校園餐廚垃圾初期降解生物氣溶膠釋放特征及健康風險研究＊

劉彥君，湯倩格，王 盛，李振坤，王建兵

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京 100083）

0 引言

隨著垃圾分類的推廣與實施，大量餐廚垃圾從生活垃圾中被分離出來，截至2020 年底，北京市家庭餐廚垃圾分出量已達4 248 t/d［1］。餐廚垃圾中含有大量的病原微生物，處理過程中不可避免會以生物氣溶膠的形式進入空氣中［2-4］。大量流行病學研究發現生物氣溶膠暴露與人類健康存在顯著的關聯性［5-8］，生物氣溶膠可通過皮膚損傷、呼吸道等途徑引發人類呼吸道感染、哮喘、SARS 等疾病，還可能導致傳染病、過敏性疾病、神經系統疾病甚至是癌癥［9］。目前垃圾最終處置過程生物氣溶膠釋放及其健康風險已得到了關注。Heo等［10］發現衛生填埋場的細菌濃度為848 CFU/m3。Malecka-Adamowicz 等［11］發現衛生填埋場臨時堆放區的真菌氣溶膠濃度為3 747.5 CFU/m3。垃圾處理處置工人的呼吸缺陷疾病發病率偏高，且易感染相關傳染病［12］。華北地區某填埋場作業區及滲濾液處理區檢出了莫拉菌（Moraxellaceae）等多種潛在致病菌［13］，兒童哮喘的發生與莫拉菌屬呈正相關［14］。加拿大魁北克某堆肥場中發現空氣細菌濃度高達5.03×105CFU/m3，顯著高于周邊地區，增加了從業人員患呼吸道過敏性疾病或腸道疾病的風險［15］。Kaarakainen 等［16］證明了堆肥過程有機固廢與生物氣溶膠中的曲霉菌屬（Aspergillus）和青霉菌屬（Penicillium）有顯著相關性［17］。

已有研究證實，城市環境空氣中的致病菌與鄰近的城市公共衛生及設施密切相關［18-19］。不同于垃圾填埋場，餐廚垃圾在校園內暫存時間短，處于初期降解階段，氣溶膠的釋放與污染特征尚不明晰，其相關研究還很有限，目前盧冰潔等［20］對上海市生活垃圾房氣溶膠中可培養細菌及奚豪［21］對杭州市某校園垃圾堆放點細菌和真菌氣溶膠的研究已證明餐廚垃圾初期降解釋放的生物氣溶膠中確實存在一些致病菌。此外，大學校園屬于人員集中、交流頻繁的復雜場所，學生與工作人員在傾倒與處理餐廚垃圾的過程中存在生物氣溶膠暴露風險，研究校園內生物氣溶膠中可能存在病原菌將有助于校園垃圾的合理管理和控制。此外，目前有關垃圾處理過程細菌氣溶膠的污染特性較多［7，22-23］，而真菌相關研究較少。因此，針對校園餐廚垃圾初期降解過程釋放的生物氣溶膠的濃度粒徑、群落結構、氣溶膠化水平及對人體健康風險的影響開展研究，可為校園垃圾管理控制提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2023 年3 月24 日、4 月1 日、4 月7 日、7 月9 日、7 月16 日及7 月25 日在北京市某大學開展校園餐廚垃圾生物氣溶膠樣品采集，該采樣點位于校園餐廳后，餐廳產生的餐廚垃圾臨時存放于此，并于21：00 清運至垃圾轉運站。采樣點日常均堆放多個餐廚垃圾桶，堆放時間超過8 h，因此存在生物氣溶膠擴散污染的問題。此外，該采樣點是學生前往校園餐廳用餐的途經地，用餐高峰期人流量大，餐廚垃圾堆放于此會釋放生物氣溶膠，可能會對學生健康產生危害。使用中流量總懸浮顆粒物（Total Suspended Particulate，TSP）采樣器（TW-2200A，青島拓威，中國）于每個采樣日的9：00 至18：00 將餐廚垃圾桶上方的非培養生物氣溶膠采樣至玻璃纖維膜上，采樣高度1.5 m，采樣流量100 L/min。每個采樣日同時采集遠離餐廚垃圾桶的環境空氣TSP 樣品作為對照。采樣結束后將采樣膜放入無菌鋁箔，經高通量測序分析TSP 樣品中微生物特征。

