城市污水处理厂职业健康风险评估研究进展*
2017-04-16李洪枚
李洪枚
(首都经济贸易大学 安全与环境工程学院，北京 100070)
0 引言
城市污水处理厂存在物理、化学、生物和人机工程及社会心理(ergonomic and psychosocial hazards)等几种类型的职业健康危害因素[1]。滑倒、跌落、中毒或感染(微生物)、皮肤病和听力损伤是污水处理厂几种常见的职业伤害，其中中毒或感染尤为受关注[2]。调查显示：城市污水处理厂工人患癌症和呼吸系统疾病的发病率明显高于普通人群[3-5]。2015年美国劳工局职业伤害率统计显示：污水处理厂职业伤害率为4.5%，高于美国平均职业伤害率3.0%[6]。因此，污水处理厂被视为危险工作环境之一，其职业健康风险已成为国外职业健康领域的重要研究方向之一。
我国城镇污水处理规模比较大，截止2015年6月，仅城镇污水处理厂就已达到3802座[7]，从业人数达到数十万。因此，有必要加强我国城市污水处理厂职业健康风险评估，为政府有关监管部门和企业职业健康管理部门进一步采取健康风险控制措施提供科学依据。本文就国内外城市污水处理厂职业健康风险评估现状进行综述和展望。
1 城市污水处理厂职业危害因素
1.1 污水处理工艺单元及职业危害因素
污水处理厂厂区一般可分为生产区和办公区2个部分。生产区包括：格栅间、泵房、鼓风机房、生化池(曝气池、厌氧池和缺氧池等)、分配井、沉淀池、污泥浓缩池、消化罐、加药室、消毒池(加氯间或臭氧发生器)、过滤池、污泥脱水车间和污泥运输等多个工艺单元。办公区包括：办公楼、化验室和中控室等。污水处理工艺涉及的职业危害因素主要包括：噪声、有毒有害物质、病原微生物、夏季高温辐射和高频电场等，如表1所示。
表1 城市污水处理厂职业危害因素Table 1 Occupational hazards in urban sewage treatment plant
1.2 污水处理厂作业环境及职业危害特点
污水处理厂作业环境职业危害特点包括：
1)污水处理设备设施多是露天设置，自动化程度较高，作业人员主要工作是巡检、故障排除和维修。
2)办公楼与污水处理设施距离较近，办公人员会受到排放的有毒有害气体影响。
3)职业危害因素种类不仅与污水处理工艺、设备设施和总图布置有关，还与污水来源和性质有关。因此，不同城市污水处理厂职业危害因素的种类不同。
2 我国城市污水处理厂职业健康风险现状
2.1 合规性检测与评价
自本世纪初以来，国内有关职业卫生研究与评价机构依据职业卫生标准或规范相继开展了污水处理厂职业危害因素的现场调查识别、采样检测分析、危害分级和职业病危害控制效果评价等工作，对现场超过职业接触限值的危害因素，提出相应的对策措施[8-11]。如韩钰等[8]采用现场检测方法对某城市污水处理厂多个工艺单元的有毒有害气体和噪声等职业危害因素进行检测评估，结果发现：曝气控制室的噪声和污泥脱水间的硫化氢测定值均超过职业接触限值；刘俊玲[9]对某污水处理系统建设项目职业病危害控制效果进行竣工验收评价，结果表明：职业病危害因素均未超过职业接触限值, 接触危害因素的在岗职工职业健康检查未发现职业病症或职业禁忌症。我国早期城市污水处理厂职业健康风险评估是职业暴露评估，并未涉及健康评估，主要针对噪声、有毒有害气体、高频电场、夏季高温和照度等职业危害因素[8-11]，污水处理过程释放的多种挥发性污染物和微生物气溶胶的职业健康风险评估还很欠缺。
2.2 污水处理厂空气污染物释放特征
近年来，国内研究人员开始对我国城市污水处理厂工艺单元释放的空气污染物进行定量分析，有关研究结果参见表2。由表2可以看出：污水处理过程释放空气污染物种类多，包括烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含硫有机物、含氧有机物、H2S，CS2和NH3等几十种挥发性污染物；挥发性污染物释放强度不同，格栅、沉砂池和污泥处理等单元释放量大, 恶臭浓度高[13-19]，格栅和沉砂池恶臭浓度高是由于污水在城市管网中缺氧时间长，厌氧微生物分解废水中有机物产生较多恶臭气体，刚进入污水处理设施释放量大，而污泥处理过程存在厌氧环境造成厌氧微生物分解污泥产生多种恶臭气体；不同污水处理工艺、气候和反应条件等因素会影响挥发性污染物的释放速率和释放强度[16-17]，文献 [16]是开发区污水处理厂，工业污水较多，处理过程释放的挥发性污染物浓度高；H2S是恶臭主要成分[17-19,21]，最高浓度达到145.7 mg/m3，H2S释放与气候和反应条件等因素之间存在相关性，但其他挥发性污染物释放特征与工艺条件等因素的相关性研究还很缺乏。
