【摘要】：近年來,污水再生回用已成為世界各國緩解水資源危機(jī)的重要手段,城市污水經(jīng)處理后被廣泛回用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政、景觀娛樂等多個(gè)途徑。然而,再生水中存在各種污染物質(zhì),其中,種類繁多且危害顯著的致病微生物是限制污水再生回用的關(guān)鍵因素。為確保污水回用的安全性,需對再生水中典型病原微生物引起的健康危害進(jìn)行量化評估。傳統(tǒng)危害評價(jià)方法是通過:危害識(shí)別、暴露分析、劑量-響應(yīng)分析和風(fēng)險(xiǎn)評定四個(gè)典型步驟,對典型病原體引起的危害發(fā)生概率進(jìn)行定量估計(jì),并以此為依據(jù),對污水再生回用的安全性進(jìn)行評價(jià)。然而,危害發(fā)生概率并不能說明病原體造成的健康損傷及其嚴(yán)重程度,更不能定量描述其對人類身體健康、心理健康、社會(huì)活動(dòng)等其他方面造成的綜合影響。因此,需在傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)概率分析的基礎(chǔ)上,采用其他健康評價(jià)指標(biāo),對典型環(huán)境病原微生物引起的健康危害進(jìn)行延伸評估。傷殘調(diào)整壽命年(DALY)是由世界衛(wèi)生組織(WHO)提出的用于量化疾病負(fù)擔(dān)的健康評價(jià)指標(biāo),該指標(biāo)可對疾病爆發(fā)后,特定健康結(jié)局包括:傷殘和死亡引起的健康壽命損失進(jìn)行量化估計(jì)。由于水環(huán)境中病原微生物的暴露同樣可導(dǎo)致患病結(jié)局,因此,DALY亦可用于環(huán)境病原微生物疾病負(fù)擔(dān)的量化評估,所得結(jié)果不僅可確定關(guān)鍵危害因子與危害傳播途徑,還可對水環(huán)境安全性進(jìn)行綜合評價(jià)。本研究在對傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估方法及疾病負(fù)擔(dān)定量方法進(jìn)行系統(tǒng)回顧的基礎(chǔ)上,針對污水再生回用過程中典型腸道病原微生物引起的健康危害,提出基于傷殘調(diào)整壽命年的腸道感染疾病負(fù)擔(dān)定量分析方法及其理論體系,同時(shí),針對疾病負(fù)擔(dān)量化過程中患病率數(shù)據(jù)的缺失,進(jìn)一步提出可用于DALY量化的患病率計(jì)算模型,在此基礎(chǔ)上,將患病率量化與疾病負(fù)擔(dān)分析方法用于實(shí)際污水回用案例中的典型腸道病原微生物健康危害效應(yīng)的定量評估。主要研究工作和主要成果如下:(1)水媒性腸道感染疾病負(fù)擔(dān)定量分析的理論基礎(chǔ)。水環(huán)境中的致病微生物包括:細(xì)菌、病毒、原蟲和寄生蟲。病原微生物與人體暴露接觸可引起水傳播疾病,即水媒性感染疾病的爆發(fā)流行。水環(huán)境中病原微生物的暴露量可根據(jù)病原體暴露濃度檢測結(jié)果與不同途徑下對病原載體的攝入體積調(diào)查結(jié)果的乘積來進(jìn)行估算。病原體引起的感染風(fēng)險(xiǎn)可采用指數(shù)模型或Beta-Poisson模型進(jìn)行估計(jì),模型參數(shù)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或疾病爆發(fā)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果來確定。感染后的患病風(fēng)險(xiǎn)可采用流行病學(xué)調(diào)查、人體/動(dòng)物實(shí)驗(yàn)分析和模型計(jì)算法進(jìn)行估計(jì),其中,結(jié)果可靠且應(yīng)用廣泛的是模型計(jì)算法。水環(huán)境中的典型病原微生物的疾病負(fù)擔(dān)計(jì)算通常忽略相對罕見的死亡結(jié)局,僅考慮患病結(jié)局下的健康壽命損失,因此,疾病負(fù)擔(dān)可表示為患病率、傷殘權(quán)重與疾病持續(xù)時(shí)間的乘積。根據(jù)WHO規(guī)定的可接受疾病負(fù)擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)值10~-66 DALYs/人/年,將疾病負(fù)擔(dān)計(jì)算結(jié)果與該標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,即可對水環(huán)境安全性進(jìn)行客觀評價(jià)。(2)再生水回用的腸道感染疾病患病率計(jì)算方法研究。與污水再生回用密切相關(guān)且研究相對較充分的幾種典型腸道病原微生物包括:傷寒沙門氏菌、志賀氏菌和腸道病毒。其中,傷寒沙門氏菌可引起傷寒,志賀氏菌感染可引起細(xì)菌性痢疾,腸道病毒感染可引起呼吸道、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。典型污水回用途徑包括:農(nóng)田灌溉、城市綠化、景觀娛樂和市政雜用,主要接觸方式為:呼吸吸入。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果或參考相關(guān)暴露標(biāo)準(zhǔn),并采用針對呼吸吸入途徑的暴露量計(jì)算公式,本研究對不同回用途徑下病原微生物的暴露量計(jì)算方法進(jìn)行討論。根據(jù)已有病原微生物的感染率量化計(jì)算模型及其參數(shù)值,本研究對再生水中典型腸道病原微生物的感染風(fēng)險(xiǎn)量化評估方法進(jìn)行論述。