使用安德森六級采樣器（JWL-6，北京中飛華正，中國）采集可培養生物氣溶膠，采樣流量28.3 L/min，高度1.5 m，采樣時間10 min，每個采樣日進行3 次平行采樣和空白樣品采集。安德森六級篩孔撞擊式空氣微生物采樣器可模擬人體呼吸道的解剖結構及其空氣動力學生理特征，將懸浮在空氣中的微生物粒子按照不同粒徑分別收集［24］。六級采樣的有效截留粒徑及對應的人體呼吸系統結構分別為7.0 μm（鼻腔）、4.7 μm（咽喉）、3.3 μm（氣管和主支氣管）、2.1 μm（次支氣管）、1.1 μm （末端支氣管） 和0.65 μm （肺泡）［25］。使用牛肉膏蛋白胨培養基采集可培養細菌氣溶膠，沙氏葡萄糖培養基采集可培養真菌氣溶膠。采樣前用高壓蒸汽滅菌鍋對培養基進行滅菌處理（121 ℃，15 min）后裝于直徑90 mm 的培養皿中，并使用75% 酒精棉球擦拭采樣器撞擊盤。采樣完成后，將所有培養皿蓋上蓋子，并立即運回實驗室進行下一步的培養、計數。

采樣同時測定并記錄風速、風向、溫度、濕度、云量、紫外強度等環境信息。采樣結束后，使用四分法取500 g 餐廚垃圾稱量各組分的質量并計算其占比，另采用相同方法取200 g 餐廚垃圾帶回實驗室進行理化分析，其中含水率和總固體含量采用烘箱烘干法測定，有機質含量采用灼燒法測定，pH 采用玻璃電極法測定，研究采集的餐廚垃圾主要成分為米面類（39.6%±2.7%）、蔬菜類（28.6%±2.5%）、蛋殼類（3.6%±0.8%）、肉骨頭類（17.2%±6.4%）和水果類（11.0%±3.8%），其理化性質為含水率74.1%±2.2%、總固體含量25.9%±2.2%、有機質含量46.0%±8.4%、pH 5.7±0.3。

此外，每次采樣均取10 g 混合均勻的餐廚垃圾對其中的微生物進行高通量測序。

1.2 微生物培養及計算

1.2.1 可培養微生物分析及計算方法

將采集到的細菌和真菌培養皿帶回實驗室分別于培養箱內37 ℃下培養48 h、25 ℃下培養96 h［26］。培養結束后統計每一級培養皿上的菌落數（Colony Forming Units，CFU），可培養空氣微生物的濃度計算如式（1）所示：

式中：C為空氣微生物總濃度（CFU/m3）；T為六級總菌落數（CFU）；t為采樣時間（min）；Q為空氣流量（L/min）。

由于隨著采樣器捕獲粒子數量的增加會導致出現粒子撞擊在培養皿上同一位置的重疊情況，因此采用Positive-hole 法［24］對所捕獲的各級細菌、真菌粒子進行校正，如式（2）所示：

式中：Pr為校正后的菌落數；r為實際的菌落數；N為采樣器各級采樣孔數。

1.2.2 非培養微生物分析及計算方法

采用16S rRNA 和ITS 對TSP 樣品進行測序，細菌擴增區域選擇16S V3-V4 區引物（338F5’-A CTCCTACGGGAGGCAGCA-3’）、（806R5’-GGAC TACHVGGGTWTCTAAT-3’），真菌選擇ITS1-ITS2區引物（ITS3-F5’-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3’）、（ITS4-R5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’）16S。使用Illumina Nova 6000 平臺對構建的擴增子文庫進行測序獲得原始序列，通過QIIME-1.9.1 將原始序列去雜后得到高質量序列進行后續分析。以97% 的相似度作為可操作單元（Operational Taxonomic Units，OTUs） 進 行OTUs 劃 分。利 用QIIME 分析序列可生成不同分類水平上（門、屬）的物種豐度表，進而根據OTUs 列表中的各樣品物種豐度情況分別計算α 多樣性指數用以表征群落的物種多樣性。