表2 我国城市污水处理厂空气污染物释放特征*Table 2 Emission characteristics of air pollutants from wastewater treatment plants in China
*表中各文献报道的空气采样点是从污水进水渠、格栅、沉砂池、初沉池、生化池(曝气、缺氧、厌氧等)、二沉池、污泥浓缩池、污泥脱水、污泥储存和办公楼等作业场所或工作场所选取部分单元作为采样检测点，具体采样点可参考原文献。
2.3 污水处理厂职业健康风险评估
基于污水处理厂空气污染物释放特征研究，研究人员开始对污水处理厂空气污染物职业健康风险进行评估，有关研究结果参见表3。由表3可以看出：评估方法主要采用美国环保署推荐的健康风险评价模型进行评估，因致癌斜率因子和非致癌参考剂量数据缺乏，目前，仅对部分苯系物和卤代烃等几种挥发性污染物的职业健康风险进行了评估[18-20, 24]，VOS、卤代芳香烃、卤代酸酯和含氧有机物等[12-13]多种有毒有害气体的职业健康风险评估有待进一步开展； 我国城市污水厂微生物气溶胶职业健康风险评估研究处于起步阶段，相关研究报道很少[22]，微生物气溶胶中微生物种群分布特征、各种微生物与人类健康之间的剂量—效应关系和微生物气溶胶暴露因子等基础研究工作还非常缺乏，有待进一步开展。
表3 我国城市污水处理厂职业健康风险评估Table 3 Occupational health risk assessment in wastewater treatment plants in China
*终身致癌风险(LCR):LCR=CDI×SF, 式中LCR:终身致癌风险；CDI:污染物暴露量(mg/kg·d)；SF:致癌斜率因子(kg/mg·d)。LCR<10-6时，可以接受；10-6
3 国外城市污水处理厂职业健康风险现状
3.1 污水处理厂空气污染物释放特征
国外主要采用GC-MS、臭觉法、电子鼻和微生物采样培养等方法对城市污水处理厂工艺单元释放的空气污染物进行检测和表征，为职业健康风险评估提供依据[25]，有关研究结果参见表4。
表4 国外城市污水处理厂空气污染物释放特征*Table 4 Emission characteristics of air pollutants from wastewater treatment plants abroad
续表4
*表中各文献报道的空气采样点是从污水进水渠、格栅、沉砂池、初沉池、生化池、二沉池、污泥浓缩池、污泥储存、污泥脱水、污水分流建构筑物和办公楼等作业场所或工作场所选取部分单元作为采样检测点，具体采样点可参考原文献。
由表4可以看出:污水处理单元释放的挥发性污染物包括H2S，VOS、苯系物、有机小分子酸、醛、酮和胺等数十种[26-27,29]，其中H2S浓度高达14 mg/m3 [27]或95×10-6[30];污水预处理单元(进水渠、格栅间和初沉池)和污泥处理单元(浓缩、脱水和热干化)臭味浓度和释放速率高[31-36],但不同工艺单元臭气释放强度和速率差别比较大，文献[32]和[34]报道的结果比较低，臭味浓度在12～800 OU/m3之间；而文献[36]报道的结果很高,最高达到19 916 OU/m3，可能与污水处理技术和管理水平有关。另外臭味浓度与VOCs之间呈良好的线性关系[31];污水处理单元释放到空气中的生物气溶胶含内毒素、细菌、放线菌、真菌和病毒等多种微生物群[37-38]，曝气池周围空气中细菌浓度夏天最大[39]，这由于曝气使含微生物水滴容易在空气中形成更多的气溶胶颗粒。
不难看出，国内外城市污水处理厂工艺单元释放的空气污染物种类基本一致，即挥发性污染物和生物气溶胶，但国内在生物气溶胶暴露研究方面还比较欠缺。鉴于化学分析成本高，国外目前主要采用臭觉测量法(基本上都采用欧盟的EN 13725:2003)[30,32-36]和微生物空气采样培养法量化城市污水处理厂空气污染物的释放特征[37-39]。
