.采用平均日劑量率(ADD)模型計算細菌氣溶膠經(jīng)呼吸吸入途徑進入人體的劑量(邱雄輝等，2012)。
2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用SPSSVersion23.0軟件，對垃圾填埋場內(nèi)各采樣點的細菌氣溶膠濃度的差異性進行t檢驗分析.使用MicrosoftExcel2010和Origin2018進行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制.
3結(jié)果與討論(Resultsanddiscussion)
3.1細菌氣溶膠的濃度分布特征
生活垃圾填埋場各采樣點細菌氣溶膠濃度.細菌氣溶膠濃度隨著垃圾處理流程依次降低，各采樣點平均濃度從高到低依次為滲濾液收集區(qū)((5381±3875)CFU·m-3)、垃圾堆放區(qū)((4103±2839)CFU·m-3)、填埋未成熟區(qū)((2986±1420)CFU·m-3)、填埋成熟區(qū)((2271±601)CFU·m-3)、滲濾液處理區(qū)((1453±374)CFU·m-3)和生活辦公區(qū)((1227±204)CFU·m-3)，對不同采樣點細菌氣溶膠濃度的差異性進行t檢驗，結(jié)果表明，滲濾液收集區(qū)與其余采樣點之間均有顯著性差異(p<0.05).不同季節(jié)下，各采樣點細菌氣溶膠濃度均表現(xiàn)為夏季>秋季>冬季>春季，其中，滲濾液收集區(qū)、垃圾堆放區(qū)和填埋未成熟區(qū)的夏季細菌氣溶膠濃度與其余季節(jié)均有顯著性差異(p<0.05).
不同采樣點細菌氣溶膠濃度的差異主要是由于不同采樣點與污染源的距離差異和不同功能區(qū)的運行方式差異而造成.生活垃圾滲濾液和生活垃圾是垃圾填埋場的主要污染源.生活垃圾滲濾液中含有較高濃度的細菌(Wenetal.，2021)，其與大氣直接接觸，細菌可以附著在液滴上形成細菌氣溶膠并在風力作用下進行擴散(馬嘉偉等，2019)，這是導致滲濾液收集區(qū)細菌氣溶膠濃度最高的主要原因.垃圾堆放區(qū)的生活垃圾多暴露于空氣中，隨著垃圾運送車輛、作業(yè)機器的擾動，使得垃圾中的細菌氣溶膠向大氣傳播，導致細菌氣溶膠濃度較高.
王瑩等(2020)對衛(wèi)生填埋場各功能區(qū)細菌氣溶膠的濃度水平進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)垃圾堆放區(qū)是垃圾填埋場細菌氣溶膠的主要逸散源之一.使用黏土對垃圾進行覆蓋并壓實能夠有效阻止垃圾中的細菌向大氣擴散(紀思思等，2009)，其中填埋成熟區(qū)固體垃圾降解程度高，且表面會有少許植被覆蓋，能進一步防止細菌氣溶膠的逸散，故填埋成熟區(qū)細菌氣溶膠濃度低于填埋未成熟區(qū).滲濾液處理區(qū)和生活辦公區(qū)位于場區(qū)上風向且遠離生活垃圾和垃圾滲濾液等污染源，細菌氣溶膠濃度最低.滲濾液處理過程在封閉車間內(nèi)進行，仍會有少許細菌氣溶膠能夠擴散到車間外的大氣中，故滲濾液處理區(qū)的細菌氣溶膠濃度略高于生活辦公區(qū).
氣象因素(如溫度和濕度)是影響不同季節(jié)細菌氣溶膠的濃度差異的主要原因.夏季垃圾填埋場的溫度和濕度分別為30.1℃和59.8%，明顯高于春季(18.3℃和34.1%)、秋季(22.6℃和41.1%)和冬季(12.5℃和43.9%)，研究表明，較高的溫度和相對濕度有利于細菌在空氣中生存(Niazietal.，2015;Hanetal.，2020)，夏季高溫高濕的環(huán)境下，細菌利用垃圾中的有機物大量繁殖，導致細菌氣溶膠濃度較高.