根據餐廚垃圾和生物氣溶膠中的微生物相對豐度可以計算生物氣溶膠化指數（BI），量化微生物的氣溶膠化行為，可用于進一步評估潛在的健康風險。BI 的計算方法見式（3）：

式中：RAaerosol為微生物氣溶膠樣品中微生物的相對豐度；RAwaste為餐廚垃圾樣品中微生物的相對豐度。

1.3 健康風險分析

1.3.1 非致癌暴露風險評估

生物氣溶膠的暴露途徑主要包括呼吸吸入和皮膚接觸。氣溶膠中微生物整體可視為非致癌物，針對所有可培養微生物，基于美國環境保護署建議的平均日劑量率（ADD）對人體暴露風險進行評估，參考《中國人群暴露參數手冊（成人卷）》［27］，它適用于中國各地的環境，并已廣泛應用于環境和微生物暴露風險評估［18，28］，平均日暴露劑量率ADD皮膚和ADD呼吸的計算方法見式（4）和式（5）［29］：

式中：IR 為呼吸速率（m3/d），成年男性為18.65 m3/d、成年女性為14.80 m3/d；ED 為暴露年限（a），取值24 a；EF 為暴露頻率（d/a），取值250 d/a；SA為皮膚接觸面積（m2），取值0.215 m2；Pc為皮膚滲透率（m/h），取值0.001 m/h；BW 為人體質量（kg），成年男性為62.7 kg、成年女性為54.4 kg；AT 為平均壽命（d），成年男性為69.6×365 d、成年女性為73.3×365 d［30-31］。

使用式（6）中的健康風險熵（Hazard Quotient，HQ）［32］評估微生物的非致癌風險：

式中：HQ呼吸為呼吸吸入的健康風險熵；HQ皮膚為皮膚接觸的健康風險熵；HQ 為總健康風險熵，當HQ＜1，風險較小，可以忽略，當HQ＞1 時，風險較高；RfD 為參考劑量，細菌取500 CFU/（d·kg）、真菌取500 CFU/（d·kg），該值引自美國政府工業衛生工作者會議（American Conference of Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）提出的健康暴露風險參考劑量［29，33-34］。

1.3.2 微生物年暴露風險及疾病負擔評價

以致病微生物菌屬為特定危害物質，利用微生物年暴露風險及疾病負擔評價方法，計算餐廚垃圾初期降解暴露人群的年感染風險（Py）和疾病負擔（Disease Burden，DB）。根據國家病原微生物資源庫中的致病性菌屬種類，綜合考慮本研究氣溶膠中可培養微生物的濃度和菌屬相對豐度，選擇Pseudomonas和Fusarium作為條件致病細菌和真菌，其濃度計算方法見式（7）：

式中：M為環境氣溶膠中可培養的致病微生物濃度（CFU/m3）；C為環境氣溶膠中可培養的總菌落濃度（CFU/m3）；F為測序數據中菌屬在總可培養菌落數的占比（%）。

日暴露劑量的計算方法［35］如式（8）所示：

式中：d為日暴露劑量（CFU）；t為日暴露時間（h），工作人員為8 h、學生為0.5 h；AG 為攝入率（%），工作人員攝入率取10%、學生攝入率取1%［36］。

日感染風險（Pi）和年感染風險（Py）的計算方法如式（9）和式（10）所示：

式中：Pi為日感染風險（d）；γ為指數模型參數，取值8.05×10-8［37］；Py為年感染風險，即暴露1 a 后被感染的風險（a）；n為暴露頻率，取n為250 d。

疾病負擔的計算如式（11）所示：

式中：DB 為疾病負擔，用傷殘調整壽命年（Disability-adjusted Life-years，DALY） 指標來表示；HB 為健康負擔，取HB 為0.045［37］。

