王秀艷　易忠芹　王釗　高爽　金陶勝

摘要：

2011年和2012年夏季在天津市紀(jì)莊子污水處理廠進(jìn)行惡臭氣體監(jiān)測，通過GCMS分析惡臭氣體的濃度及惡臭指數(shù)，同時(shí)選取24名（男11名，女13名）被試者佩戴HOLTER進(jìn)行急性暴露實(shí)驗(yàn)，評(píng)估其健康風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)共檢測出67種惡臭物質(zhì)，格柵處惡臭氣體濃度最高，以硫化物和含氧化合物為主；格柵處的急性暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示被試者血壓反應(yīng)正常，最快心率明顯偏高，且多出現(xiàn)于現(xiàn)場測試時(shí)段，HRV參數(shù)值均偏離正常范圍，表明受惡臭氣體刺激被試者交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)；對污泥脫水間惡臭氣體進(jìn)行致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可知，二氯甲烷和苯存在潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)，惡臭非致癌危害指數(shù)HI小于1，其非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：

污水處理廠；惡臭；心率變異性；健康風(fēng)險(xiǎn)

污水處理廠作為環(huán)保工程，緩解了污水直接排放對地表水的污染，但污水處理廠的惡臭問題對周邊環(huán)境造成了二次污染，引發(fā)了人們越來越多的關(guān)注，惡臭氣體刺激對人體健康具有較大的潛在影響，比如危害呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等，同時(shí)也影響人的精神狀態(tài)[1]。Aatamila等[2]通過對廢物處理中心附近區(qū)域的惡臭氣體評(píng)估發(fā)現(xiàn)惡臭氣體對居民的健康癥狀（如呼吸急促、眼睛不適、聲音嘶啞、發(fā)燒以及肌肉疼痛等）有較大影響，OR均在1.4～1.7之間；同時(shí)有研究表明工廠附近VOCs暴露量高，增加了人們患喘鳴和上呼吸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)[3]；衛(wèi)生調(diào)查結(jié)果顯示職業(yè)人群暴露于苯會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)，甚至神經(jīng)功能障礙或死亡[4]。

惡臭主要是由含硫化合物、醛、丁酸類物質(zhì)引起的，唐小東等[58]研究了廣州一個(gè)典型城市污水處理廠揮發(fā)性惡臭有機(jī)物的組成和含量，苯系物、2丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和甲硫醚等是該污水處理廠重要的分子標(biāo)志物，污水進(jìn)水區(qū)、污泥處理區(qū)是污水處理廠惡臭氣體的主要污染源。Cheng等[9]對費(fèi)城東北污水處理廠惡臭中有機(jī)硫化物進(jìn)行檢測表明二甲基硫醚為主要物質(zhì)，其平均濃度為419 μg/L；Lasaridi等[10]探討了希臘污水處理廠的惡臭問題，共監(jiān)測了硫化氫、氨、苯、甲苯等10種物質(zhì)，其中硫化氫為重要組成（0.01～200 mg/m3），與Cooper等[11]在佛羅里達(dá)州的研究結(jié)果相近；Lehtinen等[5]監(jiān)測了污水處理廠非甲烷類VOCs和廠內(nèi)工作人員個(gè)體暴露量，結(jié)果顯示TVOCs濃度為149.8～7 719.0 μg/L，工作人員的個(gè)體暴露量不會(huì)引起重要的健康問題，但會(huì)引發(fā)惡心、過敏等癥狀。筆者選取天津市紀(jì)莊子污水處理廠進(jìn)行研究，實(shí)地監(jiān)測各構(gòu)筑物及廠界處惡臭氣體的濃度，分析惡臭氣體排放特征，并通過急性暴露實(shí)驗(yàn)探究惡臭氣體對人體心臟自主神經(jīng)活動(dòng)的影響，同時(shí)進(jìn)行致癌與非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

王秀艷，等：污水處理廠惡臭氣體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1實(shí)驗(yàn)方法

1.1紀(jì)莊子污水處理廠簡介

天津市紀(jì)莊子污水處理廠總規(guī)模為54萬m3/d，污水處理采用了脫氮AO工藝、脫氮除磷AAO工藝以及除磷AO工藝，污泥處理采用濃縮中溫厭氧消化機(jī)械脫水處理工藝[12]。

1.2樣品采集與分析方法

按照紀(jì)莊子污水處理廠的工藝流程依次在不同的處理單元設(shè)置采樣點(diǎn)，設(shè)置順序?yàn)椋焊駯拧⒊醭脸?、曝氣池、二次沉淀池、污泥濃縮池、污泥脫水間及廠界，在采樣的同時(shí)監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向。使用8 L聚四氟乙烯采樣袋對源進(jìn)行采樣，采樣袋在采樣前先用現(xiàn)場氣體清洗袋子2～3次，再采集樣氣，采樣時(shí)間約60 s，密封進(jìn)氣口，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。采樣點(diǎn)選取在各處理單元下風(fēng)向邊界線上，采樣頭高度為1.5 m，即人體呼吸帶高度。將采樣袋中的氣體注入GCMS自動(dòng)進(jìn)樣分析儀，分析樣品中氣體成分及濃度。

