城市杂用再生水吸入暴露风险因子研究

Recycling of municipal wastewater is one of the strategies to relief water shortage in China. However, the safety problem of reclaimed water in different applications has not been well studied. Our previous studies showed that the reuse in carwash and garden irrigation can cause strong and direct exposure to human through inhalation. We found that the acute inhalation exposure in mice can cause intensive inflammation in the lung, and lung damages were observed under subchronic exposure close to real situation. Therefore, this project will continue the study of toxicity of reclaimed water through long-term inhalation exposure of different doses in mouse model, screen the most sensitive test endpoint, analyze the potential toxicities of different pollutant fraction, like microorganisms, endotoxin, and small molecular weight chemicals, figure out the main risk factor, and finally, derive the dose-response relationship between the risk factor and lung damage effect, and estimate the health threshold. This study can provide scientific support for the safe use and health-based water quality standard of reclaimed water.

城镇污水再生利用是我国解决水资源短缺的战略途径之一，但是再生水在应用过程中的安全性却没有得到充分的研究。我们的前期研究表明，再生水在洗车、绿地灌溉等城市杂用过程中对人体产生直接吸入暴露，且小鼠急性吸入暴露再生水可产生很强的肺部炎症反应，在模拟真实暴露条件下的亚慢性预实验中发现再生水能导致肺组织实质性损伤。因此，本项目将继续前期研究，通过亚慢性吸入暴露实验，研究在再生水长期不同低剂量吸入暴露过程中对肺组织产生的毒性和实质性损伤，筛选反映再生水吸入暴露最灵敏的毒性检测终点，分析内毒素等大分子，微生物和小分子污染物等不同组分在肺部的潜在毒性作用，筛选主要风险因子，并得出剂量-效应关系，推算健康阈值。本研究可为再生水安全利用和建立以健康为基础的再生水标准提供科学依据。

我国是水资源短缺国家，水污染情况也十分严峻。再生水利用是解决水资源和水污染问题的一条重要途径。2021年初发改委印发《关于推进污水资源化利用的指导意见》，提出到2025年，全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上，京津冀地区达到35%以上。然而，再生水在城市杂用过程中，如洗车、草地浇灌、景观喷泉等，会以水雾形式对职业人群和普通民众产生吸入暴露，其健康影响仍不清楚。.本项目根据针对再生水吸入暴露健康危害开展研究，获得主要成果如下：.（1）建立了一套适用于再生水亚慢性吸入暴露实验的简便暴露系统，可同时进行至多6组不同的吸入暴露实验，并获得了专利。同时该再生水暴露和动物健康危害检测方法还申请了环境科学学会的团体标准《再生水利用 吸入毒性检测指南》，并于2020年8月获得立项；.（2）发现再生水中的游离内毒素和微生物组分都是亚慢性吸入暴露风险因子，健康危害的最佳效应终点是肺灌洗液多形核细胞比例和肺切片诱导性支气管旁淋巴组织面积；.（3）发现在急性暴露和慢性暴露实验中，再生水中的内毒素完全通过TLR4受体产生肺部炎症反应，且不同再生水具有相同的炎症诱导能力，再生水中存在其他潜在风险因子能通过非TLR4受体通路引起肺部损伤，并且诱导获得性免疫反应IgA的生成，说明获得性免疫在再生水诱导的炎症反应中也起到一定作用；.（4）通过12周暴露实验，以再生水内毒素活性摄入量为剂量，肺诱导性支气管旁淋巴组织面积为检测终点，获得小鼠的亚慢性吸入暴露安全阈值为31.85 EU/(kg·d)；根据种间差异和亚慢性到慢性暴露的不确定性，得到人体慢性吸入暴露安全阈值为4.1 EU/(kg·d)。.（5）发表相关SCI论文5篇，获得专利1项，培养博士后2名，博士生1名，硕士1名。.以上成果首次揭示了再生水在长期城市杂用过程中产生吸入暴露的潜在健康危害，筛选获得了再生水中需管控的风险因子，揭示了它们产生肺部炎症效应的主要机理，为再生水的大规模应用和水质安全管理提供了坚实的科技支撑。