2 結果與討論

2.1 可培養生物氣溶膠濃度分布特征

餐廚垃圾釋放生物氣溶膠中可培養細菌和真菌的平均濃度分別為（116.95±23.01）CFU/m3和（224.78±27.69）CFU/m3（圖1）。真菌濃度高于細菌濃度，采樣點細菌和真菌的環境本底濃度分別為（32.80±3.61） CFU/m3和（54.57±17.24） CFU/m3，餐廚垃圾釋放的微生物濃度遠高于環境本底值，說明餐廚垃圾堆放和初期降解過程大量微生物會以氣溶膠的形式逸散至周圍的空氣中。孫帆等［38］發現校園垃圾房細菌氣溶膠的濃度平均值為111 CFU/m3；盧冰潔等［20］發現校園垃圾房細菌氣溶膠的濃度范圍為56～428 CFU/m3，居民區垃圾房的濃度為51～422 CFU/m3，與本研究氣溶膠濃度結果較為接近。郭康旗［39］發現夏季學校真菌氣溶膠濃度為（481.96±272.34）CFU/m3，室外真菌氣溶膠濃度為（635.03±337.84）CFU/m3，約為本研究餐廚垃圾真菌氣溶膠濃度的2～3 倍。研究結果顯示真菌濃度高于細菌濃度，原因可能是真菌和細菌的釋放形式不同，真菌往往通過孢子形式釋放到空氣中，顆粒小，易進入空氣，而細菌更多以顆粒形式存在，粒徑更大［25］，并且生物氣溶膠的釋放受到環境條件的影響，例如溫度、濕度等。奚豪［21］對杭州某校室外餐廚垃圾堆放點不同季節氣溶膠的采樣也發現真菌濃度高于細菌濃度。相比于校園餐廚垃圾，垃圾填埋過程釋放的生物氣溶膠濃度通常較高。華北某生活垃圾填埋場作業區的空氣可培養細菌濃度最高可達8 051 CFU/m3［40］。Madhwal 等［41］發現印度某填埋場空氣真菌氣溶膠平均濃度為（4 582.75±1 358.25）CFU/m3。垃圾填埋場的垃圾量大、成分復雜，且在填埋作業過程中垃圾傾倒、攤鋪等操作均導致氣溶膠濃度較高。本研究中校園餐廚垃圾處于初期降解階段，堆存時間不超過1 d，因此氣溶膠濃度較低。對比中科院生態研究中心發布的大氣微生物評價分級標準［42］和張華玲等［43］的評級方法，校園餐廚垃圾釋放氣溶膠中的細菌濃度均未超過限值（500 CFU/m3），但真菌濃度超過了清潔空氣限值（200 CFU/m3），屬于較清潔空氣。綜上分析表明，餐廚垃圾在初期降解過程中，附著在垃圾上的微生物會進入到空氣中形成生物氣溶膠，且以真菌污染為主。

圖1 不同樣品來源的可培養生物氣溶膠濃度Figure 1 Culturable bioaerosol concentrations of samples from different sources

2.2 可培養微生物氣溶膠粒徑分布特征

餐廚垃圾初期降解產生的細菌和真菌氣溶膠在粒徑分布上有較大差異，如圖2 所示。細菌氣溶膠主要分布在較大粒徑的Ⅰ級和Ⅳ級上，其粒徑范圍和濃度分別為≥7.0 μm、（31.0±3.6）CFU/m3和2.1～3.3 μm、（26.1±55.8）CFU/m3。真菌氣溶膠主要分布在中間粒徑Ⅳ級和Ⅴ級，其粒徑范圍和濃度分別為2.1～3.3 μm、（55.8±17.6） CFU/m3和1.1～2.1 μm、（47.9±18.9） CFU/m3。有研究表明，某校園垃圾房可培養細菌粒徑主要分布在Ⅰ級（占比37.30%）和Ⅲ級（3.3～4.7 μm，占比15.42%）［20］。孫強等［44］對蘭州某小區垃圾房內微生物氣溶膠粒徑分布的研究發現，細菌峰值出現在Ⅲ級（占37.5%）。許鵬程等［45］發現某大學校園內細菌氣溶膠粒徑主要分布在Ⅰ級（約380 CFU/m3），其次為Ⅳ級（約220 CFU/m3）。微生物粒徑＜4.7 μm 時易通過人體的咽喉到達氣管和肺泡等組織，并導致呼吸系統疾?。?6］。研究中可培養細菌和真菌粒徑在＜4.7 μm 的尺度上占比分別為64.0%±6.4% 和74.0%±5.1%。與細菌相比，真菌氣溶膠粒徑明顯更小。細菌主要依靠附著在固、液顆粒上形成細菌氣溶膠，顆粒較大，而真菌通常以孢子或菌絲的形式獨立存在于空氣中［47-48］。因此真菌氣溶膠有更大的吸入風險。

