城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性研究進(jìn)展

康心悅，劉建偉

北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院

微生物氣溶膠是大氣氣溶膠的重要組成部分，通常是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑在100 μm以內(nèi)且含有微生物或來源于生物性物質(zhì)的氣溶膠，主要包括細(xì)菌、真菌、病毒、塵螨、花粉和細(xì)胞碎片等[1-3]，其在公共衛(wèi)生、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣候變化、疾病檢測(cè)及環(huán)境與健康等方面均有重要影響[4-5]。微生物氣溶膠主要來源于土壤、植被、水體等面源和動(dòng)物、人類、醫(yī)院、養(yǎng)殖場(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、堆肥廠和污水廠等點(diǎn)源[6-7]，傳播過程中沉積在物體表面上的微生物氣溶膠可以在外界環(huán)境（如刮風(fēng)、降雨過程等）和人類活動(dòng)（如車輛行駛等）的擾動(dòng)作用下二次揚(yáng)起，隨風(fēng)傳播到很遠(yuǎn)的距離[8]。此外，微生物氣溶膠中含有的某些活性物質(zhì)可以導(dǎo)致人類過敏反應(yīng)或流行疾病傳播[1]。整體而言，微生物氣溶膠具有來源多相性、種類多樣性、傳播三維性、沉積再生性、活力易變性、感染廣泛性以及影響因素綜合性等特點(diǎn)[9-12]。

城市污水處理廠在改善城市水環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用，“十二五”至“十三五”期間，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力從2013年的1.48億m3/d升至2020年的2.68億m3/d[13]。城市污水處理廠匯集了來自于污水以及污水處理過程中產(chǎn)生的大量微生物，是微生物氣溶膠逸散的重要點(diǎn)源之一。污水或污泥中的微生物在能夠造成水面擾動(dòng)和水滴噴濺的機(jī)械作用下逸散至空氣中，形成微生物氣溶膠。城市污水處理廠周圍空氣環(huán)境中除含有常見的細(xì)菌、真菌外，還可能含有某些致病微生物[14-15]，其能夠通過呼吸和接觸等方式侵入機(jī)體[16]。Rylander等[17]報(bào)道了城市污水處理廠工作人員經(jīng)常出現(xiàn)的諸如急性鼻炎、發(fā)燒，有時(shí)還伴有皮膚病、腹瀉和一些其他暫時(shí)性腸胃反應(yīng)等癥狀的特殊疾病，稱為“污水工作者綜合征（sewage worker's syndrome）”，長(zhǎng)期在污水處理環(huán)境工作還可能引起不可逆的呼吸系統(tǒng)疾病和慢性肺功能衰退[18]。隨著城市的不斷擴(kuò)張，曾經(jīng)地處遠(yuǎn)郊的城市污水處理廠周邊地區(qū)逐漸發(fā)展為新城區(qū)[19]，城市污水處理廠逸散至空氣中的微生物氣溶膠對(duì)周邊環(huán)境和人體健康的影響越來越受到人們的重視。

目前有關(guān)城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性的研究已有一定的成果，但僅限于單一城市污水處理廠微生物氣溶膠的濃度及粒徑特性等，缺乏對(duì)現(xiàn)有城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性及影響因素的總結(jié)。基于以上情況，筆者系統(tǒng)闡述了城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性的研究進(jìn)展，總結(jié)了城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散的影響因素。

1 城市污水處理廠微生物氣溶膠

1.1 來源

城市污水處理廠作為城市污水的匯集地，污水類型以生活污水為主，污水中不僅包含有機(jī)物、無機(jī)離子和懸浮固體等常規(guī)污染物，同時(shí)含有大量細(xì)菌、真菌和病毒等微生物，其中包括糞大腸桿菌（Fecal coliform）、艾柯病毒（Echoviruses）等致病微生物，盡管城市污水處理廠能夠去除污水中絕大多數(shù)的微生物（約99%指示細(xì)菌），但其向環(huán)境中排放的處理水中仍含有一定量的微生物[20-21]。城市污水處理廠多采用生物處理工藝，利用微生物的代謝作用降解污水中的污染物，因此，城市污水處理廠匯集了大量污水處理微生物。城市污水處理廠微生物氣溶膠的來源主要包括4個(gè)方面[10,14,22-24]：1）城市污水處理廠的本底空氣。微生物在空氣中無處不在，與其他大氣環(huán)境相似，城市污水處理廠的本底空氣中也廣泛存在著來自各種環(huán)境（如土壤、植物、人類活動(dòng)）的包括細(xì)菌、真菌、病毒在內(nèi)的微生物[10]。2）城市污水處理廠進(jìn)水及處理后的排放水。城市污水自身含有大量微生物，污水處理以及水流流動(dòng)過程均可使污水中的微生物逸散到空氣中[22]。此外，雖然經(jīng)處理后的排放水中微生物濃度大幅降低，某些微生物去除率可達(dá)99%，但排放水中含有的少量微生物仍可造成微生物的逸散。3）城市污水處理廠的污泥。污泥中含有大量污染物降解微生物，為保證污水的處理效果，在處理設(shè)施中（尤其是生化池）污泥需要在機(jī)械攪拌等外力作用下與污水充分混合，該過程不可避免地會(huì)對(duì)含有高微生物濃度的泥水混合物的水面造成劇烈擾動(dòng)，導(dǎo)致污泥中的微生物向大氣擴(kuò)散[14,23]。4）其他。城市污水處理廠的工作人員也是污水處理環(huán)境中微生物氣溶膠的來源之一[24]。