3.2 污水处理厂职业健康风险评估
国外城市污水处理厂职业健康风险评估始于上世纪八十年代[40]，有关研究参见表5。
国外城市污水处理厂职业健康风险评估主要采取问卷调查及生理指标测量[41,48]、矩阵法[44]、生物标记法[42-43]和剂量-反应模型[45-47]。由文献[41]和[48]研究结果可知，污水处理厂工艺单元释放的臭气和生物气溶胶与工人的生理(呼吸系统病状)和心理健康(厌恶感、消沉等心理问题)存在一定的相关性。矩阵法确定各种职业危害因素的健康风险，方法简单，但主观性较强[44]。剂量-反应模型评估结果显示，污水入口处和污泥处理单元感染病毒的概率比较大[45-47]，但气溶胶中各种微生物职业暴露感染机理不明确，难以确定生物气溶胶暴露与工人的实际病状或发病率之间的相关性。生物标记法直接采集暴露者的生物样本，评估多环芳烃和苯暴露的基因损伤和致癌风险[42-43]，结果表明室外工人职业暴露致癌风险明显高于室内办公人员，这也为污水处理厂工人癌症发病率高的现象提供了可能的解释[49-50]。
表5 国外城市污水处理厂职业健康风险评估Table 5 Occupational health risk assessment in wastewater treatment plants abroad
4 研究结论与展望
我国城市污水处理厂职业健康风险评估工作主要有：依据有关职业接触限值，对噪声和有毒有害气体等常规职业健康危害因素进行调查、检测和暴露评估；用化学法对污水处理单元释放的多种挥发性污染物进行检测和表征；对部分挥发性有机物和微生物进行职业健康风险评估。评估方法从合规性暴露评价向综合性健康风险评估发展，为进一步优化污水处理工艺，合理选择臭气治理技术[51]，提高职业健康管理水平提供了科学依据。但挥发性污染物的释放机理、释放动力学和预测模型等基础研究还比较欠缺，VOS、卤代芳香烃、卤代酸酯和含氧有机物等有毒有害气体[12-13]，以及生物气溶胶的职业健康风险评估等研究有待进一步开展。
国外城市污水处理厂职业健康风险评估已形成比较系统的职业暴露检测和健康风险评估方法。暴露检测方法有：化学法、臭觉法、电子鼻[27]、微生物采样培养、生物标记[41]、化学传感器[52]和模型预测法[32,53-54]；健康风险评估方法有：问卷调查及生理检测、矩阵法、生物标记法和剂量-反应模型等[41-48]。但臭气中多种挥发性污染物复合毒性和生物气溶胶中各种微生物的职业暴露致病机理还不明确，难以确定职业暴露发病症状与暴露之间的关系。
综上，城市污水处理厂职业健康风险评估在以下几个方面还有待深入研究：
1)职业危害因素种类问题。目前的研究主要针对挥发性污染物和生物气溶胶职业健康风险，而噪声、人机工程和社会心理等职业危害因素的健康风险评估还很缺乏。
2)暴露特征污染物问题。污水处理释放的挥发性污染物和微生物种类都很多，如何根据各种挥发性污染物或微生物暴露水平及其健康风险的大小，确定特征污染物，以减少监测量，同时加强各种污染物释放机理和动力学研究，建立可靠的预测模型。
3)暴露水平与实际病状或发病率关系问题。虽然挥发性污染物和生物气溶胶的暴露与污水处理厂工人的有关病状或发病率存在一定的相关性，但不能明确是哪些或哪几种污染物对工人健康造成伤害，需深入研究暴露致病过程或机理。
4)复合污染物健康风险问题。污水处理厂工作场所大部分是室外露天环境，不仅有工艺过程释放的多种挥发性污染物和生物气溶胶，而且还有大气污染物(如PM2.5和PM10)，形成了固体颗粒物、多种挥发性污染物和生物气溶胶等组成的复合污染物，有必要研究复合污染物健康风险评价模型或方法[55]。
5)职业危害因素与非职业危害因素问题。污水处理厂工人的健康不仅受到工作场所的物理、化学、生物和人机工程等职业危害因素的影响，而且还受到非职业环境因素影响(如家庭问题)。职业与非职业危害因素的复合对工人健康影响，有待研究[56]。
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