圖2 可培養生物氣溶膠粒徑濃度和占比Figure 2 The concentration of each particle size and its proportion of the culturable bioaerosol

2.3 非培養微生物群落結構特征

不同樣品的α 多樣性指數如表1 所示。各樣品覆蓋度（Coverage）都接近1，可代表樣品真實情況。細菌與真菌氣溶膠樣品的ACE 指數、Chao1 指數均大于環境背景值，表明氣溶膠樣品的豐富度大于環境空氣，說明氣溶膠中的微生物除來源于環境空氣外，還有一部分來自于餐廚垃圾。細菌氣溶膠的ACE 指數和Chao1 指數高于真菌，說明細菌氣溶膠群落中含有的OTU 數目多，群落的豐度大于真菌。細菌氣溶膠樣品Shannon 指數大于真菌氣溶膠，Simpson 指數則與之相反，說明細菌氣溶膠中微生物群落的多樣性更高。

表1 不同樣品α 多樣性指數Table 1 α diversity index of different samples

細菌生物氣溶膠、環境背景空氣及餐廚垃圾樣品在門水平的群落結構組成如圖3（a）所示。可以看出在門水平上，氣溶膠樣品和餐廚垃圾樣品群落結構相同但相對豐度存在一定差異。氣溶膠樣品的優勢菌門為Proteobacteria、Firmicutes 和放線菌門（Actinobacteria），但餐廚垃圾中的優勢菌門為Firmicutes。Proteobacteria 是細菌中最大的一門，包括許多病原菌，如沙門氏菌、大腸桿菌等。同樣，奚豪［21］發現杭州市校園垃圾氣溶膠中Proteobacteria占比較大。氣溶膠中的藍細菌門（Cyanobacteria）并未在餐廚垃圾樣品中檢出，也可說明氣溶膠中的微生物同時會受到環境的影響。圖3（b）為不同樣品真菌群落結構，與細菌相比，氣溶膠及餐廚垃圾中真菌群落的相對豐度明顯下降，氣溶膠和餐廚垃圾真菌群落結構相似，但相對豐度存在差異。環境空氣樣品真菌種類很少，僅有Ascomycota、Basidiomycota 和毛霉菌門（Mucoromycota）。Ascomycota 和Basidiomycota 能分泌多種纖維素和半纖維素降解酶，是垃圾降解過程中重要的菌門，也是研究中氣溶膠樣品的優勢真菌門。劉曄［49］在廣州某填埋場的氣溶膠中也發現了類似的結果。此外，氣溶膠和餐廚垃圾樣品的優勢菌門均有霉菌門（Mortierellomycota）和Mucoromycota，說明它們能從餐廚垃圾進入到空氣中，形成生物氣溶膠。

圖3 細菌和真菌不同樣品門水平群落結構（A：空氣樣品，W：餐廚垃圾樣品，B：環境背景值）Figure 3 Bacteria and fungi phyla horizontal community structure of different samples（A：air sample，W：food waste sample，B：environmental background value）

細菌屬水平注釋的結果如圖4（a）所示。氣溶膠與餐廚垃圾樣品在屬水平菌群組成有相似之處，二者共有主導菌屬無色菌屬（Achromobacter）和Pseudomonas。此外，細菌氣溶膠的主導菌屬有Sphingomonas、假節桿菌屬（Pseudarthrobacter）和馬賽菌屬（Massilia），餐廚垃圾的主導菌屬有乳桿菌屬（Lactobacillus）、不動桿菌屬（Acinetobacter）和魏斯氏菌屬（Weissella）。與環境背景樣品相比，氣溶膠樣品中還出現了明串珠菌屬（Leuconostoc），而其也在餐廚垃圾樣品中存在，說明氣溶膠中的微生物部分來源于餐廚垃圾。檢測到的細菌中，有一些屬于潛在致病菌或機會致病菌，如Pseudomonas是一種常見致病菌，會導致人體產生化膿性病變。Acinetobatcer在人體抵抗力下降時會引起呼吸道感染，是肺部感染的致病菌，Corynebacterium是一種條件致病菌，會導致急性呼吸道傳染病［50-51］。真菌樣品經過屬水平注釋結果如圖4（b）所示，可以明顯觀察到空氣真菌的群落結構與其對應的餐廚垃圾有很大相似性，餐廚垃圾中真菌的結構越復雜，則對應空氣真菌的菌屬種類越多。氣溶膠樣品的主導菌屬均為單孢哈薩克斯坦酵母屬（Kazachstania），餐廚垃圾中的主導菌屬為念珠菌（Candida）。Fusarium雖未在前20 種主導真菌屬中，但所有氣溶膠樣品中均有檢出，其為致病菌屬，可引起角膜真菌病、真菌肉芽腫（如足菌腫）、甲真菌病或創傷感染，需要注意防護［21］。