1.2 產(chǎn)生過程

在污水處理過程中，曝氣充氧和機(jī)械攪拌過程不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，氣泡在浮力作用下漂浮至水面，帶動(dòng)污水中的大量無機(jī)物、有機(jī)物和微生物一同向上運(yùn)動(dòng)，并富集在污水表面幾mm厚的水層中[25]。氣泡膜在重力作用下逐漸變薄直至破裂，氣泡破裂后周圍的液體立即充滿剩余的氣泡腔形成液體射流，液體射流從氣泡腔中心上升后變得不穩(wěn)定，很快分裂成大小不一的液滴噴濺在污水表面15 cm左右的高度[25]。進(jìn)入大氣的液滴以很快的速度蒸發(fā)導(dǎo)致粒徑大幅減小，其中，粒徑較大的液滴落回水面濺起直徑為50～100 μm的小液滴，造成污水表面液滴的二次噴濺，粒徑1～100 μm的小液滴不再落回水面，從而脫離液相進(jìn)入大氣。富集了大量微生物和污染物的表層污水在氣泡破裂過程被分餾，通過液滴的霧化作用實(shí)現(xiàn)微生物從液相到氣相的轉(zhuǎn)移，形成微生物氣溶膠[26]。噴濺出的液滴中的微生物濃度取決于液滴尺寸、質(zhì)量等因素，通常是污水中的10～1 000倍[25]。微生物在污水處理設(shè)施中高度富集，任何一種能夠造成水面噴濺或氣泡破裂的機(jī)械設(shè)備都會(huì)導(dǎo)致微生物氣溶膠的產(chǎn)生，氣泡在液體表面破裂和噴濺已被公認(rèn)為是一種重要的海洋水體中的氣溶膠產(chǎn)生機(jī)制[27]。此外，污水在各處理設(shè)施間流動(dòng)過程中由于流速過大或流向改變而造成的水面液滴噴濺也會(huì)產(chǎn)生微生物氣溶膠。

2 城市污水處理廠微生物氣溶膠的逸散特性

2.1 濃度分布特性

城市污水處理廠格柵間、沉砂池、生化池、污泥濃縮池和污泥脫水間等處理設(shè)施都會(huì)產(chǎn)生一定濃度的微生物氣溶膠。格柵間安裝的格柵機(jī)在運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)鏈不斷擾動(dòng)水面導(dǎo)致污水中大量微生物逸散到空氣中；沉砂池一般在側(cè)壁安裝曝氣裝置，空氣的注入及旋流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)水面及水體內(nèi)部造成擾動(dòng)，促進(jìn)污水中微生物的氣溶膠化；曝氣池的曝氣機(jī)在充氧過程中產(chǎn)生大量氣泡，氣泡破裂和噴濺過程形成大量微生物氣溶膠；污泥脫水車間的壓濾機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的擠壓作用使得液滴和附著在污泥表面的微生物團(tuán)聚體（細(xì)菌、病原體和無機(jī)顆粒）逐漸變小直至逸散到空氣中形成微生物氣溶膠[25,28]。研究表明，涉及機(jī)械推流和曝氣攪拌的處理設(shè)施包括格柵間、沉砂池、曝氣池和污泥脫水車間是微生物氣溶膠的主要來源[28-31]。城市污水廠室內(nèi)外處理設(shè)施的環(huán)境條件明顯不同，室內(nèi)處理設(shè)施通風(fēng)性較差，沒有外界空氣的稀釋和陽(yáng)光輻射作用，溫濕度較為穩(wěn)定，易于微生物氣溶膠的積累和生存。因此，格柵間和污泥脫水車間等室內(nèi)處理設(shè)施逸散的微生物氣溶膠濃度普遍高于曝氣池等室外設(shè)施。不同處理設(shè)施微生物氣溶膠的逸散濃度如表1所示。

