城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展*

李洪枚

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100070)

0　引言

城市污水處理廠存在物理、化學(xué)、生物和人機(jī)工程及社會(huì)心理(ergonomic and psychosocial hazards)等幾種類型的職業(yè)健康危害因素[1]。滑倒、跌落、中毒或感染(微生物)、皮膚病和聽力損傷是污水處理廠幾種常見的職業(yè)傷害，其中中毒或感染尤為受關(guān)注[2]。調(diào)查顯示：城市污水處理廠工人患癌癥和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率明顯高于普通人群[3-5]。2015年美國勞工局職業(yè)傷害率統(tǒng)計(jì)顯示：污水處理廠職業(yè)傷害率為4.5%，高于美國平均職業(yè)傷害率3.0%[6]。因此，污水處理廠被視為危險(xiǎn)工作環(huán)境之一，其職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)已成為國外職業(yè)健康領(lǐng)域的重要研究方向之一。

我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模比較大，截止2015年6月，僅城鎮(zhèn)污水處理廠就已達(dá)到3802座[7]，從業(yè)人數(shù)達(dá)到數(shù)十萬。因此，有必要加強(qiáng)我國城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為政府有關(guān)監(jiān)管部門和企業(yè)職業(yè)健康管理部門進(jìn)一步采取健康風(fēng)險(xiǎn)控制措施提供科學(xué)依據(jù)。本文就國內(nèi)外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估現(xiàn)狀進(jìn)行綜述和展望。

1　城市污水處理廠職業(yè)危害因素

1.1　污水處理工藝單元及職業(yè)危害因素

污水處理廠廠區(qū)一般可分為生產(chǎn)區(qū)和辦公區(qū)2個(gè)部分。生產(chǎn)區(qū)包括：格柵間、泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、生化池(曝氣池、厭氧池和缺氧池等)、分配井、沉淀池、污泥濃縮池、消化罐、加藥室、消毒池(加氯間或臭氧發(fā)生器)、過濾池、污泥脫水車間和污泥運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)工藝單元。辦公區(qū)包括：辦公樓、化驗(yàn)室和中控室等。污水處理工藝涉及的職業(yè)危害因素主要包括：噪聲、有毒有害物質(zhì)、病原微生物、夏季高溫輻射和高頻電場(chǎng)等，如表1所示。

表1　城市污水處理廠職業(yè)危害因素Table 1　Occupational hazards in urban sewage treatment plant

1.2　污水處理廠作業(yè)環(huán)境及職業(yè)危害特點(diǎn)

污水處理廠作業(yè)環(huán)境職業(yè)危害特點(diǎn)包括：

1)污水處理設(shè)備設(shè)施多是露天設(shè)置，自動(dòng)化程度較高，作業(yè)人員主要工作是巡檢、故障排除和維修。

2)辦公樓與污水處理設(shè)施距離較近，辦公人員會(huì)受到排放的有毒有害氣體影響。

3)職業(yè)危害因素種類不僅與污水處理工藝、設(shè)備設(shè)施和總圖布置有關(guān)，還與污水來源和性質(zhì)有關(guān)。因此，不同城市污水處理廠職業(yè)危害因素的種類不同。

2　我國城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀

2.1　合規(guī)性檢測(cè)與評(píng)價(jià)

自本世紀(jì)初以來，國內(nèi)有關(guān)職業(yè)衛(wèi)生研究與評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)依據(jù)職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范相繼開展了污水處理廠職業(yè)危害因素的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查識(shí)別、采樣檢測(cè)分析、危害分級(jí)和職業(yè)病危害控制效果評(píng)價(jià)等工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)超過職業(yè)接觸限值的危害因素，提出相應(yīng)的對(duì)策措施[8-11]。如韓鈺等[8]采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法對(duì)某城市污水處理廠多個(gè)工藝單元的有毒有害氣體和噪聲等職業(yè)危害因素進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：曝氣控制室的噪聲和污泥脫水間的硫化氫測(cè)定值均超過職業(yè)接觸限值；劉俊玲[9]對(duì)某污水處理系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害控制效果進(jìn)行竣工驗(yàn)收評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：職業(yè)病危害因素均未超過職業(yè)接觸限值, 接觸危害因素的在崗職工職業(yè)健康檢查未發(fā)現(xiàn)職業(yè)病癥或職業(yè)禁忌癥。我國早期城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是職業(yè)暴露評(píng)估，并未涉及健康評(píng)估，主要針對(duì)噪聲、有毒有害氣體、高頻電場(chǎng)、夏季高溫和照度等職業(yè)危害因素[8-11]，污水處理過程釋放的多種揮發(fā)性污染物和微生物氣溶膠的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還很欠缺。