圖4 細菌和真菌不同樣品屬水平群落結構（A：空氣樣品，W：餐廚垃圾樣品，B：環境背景值）Figure 4 Bacteria and fungi genera horizontal community structure of different samples（A：air sample，W：food waste sample，B：environmental background value）

2.4 氣溶膠化水平

從門和屬水平對餐廚垃圾初期降解產生微生物的氣溶膠化水平進行了探究，由圖5 可知，門水平和屬水平上，細菌都比真菌更容易氣溶膠化，但各個菌門、屬之間的氣溶膠化水平差異明顯。異常球菌-棲熱菌門（Deinococcus-Thermus）、Massilia、Basidiomycota 和黑團孢屬（Periconia）優先氣溶膠化，氣溶膠化指數分別為116.8±65.36、66.8±32.9、4.4±3.2 和14.6±13.6。Bacteroidetes、Pseudomonas、Acinetobacter和Fusarium為條件致病菌，氣溶膠化指數＞1，需引起關注。此外，Firmicutes 雖在餐廚垃圾及氣溶膠細菌門的豐度較高，但其氣溶膠化指數未超過1，說明研究中Firmicutes 與其他優勢菌門相比具有更低的氣溶膠化水平。

圖5 細菌和真菌生物氣溶膠化指數Figure 5 Bacteria and fungal bioaerosolization index

2.5 環境因素對氣溶膠的影響

環境因素與氣溶膠微生物屬水平的相關關系如圖6 所示。溫度、濕度和大氣壓強與大部分優勢菌屬有顯著相關性。溫度和濕度是影響微生物生存和繁殖的重要因素［52］，低溫可降低微生物機體的代謝活力，抑制其生長和繁殖，高溫可能使微生物體內的蛋白質和核酸變性失活。本研究校園餐廚垃圾氣溶膠中Pseudomonas和無色桿菌屬（Achromobacter）與溫度呈明顯正相關，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）與溫度、濕度呈明顯負相關。相比細菌，溫度對真菌濃度的影響更大，絕大部分優勢真菌屬與溫度、濕度呈負相關，與大氣壓強、云量呈正相關，Candida與溫度正相關性較大，與濕度和風速呈弱正相關性。研究表明，環境溫度為20 ℃左右時，空氣微生物濃度最高，溫度超過25 ℃時，微生物濃度隨溫度增加而逐漸降低［53］。Fr?czek 等［7］在波蘭馬洛波爾斯卡某填埋場的研究發現最高的真菌氣溶膠濃度出現在夏季（平均氣溫17～19 °C，1 439～16 445 CFU/m3），明顯高于秋季（平均氣溫10～12 ℃，172～3 567 CFU/m3）、冬季（平均氣溫-2～2 ℃，112～2 531 CFU/m3）和春季（平均氣溫8 ℃，245～1 939 CFU/m3）。Huang 等［54］發現，冬季空氣中的真菌濃度較高，這歸因于位于臺灣南部的采樣區，冬季濕度低于夏季，而低濕度是有利于真菌菌落產生分生孢子的重要因素。除微紅微球菌屬（Rubellimicrobium），紫外光強和風速與別的優勢菌屬相關性不強。風速會影響細菌和真菌繁殖體的傳輸，當風速小于2 m/s 時，環境中總空氣微生物濃度隨風速的增加逐漸升高；當風速大于2 m/s 時，濃度隨風速的增加逐漸降低［47］。

圖6 細菌和真菌生物氣溶膠與環境因子的相關性熱圖Figure 6 Heatmap of the correlation between bioaerosol and environmental factors of bacteria and fungi