表1 不同處理設(shè)施微生物氣溶膠的逸散濃度Table 1 Emission concentrations of microbial aerosols in different treatment facilitiesCFU/m3

濃度差是引起室外污水處理設(shè)施中微生物氣溶膠擴(kuò)散的主要因素[15]，微生物氣溶膠的濃度分布存在水平和垂直梯度，距離逸散源的高度越高或者水平距離越遠(yuǎn)則濃度越低。Wang等[32]在曝氣池水面處檢測(cè)到的細(xì)菌和腸道細(xì)菌氣溶膠濃度分別為238和22 CFU/m3，在水面上1.5 m處二者的濃度則分別減少了66.71%和64.10%。Millner等[36]模擬了穩(wěn)定的環(huán)境條件下煙曲霉氣溶膠的擴(kuò)散過程，發(fā)現(xiàn)距離逸散源的下風(fēng)向100 m處，煙曲霉氣溶膠濃度為1.2×104CFU/m3，而下風(fēng)向1 000 m處，其濃度降至990 CFU/m3，Taha等[37]也得到相似結(jié)論。由于污水和污泥是微生物氣溶膠的重要來源，污水和污泥中的細(xì)菌含量較真菌高出約2～4個(gè)數(shù)量級(jí)[38]，這是導(dǎo)致各處理設(shè)施逸散的細(xì)菌氣溶膠濃度高于真菌氣溶膠的重要原因之一。

2.2 粒徑分布特性

微生物氣溶膠對(duì)人體健康的影響不僅與濃度特性有關(guān)，而且與粒徑特征密切相關(guān)[30]。粒徑為1.1～4.7 μm的微生物氣溶膠可通過呼吸作用進(jìn)入人體氣管和支氣管，而粒徑為0.65～1.1 μm的微生物氣溶膠可被吸入人體肺泡，極易造成呼吸道感染[18]。

污水處理過程產(chǎn)生的微生物通常附著在懸浮于大氣中的固體顆粒上，與其他污染源相比，城市污水處理廠逸散的微生物氣溶膠粒徑相對(duì)較大[16]。整體而言，城市污水處理廠逸散的大多數(shù)微生物氣溶膠的粒徑≤4.7 μm[28]，其中，細(xì)菌氣溶膠的粒徑主要分布在2.1～4.7 μm，真菌氣溶膠的粒徑主要分布在1.1～3.3 μm[16,28]。一般真菌孢子或菌絲的粒徑大于細(xì)菌的粒徑，但在大氣中真菌因其疏水性多以單孢子、聚合體或碎片的形式存在[39-40]，而細(xì)菌多呈團(tuán)狀或附著在污泥顆粒上[41]。因此，城市污水處理廠大多數(shù)真菌氣溶膠的粒徑小于細(xì)菌氣溶膠。不同污水處理設(shè)施處各級(jí)微生物氣溶膠的分布存在差異，Li等[28]的研究結(jié)果顯示，格柵間25.8%的細(xì)菌氣溶膠粒徑分布在0.65～1.10 μm，大于7 μm的真菌氣溶膠占比最高；沉砂池35.0%的細(xì)菌氣溶膠粒徑分布在2.1～3.3 μm，真菌氣溶膠主要分布在1.1～3.3 μm；而曝氣池和污泥脫水車間細(xì)菌氣溶膠各級(jí)粒徑分布較均勻，真菌氣溶膠主要分布在2.1～3.3 μm。Han等[16]研究發(fā)現(xiàn)，曝氣池細(xì)菌氣溶膠的粒徑主要分布在 4.7～7 μm，真菌氣溶膠的粒徑大于 7 μm，下風(fēng)向細(xì)菌氣溶膠粒徑分布較均勻，真菌氣溶膠主要分布在 3.3～4.7 μm。

微生物氣溶膠在大氣中的平均停留時(shí)間從10 min到幾周不等，大粒徑的微生物氣溶膠停留時(shí)間較短，小粒徑的微生物氣溶膠停留時(shí)間長(zhǎng)，如真菌孢子在大氣中的停留時(shí)間大約為30 min，而小粒徑的氣溶膠顆粒停留時(shí)間則能夠達(dá)到60h以上[42]，如病毒和內(nèi)毒素可以隨風(fēng)傳播至100～1 000 m甚至更遠(yuǎn)的距離[43]。在擴(kuò)散過程中，由于活性降低和重力沉降作用，微生物氣溶膠濃度隨擴(kuò)散時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，其中大粒徑氣溶膠的濃度減少率較大，小粒徑氣溶膠的濃度減少率較小[28,33]。此外，任何外界擾動(dòng)作用都能使已經(jīng)沉降的微生物氣溶膠再次揚(yáng)起，對(duì)城市空氣質(zhì)量和人體健康產(chǎn)生威脅。