2.2　污水處理廠空氣污染物釋放特征

近年來，國內(nèi)研究人員開始對(duì)我國城市污水處理廠工藝單元釋放的空氣污染物進(jìn)行定量分析，有關(guān)研究結(jié)果參見表2。由表2可以看出：污水處理過程釋放空氣污染物種類多，包括烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含硫有機(jī)物、含氧有機(jī)物、H2S，CS2和NH3等幾十種揮發(fā)性污染物；揮發(fā)性污染物釋放強(qiáng)度不同，格柵、沉砂池和污泥處理等單元釋放量大, 惡臭濃度高[13-19]，格柵和沉砂池惡臭濃度高是由于污水在城市管網(wǎng)中缺氧時(shí)間長(zhǎng)，厭氧微生物分解廢水中有機(jī)物產(chǎn)生較多惡臭氣體，剛進(jìn)入污水處理設(shè)施釋放量大，而污泥處理過程存在厭氧環(huán)境造成厭氧微生物分解污泥產(chǎn)生多種惡臭氣體；不同污水處理工藝、氣候和反應(yīng)條件等因素會(huì)影響揮發(fā)性污染物的釋放速率和釋放強(qiáng)度[16-17]，文獻(xiàn) [16]是開發(fā)區(qū)污水處理廠，工業(yè)污水較多，處理過程釋放的揮發(fā)性污染物濃度高；H2S是惡臭主要成分[17-19,21]，最高濃度達(dá)到145.7 mg/m3，H2S釋放與氣候和反應(yīng)條件等因素之間存在相關(guān)性，但其他揮發(fā)性污染物釋放特征與工藝條件等因素的相關(guān)性研究還很缺乏。

表2　我國城市污水處理廠空氣污染物釋放特征*Table 2　Emission characteristics of air pollutants from wastewater treatment plants in China

*表中各文獻(xiàn)報(bào)道的空氣采樣點(diǎn)是從污水進(jìn)水渠、格柵、沉砂池、初沉池、生化池(曝氣、缺氧、厭氧等)、二沉池、污泥濃縮池、污泥脫水、污泥儲(chǔ)存和辦公樓等作業(yè)場(chǎng)所或工作場(chǎng)所選取部分單元作為采樣檢測(cè)點(diǎn)，具體采樣點(diǎn)可參考原文獻(xiàn)。

2.3　污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

基于污水處理廠空氣污染物釋放特征研究，研究人員開始對(duì)污水處理廠空氣污染物職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，有關(guān)研究結(jié)果參見表3。由表3可以看出：評(píng)估方法主要采用美國環(huán)保署推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)估，因致癌斜率因子和非致癌參考劑量數(shù)據(jù)缺乏，目前，僅對(duì)部分苯系物和鹵代烴等幾種揮發(fā)性污染物的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估[18-20, 24]，VOS、鹵代芳香烴、鹵代酸酯和含氧有機(jī)物等[12-13]多種有毒有害氣體的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有待進(jìn)一步開展； 我國城市污水廠微生物氣溶膠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究處于起步階段，相關(guān)研究報(bào)道很少[22]，微生物氣溶膠中微生物種群分布特征、各種微生物與人類健康之間的劑量—效應(yīng)關(guān)系和微生物氣溶膠暴露因子等基礎(chǔ)研究工作還非常缺乏，有待進(jìn)一步開展。

表3　我國城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Table 3　Occupational health risk assessment in wastewater treatment plants in China

*終身致癌風(fēng)險(xiǎn)(LCR):LCR=CDI×SF, 式中LCR:終身致癌風(fēng)險(xiǎn)；CDI:污染物暴露量(mg/kg·d)；SF:致癌斜率因子(kg/mg·d)。LCR<10-6時(shí)，可以接受；10-610-4時(shí)，有較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。 非致癌危險(xiǎn)指數(shù)(HI)：HQ=CDI/RfD，HI=∑HQi， 式中HQ:非致癌風(fēng)險(xiǎn)商；RfD：污染物非致癌參考劑量(mg/m3)；HI: 多污染物的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)。HI總>1時(shí)，存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)；HI總<1時(shí)，則不會(huì)對(duì)人體造成傷害。