2.6 健康風險評價

校園餐廚垃圾釋放生物氣溶膠的非致癌健康風險如圖7 所示。呼吸吸入的非致癌健康風險遠高于皮膚接觸的。而真菌氣溶膠非致癌健康風險高于細菌氣溶膠，其中真菌和細菌氣溶膠的平均HQ 分 別 為7.68×10-3±1.51×10-3和1.82×10-3±1.83×10-3。成年女性HQ皮膚要高于男性，主要原因是女性的人體質量要低于男性。而HQ呼吸則與之相反，成年男性的HQ呼吸要遠大于成年女性，主要原因是男性的呼吸速率要大于女性。但不論是成年男性還是成年女性，細菌和真菌的總HQ 均低于美國環保署（US EPA）［33］規定的最大可接受水平1。

圖7 不同人群暴露于餐廚垃圾氣溶膠的非致癌健康風險Figure 7 Non-carcinogenic health risks in different populations from food waste aerosol exposure

進一步量化評估Pseudomonas和Fusarium的年感染風險和疾病負擔。如表2 所示，工作人員的Py和DB 均高于學生且超過了US EPA 的年感染風 險 基 準 值（Py≤10-4a）［55］和 世 界 衛 生 組 織（WHO）的疾病負擔基準值（DB≤10-6）［56-58］，這主要與兩者不同的暴露時間有關。Carducci 等［59］證實了健康風險隨著暴露時間的增加而增加的趨勢，學生的暴露時間要低于工作人員，因此其人體健康風險也要更低。無論是工作人員還是學生，男性的Py和DB 均高于女性，主要原因是男性的呼吸速率高于女性，從而導致更高的暴露風險［60］。Haas 等［61］證實正確使用口罩可以有效降低氣溶膠的攝入率，從而顯著降低感染風險［62］。

表2 校園學生及工作人員年感染風險及疾病負擔Table 2 Annual infection risk and disease burden of campus students and staffs

3 結論與建議

3.1 結論

1）校園餐廚垃圾初期降解釋放的生物氣溶膠真菌濃度大于細菌濃度且高于環境背景濃度，可培養細菌和真菌微生物粒徑分布存在明顯差異，直徑＜4.7 μm 的細菌細顆粒物粒徑占比低于真菌占比，細菌氣溶膠主要分布在Ⅰ級（≥7.0 μm），真菌氣溶膠在Ⅳ級（2.1～3.3 μm）。

2）氣溶膠微生物群落結構與餐廚垃圾相似。細菌氣溶膠微生物豐度大于真菌氣溶膠，細菌氣溶膠的優勢菌門主要有Proteobacteria 和Firmicutes，前者更易氣溶膠化；真菌氣溶膠優勢菌門主要有Ascomycota 和Basidiomycota，兩者均易氣溶膠化。

3）在一定范圍內，細菌優勢菌門和菌屬主要與環境溫度和濕度呈正相關，真菌優勢菌門和菌屬與環境溫度呈負相關，其他環境因素如風速、紫外光強度、云量、大氣壓強等相關性較弱。

4）呼吸吸入的非致癌健康風險高于皮膚接觸，但均低于US EPA 規定的最大可接受水平。但是Pseudomonas和Fusarium對工作人員的年感染風險和疾病負擔均高于基準值。

3.2 建議

1）密封化處理：對校園餐廚垃圾的收集儲存容器進行改進，采用氣密性更好的密封化設計，減少生物氣溶膠的源頭釋放。

2）定期清理：加強對校園餐廚垃圾收集容器的定期清理和消毒，可以減少餐廚垃圾細菌、真菌等微生物的滋生。

3）通風改善：優化校園餐廚垃圾堆存點的通風條件，利用人工通風設施，降低生物氣溶膠在垃圾堆存點的積聚。

4）監測與評估：建立校園餐廚垃圾堆存點生物氣溶膠釋放水平的檢測機制，定期對釋放水平進行評估，并根據評估結果進行調整和改進。

5）安全防護：提高工作人員對感染風險的認識，工作人員應加強健康防護，包括佩戴口罩、手套等防護用具，以減少接觸可能存在的病原微生物。此外應進行定期的健康檢測，特別針對呼吸系統、皮膚等容易受到Pseudomonas和Fusarium感染的部位。