研究中實(shí)驗(yàn)人員還進(jìn)行了惡臭強(qiáng)度調(diào)查，分別在每個(gè)構(gòu)筑物下風(fēng)向處進(jìn)行臭味嗅辨，并將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)選取24名測試人員（身體健康）佩戴HOLTER，進(jìn)行急性暴露實(shí)驗(yàn)，佩戴人員在休息室靜休15 min后，測量血壓，記錄其5 min心電信號(hào)后；在格柵前記錄4～5 min的心電信號(hào)；回休息室測量血壓，靜休0.5 h，觀察延遲反應(yīng)。

2結(jié)果與討論

2.1組成特征分析

對污水處理廠惡臭氣體進(jìn)行分析，共檢測出67種惡臭氣體，其中烷烴21種、烯烴5種、芳香烴15種、鹵代烴14種、含氧化合物7種、含硫化合物5種，不同處理單元惡臭氣體中各物種的濃度（取自然對數(shù)值）如圖1所示。

圖1各監(jiān)測點(diǎn)不同惡臭物種的濃度自然對數(shù)值

從圖1所示各監(jiān)測點(diǎn)惡臭氣體濃度值可以判斷各處理單元惡臭氣體以硫化物和含氧化合物為主。各監(jiān)測點(diǎn)惡臭氣體濃度大小為：格柵（2 775.43 μg/m3）>污泥濃縮（814.73 μg/m3）>污泥脫水間（574.04 μg/m3）>初沉池（565.30 μg/m3）>廠界處（521.97 μg/m3）>二沉池（513.07 μg/m3）>曝氣池（436.99 μg/m3），格柵處惡臭氣體總濃度最大，其中硫化氫的含量為2 286.74 μg/m3，占該處惡臭氣體總量的82%，是其嗅閾值的5.6倍。根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[13]，廠界廢氣排放最高允許濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)硫化氫為0.06 mg/m3，實(shí)驗(yàn)監(jiān)測得廠界處硫化氫濃度為0.1 mg/m3，是標(biāo)準(zhǔn)值的近1.7倍。

2.2污水處理廠惡臭指數(shù)評(píng)估

惡臭混合氣體中，采用閾稀釋倍數(shù)作為衡量物種對臭氣強(qiáng)度貢獻(xiàn)指標(biāo)，閾稀釋倍數(shù)計(jì)算公式為

Mi=Ci/ui （1）

式中：Mi為物種i的閾稀釋倍數(shù)；Ci為物種i的物質(zhì)濃度，ui為物種i的嗅閾值。惡臭物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù)越高，該物質(zhì)在臭氣中的貢獻(xiàn)值越大。按照總和模型法，混合物的臭氣濃度等于各成分閾稀釋倍數(shù)的總和[14]。

根據(jù)式（1）計(jì)算可知格柵處的惡臭氣體濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其它點(diǎn)位，惡臭氣體總體閾稀釋倍數(shù)為5 737 141，惡臭氣體整體嗅閾值為0.000 484，與硫化氫相近，硫化物對總惡臭強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率為997%。廠界處的臭氣濃度為258 067.62，參考城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[13]，廠界廢氣排放最高允許濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)惡臭濃度為20，表明該廠廠界處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值。格柵、廠界處各物種的閾稀釋倍數(shù)如表1所示。

2.3健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.3.1惡臭氣體對心臟自主神經(jīng)活動(dòng)的影響對于心臟自主神經(jīng)活動(dòng)狀態(tài)一般采用心率變異性（Heart rate variability，HRV）表征。心率變異性HRV的產(chǎn)生主要是由于心臟竇房結(jié)自律活動(dòng)時(shí)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)不斷受中樞神經(jīng)及壓力、化學(xué)感受器傳入的心血管反射等因素調(diào)節(jié)[1517]。

以HRV作為研究指標(biāo)，選取24名18～30歲大學(xué)生（男11名，女13名），進(jìn)行HOLTER急性暴露實(shí)驗(yàn)，測定的參數(shù)包括血壓、心率、HRV時(shí)域指標(biāo)（SDNN、rMSSD）、HRV頻域指標(biāo)（LF、HF、LF/HF）。圖2是19名被試者現(xiàn)場測試前后的血壓值，其中SBP1、SBP2分別代表現(xiàn)場測試前、后被試者的收縮壓，DBP1、DBP2分別代表現(xiàn)場測試前、后被試者的舒張壓。