3　國外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀

3.1　污水處理廠空氣污染物釋放特征

國外主要采用GC-MS、臭覺法、電子鼻和微生物采樣培養(yǎng)等方法對(duì)城市污水處理廠工藝單元釋放的空氣污染物進(jìn)行檢測(cè)和表征，為職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)[25]，有關(guān)研究結(jié)果參見表4。

表4　國外城市污水處理廠空氣污染物釋放特征*Table 4　Emission characteristics of air pollutants from wastewater treatment plants abroad

續(xù)表4

*表中各文獻(xiàn)報(bào)道的空氣采樣點(diǎn)是從污水進(jìn)水渠、格柵、沉砂池、初沉池、生化池、二沉池、污泥濃縮池、污泥儲(chǔ)存、污泥脫水、污水分流建構(gòu)筑物和辦公樓等作業(yè)場(chǎng)所或工作場(chǎng)所選取部分單元作為采樣檢測(cè)點(diǎn)，具體采樣點(diǎn)可參考原文獻(xiàn)。

由表4可以看出:污水處理單元釋放的揮發(fā)性污染物包括H2S，VOS、苯系物、有機(jī)小分子酸、醛、酮和胺等數(shù)十種[26-27,29]，其中H2S濃度高達(dá)14 mg/m3 [27]或95×10-6[30];污水預(yù)處理單元(進(jìn)水渠、格柵間和初沉池)和污泥處理單元(濃縮、脫水和熱干化)臭味濃度和釋放速率高[31-36],但不同工藝單元臭氣釋放強(qiáng)度和速率差別比較大，文獻(xiàn)[32]和[34]報(bào)道的結(jié)果比較低，臭味濃度在12～800 OU/m3之間；而文獻(xiàn)[36]報(bào)道的結(jié)果很高,最高達(dá)到19 916 OU/m3，可能與污水處理技術(shù)和管理水平有關(guān)。另外臭味濃度與VOCs之間呈良好的線性關(guān)系[31];污水處理單元釋放到空氣中的生物氣溶膠含內(nèi)毒素、細(xì)菌、放線菌、真菌和病毒等多種微生物群[37-38]，曝氣池周圍空氣中細(xì)菌濃度夏天最大[39]，這由于曝氣使含微生物水滴容易在空氣中形成更多的氣溶膠顆粒。

不難看出，國內(nèi)外城市污水處理廠工藝單元釋放的空氣污染物種類基本一致，即揮發(fā)性污染物和生物氣溶膠，但國內(nèi)在生物氣溶膠暴露研究方面還比較欠缺。鑒于化學(xué)分析成本高，國外目前主要采用臭覺測(cè)量法(基本上都采用歐盟的EN 13725:2003)[30,32-36]和微生物空氣采樣培養(yǎng)法量化城市污水處理廠空氣污染物的釋放特征[37-39]。

3.2　污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

國外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估始于上世紀(jì)八十年代[40]，有關(guān)研究參見表5。

國外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采取問卷調(diào)查及生理指標(biāo)測(cè)量[41,48]、矩陣法[44]、生物標(biāo)記法[42-43]和劑量-反應(yīng)模型[45-47]。由文獻(xiàn)[41]和[48]研究結(jié)果可知，污水處理廠工藝單元釋放的臭氣和生物氣溶膠與工人的生理(呼吸系統(tǒng)病狀)和心理健康(厭惡感、消沉等心理問題)存在一定的相關(guān)性。矩陣法確定各種職業(yè)危害因素的健康風(fēng)險(xiǎn)，方法簡(jiǎn)單，但主觀性較強(qiáng)[44]。劑量-反應(yīng)模型評(píng)估結(jié)果顯示，污水入口處和污泥處理單元感染病毒的概率比較大[45-47]，但氣溶膠中各種微生物職業(yè)暴露感染機(jī)理不明確，難以確定生物氣溶膠暴露與工人的實(shí)際病狀或發(fā)病率之間的相關(guān)性。生物標(biāo)記法直接采集暴露者的生物樣本，評(píng)估多環(huán)芳烴和苯暴露的基因損傷和致癌風(fēng)險(xiǎn)[42-43]，結(jié)果表明室外工人職業(yè)暴露致癌風(fēng)險(xiǎn)明顯高于室內(nèi)辦公人員，這也為污水處理廠工人癌癥發(fā)病率高的現(xiàn)象提供了可能的解釋[49-50]。