3.2細菌氣溶膠的粒徑分布特征
生活垃圾填埋場各采樣點細菌氣溶膠粒徑分布.各采樣點粒徑平均濃度最低值均出現(xiàn)在第6級(0.65～1.1μm).滲濾液收集區(qū)細菌氣溶膠主要分布在第4～5級(1.1～3.3μm)，在總細菌氣溶膠中占比為40%.垃圾堆放區(qū)約49%的細菌氣溶膠分布在第1～2級(>4.7μm).填埋未成熟區(qū)、填埋成熟區(qū)、滲濾液處理區(qū)和生活辦公區(qū)粒徑分布相似，位于第1級(>7.0μm)和第4級(2.1～3.3μm)的細菌氣溶膠占比較高.不同采樣點細菌氣溶膠粒徑的差異主要是由于不同采樣點細菌氣溶膠的來源方式不同.
由于人工機械對垃圾的攪動和翻動，垃圾堆放區(qū)的細菌微生物主要附著在細小顆粒物和灰塵上形成氣溶膠(張婧等，2009)，粒徑較大，故垃圾堆放區(qū)的細菌氣溶膠粒徑大于其余采樣點.滲濾液收集區(qū)的細菌氣溶膠主要是由細菌附著在小液滴上形成，且隨風擴散的過程中，由于液滴的蒸發(fā)損失，細菌氣溶膠粒徑變小(張婧等，2009)，故滲濾液收集區(qū)的細菌氣溶膠粒徑分布主要以小粒徑為主.
不同季節(jié)下細菌氣溶膠粒徑濃度最低值均位于第6級(0.65～1.1μm)，春、夏季垃圾填埋場細菌氣溶膠位于第1級(>7.0μm)的細菌氣溶膠濃度最高，占比分別為32%和21%，秋、冬季細菌氣溶膠粒徑濃度峰值均位于第4級(2.1～3.3μm)，占比分別為20%和27%.春季、夏季、秋季和冬季大于4.7μm的細菌氣溶膠占比分別為：56%、42%、37%和34%，而位于1.1～3.3μm的細菌氣溶膠占比分別為：22%、32%、33%和44%，故隨著季節(jié)變化，垃圾填埋場內(nèi)小粒徑細菌氣溶膠比重逐漸增大.不同季節(jié)細菌氣溶膠的粒徑分布差異主要受環(huán)境因素的影響.春季采樣過程中主要受沙塵天氣影響，細菌附著在空氣中的浮塵上形成細菌氣溶膠，導致大粒徑細菌氣溶膠比重較大.氣象因素對氣溶膠的粒徑分布有非常重要的作用(李圓圓等，2020).
夏季到冬季的變化過程中，太陽輻射和濕度的降低是導致垃圾填埋場內(nèi)小粒徑細菌氣溶膠比重逐漸增大的主要原因.粗顆粒物可以為細菌提供良好的庇護環(huán)境，減少其受紫外線輻射的影響，有利于細菌微生物的存活，故太陽輻射對于大粒徑細菌氣溶膠的影響較小，而對小粒徑細菌氣溶膠的存活有一定的抑制作用(Lighthartetal.，1991).在較高的濕度環(huán)境下，懸浮的細菌氣溶膠顆粒能夠吸收周圍空氣中的水分，從而增加顆粒尺寸(Zhenetal.，2017).
此外，冬季采樣過程中受霧霾天氣影響，較高濃度的PM2.5和PM10等細顆粒物為空氣中的細菌提供了更多的載體，導致小粒徑細菌氣溶膠的比重增大.Dong等(2016)研究表明，小粒徑細菌氣溶膠濃度的增加可能與PM2.5和PM10濃度較高有關(guān)，二者與小粒徑細菌氣溶膠濃度呈正相關(guān).各采樣點細菌氣溶膠平均中值粒徑大小依次為：垃圾堆放區(qū)>滲濾液處理區(qū)>填埋未成熟區(qū)>填埋成熟區(qū)>生活辦公區(qū)>滲濾液收集區(qū).其中垃圾堆放區(qū)的細菌氣溶膠平均中值粒徑位于第2級(4.7～7.0μm)，其余采樣點均位于第3級(3.3～4.7μm).