圖2被試者的血壓值

圖2顯示，被試者在現(xiàn)場測試前、后的血壓值（SBP/DBP）無顯著性差異，對比SBP、DBP，除了個(gè)別試驗(yàn)者略超出正常范圍外，其他均在正常范圍內(nèi)，由此可知污水處理廠格柵處的惡臭刺激對被試者的血壓值未產(chǎn)生明顯影響，即受惡臭刺激人體血壓指標(biāo)反映正常。

由十二導(dǎo)全息動(dòng)態(tài)心電圖結(jié)果顯示了24名被試者在室內(nèi)安靜時(shí)間段—現(xiàn)場測試—回到室內(nèi)安靜時(shí)間段整個(gè)過程的心率變化情況，其最快心率、最慢心率值如圖3所示。

圖3最快心率、最慢心率值

正常成人安靜時(shí)的心率在70 b/min左右，實(shí)驗(yàn)中被試者心率平均值在正常范圍內(nèi)，最慢心率均出現(xiàn)在室內(nèi)安靜時(shí)段，最快心率多出現(xiàn)在現(xiàn)場測試時(shí)段，由圖3可知，最快心率明顯偏高，說明在現(xiàn)場測試階段被試者受惡臭氣體刺激心率變化較大。

由HOLTER測試所得的心率變異性（HRV）各參數(shù)值與參數(shù)正常值[18]的對比，如圖4、5所示。

圖4HRV時(shí)域指數(shù)

圖5HRV頻域指數(shù)

HRV時(shí)域指數(shù)是以RR間期的變異為基礎(chǔ)，SDNN、rMSSD參數(shù)反映了心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)總的調(diào)控情況，即竇性心律不齊的程度，男、女組SDNN平均值只為正常值的50%，受惡臭氣體影響，rMSSD明顯集中于正常范圍的平均值以下。HRV頻域指數(shù)中，高頻帶（HF，0.15～0.40 Hz）成分由迷走神經(jīng)的張力所決定，主要代表呼吸變異，低頻帶（LF，0.04～0.15 Hz）成分受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同影響，其中交感神經(jīng)占優(yōu)勢，LF/HF比值代表交感迷走神經(jīng)張力的平衡狀態(tài)[1920]。男生組LF值為正常值的7倍左右，而女生組LF值是正常值的近10倍；男、女生組HF平均值均低于正常范圍平均值，表明迷走神經(jīng)活動(dòng)減弱；男生組LF/HF平均比值高出正常值2.8倍，女生組LF/HF平均比值高出正常值7.3倍，說明被試者交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)，可能降低心室活動(dòng)閾值，嚴(yán)重者將誘發(fā)致命性室性心律失常。此外，對比圖4、5中女性和男性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，同時(shí)受到惡臭污染的刺激，女性比男性心臟自主神經(jīng)活動(dòng)所產(chǎn)生的反應(yīng)更為顯著。

2.3.2致癌與非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，一般用終生致癌風(fēng)險(xiǎn)（Lifetime Cancer Risk， LCR）為衡量指標(biāo)。用慢性攝入量（Chronic Daily Intake， CDI）作為潛在劑量評(píng)估職業(yè)慢性暴露，公式為：

由表2可知，二氯甲烷和苯的終身致癌風(fēng)險(xiǎn)值（LCR）均介于10-6～10-4之間，表明其存在潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)；污水處理廠污泥脫水間非致癌危害指數(shù)HI為0.11，其值小于1，表明非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)。

3結(jié)論

1）各監(jiān)測點(diǎn)惡臭氣體濃度由大到小的順序依次為格柵、污泥濃縮、污泥脫水、初沉池、廠界處、二次沉淀池、曝氣池，惡臭氣體以硫化物和含氧化合物為主。影響污水處理廠惡臭指數(shù)的主要物種為硫化物、芳香烴類。

2）急性暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：被試者血壓反應(yīng)正常；最快心率多出現(xiàn)在現(xiàn)場測試時(shí)段，且受惡臭氣體刺激在現(xiàn)場測試階段心率明顯偏高。HRV時(shí)域指數(shù)中，男、女組SDNN平均值只為正常值的50%，rMSSD明顯低于正常值；HRV頻域指數(shù)中，HF值均低于正常值，LF、LF/HF值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出正常值，說明被試者交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)，可能降低心室活動(dòng)閾值，嚴(yán)重者將誘發(fā)致命性室性心律失常。對比男、女生組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，同時(shí)受惡臭污染的刺激，女生組比男生組心臟自主神經(jīng)活動(dòng)所產(chǎn)生的反應(yīng)更為顯著。

3）通過對污泥脫水間惡臭氣體進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可知，二氯甲烷和苯存在潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)。污水處理廠污泥脫水間非致癌危害指數(shù)HI小于1，其非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)。

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（編輯胡英奎）