通過對疾病發(fā)展過程及其影響因素分析,本研究提出并構(gòu)建基于暴露量的患病率量化計(jì)算模型,并根據(jù)所獲得的人體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用極大似然估計(jì)法對再生水中典型腸道病原微生物的模型參數(shù)值進(jìn)行估計(jì)。在此基礎(chǔ)上,本研究進(jìn)一步根據(jù)DALY計(jì)算方法及其疾病參數(shù)值,對再生水中典型腸道病原微生物引起的疾病負(fù)擔(dān)量化方法進(jìn)行論述。本研究所提出的腸道感染疾病患病率量化計(jì)算方法將感染風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果進(jìn)一步延伸到以腸道感染疾病為觀測結(jié)局的患病風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從病原體暴露數(shù)據(jù)到疾病負(fù)擔(dān)量化數(shù)據(jù)的成功轉(zhuǎn)化。(3)實(shí)際污水再生回用案例腸道感染疾病負(fù)擔(dān)定量分析。以西安市北石橋污水處理廠二級出水為研究對象,參考以往研究數(shù)據(jù),對二級出水中典型腸道病原微生物:志賀氏菌、傷寒沙門氏菌和腸道病毒的暴露濃度及分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果顯示,二級出水中,志賀氏菌、傷寒沙門氏菌和腸道病毒的暴露濃度均服從對數(shù)正態(tài)分布,50%累計(jì)概率濃度均值分別為:3.1×10~2 copies/L,1×10~2 copies/L和1.4 copies/L。西安市污水主要回用途徑包括:城市綠化和道路降塵,主要接觸途徑為:呼吸吸入。通過暴露量計(jì)算、患病率分析與DALY計(jì)算,本研究對西安市城市污水處理廠二級出水直接回用的疾病負(fù)擔(dān)進(jìn)行量化評估。結(jié)果顯示,二級出水中傷寒沙門氏菌和腸道病毒引起的疾病負(fù)擔(dān)均在WHO規(guī)定的可接受疾病負(fù)擔(dān)范圍內(nèi),但志賀氏菌的疾病負(fù)擔(dān)較WHO標(biāo)準(zhǔn)略高,因此,二級出水直接回用存在健康隱患,需對其進(jìn)行消毒處理。據(jù)估計(jì),在90%~99%安全性水平下,對二級出水中典型腸道病原菌的log去除率需求為3~4-log,而對典型腸道病毒的log去除率需求為5~8-log。另外,對二級出水經(jīng)不同膜分離工藝處理后回用的疾病負(fù)擔(dān)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果顯示,超濾、納濾、反滲透出水中,典型腸道病原微生物引起的疾病負(fù)擔(dān)均在WHO規(guī)定的可接受范圍內(nèi),但微濾出水中典型致病菌引起的疾病負(fù)擔(dān)較WHO標(biāo)準(zhǔn)略高,因此,微濾出水回用仍存在健康隱患,需對其進(jìn)行消毒處理。據(jù)估計(jì),在90%~99%安全性水平下,對微濾出水中典型腸道病原菌的log去除率需求為3~4-log,而對典型腸道病毒的log去除率需求為3~5-log。(4)疾病負(fù)擔(dān)定量分析方法的應(yīng)用與發(fā)展前景論述。以往疾病負(fù)擔(dān)研究主要應(yīng)用于世界各國疾病負(fù)擔(dān)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、區(qū)域疾病負(fù)擔(dān)順位計(jì)算、以及指定病種疾病負(fù)擔(dān)的追蹤評估等。由于水環(huán)境中病原微生物的暴露亦可引起疾病負(fù)擔(dān),因此,近年來DALY還被應(yīng)用于水環(huán)境領(lǐng)域健康安全評價(jià)。該方法是以水環(huán)境中典型病原微生物的暴露為出發(fā)點(diǎn),通過暴露量計(jì)算與患病率分析,將病原微生物的暴露數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用于疾病負(fù)擔(dān)量化的疾病輸入數(shù)據(jù),并通過DALY計(jì)算,對指定環(huán)境病原微生物引起的疾病負(fù)擔(dān)進(jìn)行量化評估。相比傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果,疾病負(fù)擔(dān)評估是對傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)概率分析的深化與擴(kuò)展,以健康損失為落腳點(diǎn)對水環(huán)境安全進(jìn)行評價(jià),其結(jié)論更可靠且論據(jù)更充分。在未來針對環(huán)境領(lǐng)域的疾病負(fù)擔(dān)研究工作中,DALY還可用于其他環(huán)境領(lǐng)域,如大氣、土壤,以及其他環(huán)境污染物,如化學(xué)有害物質(zhì)的健康危害定量評估。根據(jù)疾病負(fù)擔(dān)評估結(jié)果,通過針對危害干預(yù)措施的成本-效益分析,可進(jìn)一步計(jì)算不同健康危害干預(yù)措施實(shí)施條件下,避免一例疾病負(fù)擔(dān)所需的經(jīng)濟(jì)成本,通過比較即可確定最優(yōu)資源配置方案,以此為基礎(chǔ)為環(huán)境危害管理提供科學(xué)有意義的指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703;R574

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616608