不同季節(jié)下，春季垃圾填埋場內(nèi)各采樣點細菌氣溶膠的中值粒徑均為最大值.研究表明，不同空氣動力直徑的細菌氣溶膠會沉積在呼吸系統(tǒng)的不同位置，從而引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病(Lietal.，2013).空氣動力學直徑小于5.0μm的粒子，可進入肺泡，導致過敏性肺泡炎等疾病(Pastuszkaetal.，2000).顆粒粒徑越小，能夠進入人體呼吸系統(tǒng)的部位就越深，且越不易排出.垃圾填埋場內(nèi)細菌氣溶膠的平均中值粒徑均小于5.0μm，因此，場區(qū)內(nèi)員工的職業(yè)暴露風險需多加關(guān)注.
3.3冬季細菌氣溶膠活性特征
為冬季生活垃圾填埋場細菌氣溶膠FL1～FL3二維散點圖，活細菌出現(xiàn)在P2區(qū)域，死細菌出現(xiàn)在P1區(qū)域.對2020年11月—2021年1月生活垃圾填埋場各采樣點的細菌氣溶膠活性的檢測結(jié)果進行分析.各采樣點細菌氣溶膠中活菌占比為74%～83%，死菌占比為17%～26%.各采樣點活菌占比由高到低依次為滲濾液處理區(qū)>生活辦公區(qū)>填埋成熟區(qū)>填埋未成熟區(qū)>滲濾液收集區(qū)>垃圾堆放區(qū).結(jié)合PI和SYBRGreenI兩種染料，流式細胞術(shù)測定的垃圾填埋場中細菌氣溶膠的總濃度和活菌占比.
由細菌總濃度和活菌占比可以計算得出具有活性的細菌氣溶膠濃度，與傳統(tǒng)平板計數(shù)法測定的可培養(yǎng)細菌氣溶膠濃度相比，空氣中具有活性的細菌數(shù)目比可培養(yǎng)細菌數(shù)目高約2～3個數(shù)量級.由此可見，垃圾填埋場細菌氣溶膠中存在相當數(shù)量的VBNC狀態(tài)的細菌.在適宜的環(huán)境中，VBNC狀態(tài)細菌可以重新復蘇，仍可能對場區(qū)員工的健康造成危害.
3.4細菌氣溶膠職業(yè)暴露風險評估
生活垃圾填埋場細菌氣溶膠職業(yè)暴露風險商.場區(qū)員工暴露于細菌氣溶膠產(chǎn)生的健康風險均小于1.各采樣點細菌氣溶膠暴露風險商大小依次為：滲濾液收集區(qū)>垃圾堆放區(qū)>填埋未成熟區(qū)>填埋成熟區(qū)>滲濾液處理區(qū)>生活辦公區(qū).不同季節(jié)垃圾填埋場職業(yè)暴露風險表現(xiàn)為夏季>秋季>冬季>春季.不同性別暴露人群的風險商有所差異，成年男性的職業(yè)暴露風險大于成年女性.夏季垃圾填埋場細菌氣溶膠濃度高于其他季節(jié)，從而導致較高的健康風險，其中，滲濾液收集區(qū)暴露人群的健康風險最高，故此處員工應多加注意健康防范.
4結(jié)論(Conclusions)
1)生活垃圾填埋場細菌氣溶膠濃度隨著垃圾處理流程依次降低，最高和最低值分別為滲濾液收集區(qū)和生活辦公區(qū)，不同季節(jié)細菌氣溶膠濃度表現(xiàn)為夏季>秋季>冬季>春季.
2)滲濾液收集區(qū)細菌氣溶膠主要分布在1.1～3.3μm，垃圾堆放區(qū)49%的細菌氣溶膠粒徑大于4.7μm，各采樣點位于0.65～1.1μm的細菌氣溶膠濃度最低，小粒徑細菌氣溶膠比重由春季到冬季逐漸增大.
3)流式細胞術(shù)分析結(jié)果顯示，冬季生活垃圾填埋場細菌氣溶膠活菌占比為74%～83%，垃圾堆放區(qū)的活菌占比最低，為74%.
4)生活垃圾填埋場細菌氣溶膠職業(yè)暴露風險商均小于1.暴露風險最高處為滲濾液收集區(qū)，不同季節(jié)暴露風險大小為夏季>秋季>冬季>春季.成年男性的職業(yè)暴露風險大于成年女性.
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作者：劉盈盈，張崇淼∗，張少華，杜偉偉，許鵬程，王曉昌
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