表5　國外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Table 5　Occupational health risk assessment in wastewater treatment plants abroad

4　研究結(jié)論與展望

我國城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作主要有：依據(jù)有關(guān)職業(yè)接觸限值，對(duì)噪聲和有毒有害氣體等常規(guī)職業(yè)健康危害因素進(jìn)行調(diào)查、檢測(cè)和暴露評(píng)估；用化學(xué)法對(duì)污水處理單元釋放的多種揮發(fā)性污染物進(jìn)行檢測(cè)和表征；對(duì)部分揮發(fā)性有機(jī)物和微生物進(jìn)行職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。評(píng)估方法從合規(guī)性暴露評(píng)價(jià)向綜合性健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)展，為進(jìn)一步優(yōu)化污水處理工藝，合理選擇臭氣治理技術(shù)[51]，提高職業(yè)健康管理水平提供了科學(xué)依據(jù)。但揮發(fā)性污染物的釋放機(jī)理、釋放動(dòng)力學(xué)和預(yù)測(cè)模型等基礎(chǔ)研究還比較欠缺，VOS、鹵代芳香烴、鹵代酸酯和含氧有機(jī)物等有毒有害氣體[12-13]，以及生物氣溶膠的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等研究有待進(jìn)一步開展。

國外城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已形成比較系統(tǒng)的職業(yè)暴露檢測(cè)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。暴露檢測(cè)方法有：化學(xué)法、臭覺法、電子鼻[27]、微生物采樣培養(yǎng)、生物標(biāo)記[41]、化學(xué)傳感器[52]和模型預(yù)測(cè)法[32,53-54]；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法有：?jiǎn)柧碚{(diào)查及生理檢測(cè)、矩陣法、生物標(biāo)記法和劑量-反應(yīng)模型等[41-48]。但臭氣中多種揮發(fā)性污染物復(fù)合毒性和生物氣溶膠中各種微生物的職業(yè)暴露致病機(jī)理還不明確，難以確定職業(yè)暴露發(fā)病癥狀與暴露之間的關(guān)系。

綜上，城市污水處理廠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在以下幾個(gè)方面還有待深入研究：

1)職業(yè)危害因素種類問題。目前的研究主要針對(duì)揮發(fā)性污染物和生物氣溶膠職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)，而噪聲、人機(jī)工程和社會(huì)心理等職業(yè)危害因素的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還很缺乏。

2)暴露特征污染物問題。污水處理釋放的揮發(fā)性污染物和微生物種類都很多，如何根據(jù)各種揮發(fā)性污染物或微生物暴露水平及其健康風(fēng)險(xiǎn)的大小，確定特征污染物，以減少監(jiān)測(cè)量，同時(shí)加強(qiáng)各種污染物釋放機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究，建立可靠的預(yù)測(cè)模型。

3)暴露水平與實(shí)際病狀或發(fā)病率關(guān)系問題。雖然揮發(fā)性污染物和生物氣溶膠的暴露與污水處理廠工人的有關(guān)病狀或發(fā)病率存在一定的相關(guān)性，但不能明確是哪些或哪幾種污染物對(duì)工人健康造成傷害，需深入研究暴露致病過程或機(jī)理。

4)復(fù)合污染物健康風(fēng)險(xiǎn)問題。污水處理廠工作場(chǎng)所大部分是室外露天環(huán)境，不僅有工藝過程釋放的多種揮發(fā)性污染物和生物氣溶膠，而且還有大氣污染物(如PM2.5和PM10)，形成了固體顆粒物、多種揮發(fā)性污染物和生物氣溶膠等組成的復(fù)合污染物，有必要研究復(fù)合污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型或方法[55]。

5)職業(yè)危害因素與非職業(yè)危害因素問題。污水處理廠工人的健康不僅受到工作場(chǎng)所的物理、化學(xué)、生物和人機(jī)工程等職業(yè)危害因素的影響，而且還受到非職業(yè)環(huán)境因素影響(如家庭問題)。職業(yè)與非職業(yè)危害因素的復(fù)合對(duì)工人健康影響，有待研究[56]。

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