再生水景观回用中病原微生物污染特征及基于低频度暴露的风险评价研究

Reclaimed water reuse for landscape waters is a main routine of water reuse. To evaluate the health risk caused by pathogenic microorganisms in low frequency exposure to reclaimed water is of great significance to ensure the safety of water reclamation. In this study, it will be investigated the distribution and occurrence of pathogens in reclaimed water and spread mediums by many analysis techniques including real-time PCR, flow cytometry analysis and molecular cloning. The results can illustrate the characteristics of pathogens contamination in reclaimed water. Survival and decay of pathogenic microorganisms in transmission will be illuminated by waterborne experiment and aerosol spread experiment. Based on the knowledge of the reuse ways and behavior in various populations in reclaimed water reuse for landscape waters, high risk exposure pathway will be clarified. Using the dose of single exposure in the typical high risk exposure pathway measured by exposure experiment and exposure factors of populations, proper dose-response model can be selected. Based on the above research, we will propose microbial risk assessment method under low frequency exposure in reclaimed water reuse for landscape waters. This research project can provide scientific basis and technical supports for safety of water reuse, and has important theoretical significance and practical value.

再生水景观回用是污水再生利用的主要途径，准确评价再生水低频度暴露条件下病原微生物造成的健康风险对于保障再生水回用安全具有重要意义。本研究拟利用实时荧光定量PCR、流式细胞分析、分子克隆等多种技术手段，研究病原微生物在再生水和传播介质中的分布特性和赋存状态，揭示其污染特征；通过介水传播实验和气溶胶播散实验，阐明病原微生物在传播过程中的衰减特性；调查掌握我国再生水景观回用的方式以及各类人群对再生水的暴露行为，明确再生水景观回用的高危暴露途径；利用暴露模拟实验测算得到典型高危暴露途径的单次暴露剂量，结合各类人群暴露特征参数选择合适的剂量-反应关系模型。在此基础上，建立低频度暴露条件下的再生水病原微生物风险评价方法。项目的研究成果将为再生水回用安全保障提供科学依据和技术支撑，具有重要的理论意义和实用价值。

本项目旨在研究再生水景观回用中的病原微生物的存活和传播特性，以及人群在景观娱乐用水活动中的暴露参数，在此基础上定量评价再生水景观回用中病原微生物造成的健康风险。通过16SrDNA高通量测序分析、实时荧光定量PCR、药敏分析等技术，阐明了再生水和城市景观水体中的微生物群落结构，以及病原菌和耐药菌分布特征，发现污水厂二级处理出水作为补给水源会增加景观水体中的病原菌和耐药基因含量。景观水体中存在一定数量的可接合转移耐药菌，紫外线消毒能够有效抑制细菌光复活和质粒转移，且提高辐照剂量效果会更加明显。制备出磁性壳聚糖氧化锌微球，在地表水中的除菌率高达5-log以上，并且具有长效抑菌能力。构建了喷洒模拟实验系统，研究了喷洒环境中气溶胶的浓度分布和粒径分布特征，发现细菌气溶胶粒子主要集中在2.1~4.7μm范围内，与喷洒水源细菌浓度无关；随着与喷头水平距离的增加，细菌气溶胶中值粒径逐渐减小。采用实验测定和计算流体力学相结合的方法，描绘出一定喷洒条件下水气溶胶浓度的空间分布特征。利用SYBR和PI荧光染料，建立了基于流式细胞术的细菌活性快速定量检测方法。通过对我国10个城市2000余名居民的问卷调查，发现与气溶胶相关的暴露行为在再生水景观回用中需要特别关注。在问卷调查数据统计分析和模拟实验的结果上，得出我国城市居民在观看喷泉、互动喷泉、绿地喷洒、道路喷洒等场景中的单次暴露时间和年暴露频率。引入“雾化因子”构建了病原菌吸入性健康风险评价模型，以大肠杆菌目标病原菌，结合调查得到的暴露参数，计算出我国成年人和儿童在四类喷洒场景中的单次暴露健康风险和年健康风险，观看喷泉和互动喷泉场景下的年健康风险较高，但都在10-4以下，属于可接受风险水平。项目的研究成果为再生水景观回用的微生物风险控制提供了科学依据，对再生水安全回用具有重要的理论意义和实用价值。