2.3 種群結(jié)構(gòu)

種群結(jié)構(gòu)是表征城市污水處理廠微生物氣溶膠的又一重要指標(biāo)，研究微生物氣溶膠的種群結(jié)構(gòu)對(duì)于全面理解大氣中微生物的潛在致病性及其對(duì)人體健康的影響具有重要意義。在門水平上，城市污水處理廠細(xì)菌氣溶膠主要分布在變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、厚壁菌門（Firmicutes）和放線菌門（Actinobacteria），約占細(xì)菌氣溶膠群落組成的60%～80%。真菌氣溶膠的優(yōu)勢(shì)菌門為子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）[44]。在屬水平上，不同污水處理廠以及同一污水處理廠不同處理設(shè)施處微生物氣溶膠的種群結(jié)構(gòu)均存在一定差異，其中假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、腸桿菌屬（Enterobacter）、氣單胞菌屬（Aeromonas）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、擬桿菌屬（Bacteroides）和弓形桿菌屬（Arcobacter）為細(xì)菌氣溶膠共有的優(yōu)勢(shì)菌屬；真菌氣溶膠的優(yōu)勢(shì)菌屬為曲霉菌屬（Aspergillus）、青霉菌屬（Penicillium）、犁頭霉菌屬（Absidia）、放射毛霉菌屬（Actinomucor）和鏈格孢菌屬（Alternaria）。相關(guān)研究結(jié)果表明，Enterobacter、克雷伯菌屬（Klebsiella）、沙雷氏菌屬（Serratia）和泛菌屬（Pantoea）是一級(jí)處理設(shè)施和生化池細(xì)菌氣溶膠的優(yōu)勢(shì)菌屬，Arcobacter、Acinetobacter、諾卡氏菌屬（Nocardiodies）和動(dòng)膠桿菌屬（Zoogloea）是污泥脫水車間的優(yōu)勢(shì)菌屬，下風(fēng)向處檢測(cè)到大量Serratia和Pantoea[7,14,25,45-46]。

城市污水處理廠微生物氣溶膠的來源包括上風(fēng)向本底空氣、進(jìn)水、處理出水、污泥及其他來源。Yang等[23]研究得出，細(xì)格柵間逸散的微生物氣溶膠45.16%來自上風(fēng)向本底空氣，32.33%來自該處的污水或污泥；氧化溝處微生物氣溶膠中45.56%來自上風(fēng)向本底空氣，38.27%來自污水或污泥；污泥脫水車間處15.38%的微生物氣溶膠來自上風(fēng)向本底空氣，72.15%來自脫水污泥。城市污水處理廠進(jìn)水和本底空氣中微生物的種群結(jié)構(gòu)不同、各處理設(shè)施處不同來源對(duì)微生物氣溶膠的貢獻(xiàn)存在差異、各類菌屬?gòu)囊合嗷蚬滔嘁萆⒌綒庀嗟哪芰捌鋵?duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性不同以及污水處理過程微生物受運(yùn)行和環(huán)境條件影響形成具有針對(duì)性的菌群結(jié)構(gòu)等因素，共同導(dǎo)致城市污水處理廠處理設(shè)施間及廠間微生物氣溶膠的種群結(jié)構(gòu)的差異。城市污水處理廠不同采樣點(diǎn)微生物氣溶膠中的常見菌屬見表2。

各污水處理設(shè)施處微生物氣溶膠中均包含某些潛在致病菌菌屬，其中 Acinetobacter、Enterobacter、Arcobacter、Pseudomonas和Escherichia coli是城市污水處理廠微生物氣溶膠中常見的潛在致病菌菌屬。Yang等[14]在格柵間、沉砂池和污泥脫水車間的氣溶膠中檢測(cè)到 Acinetobacter、Chryseobacterium和Micrococcus等潛在致病菌菌屬，在生化池附近檢測(cè)到Bacillus和Mycobacterium等潛在致病菌菌屬。Xu等[15]研究得出格柵間和污泥脫水車間的微生物氣溶膠中分別含有10.67%和6.83%的潛在致病菌菌屬。各種潛在致病菌可以通過呼吸、吞咽以及皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體，引起呼吸道、腸道及皮膚疾病，特別是真菌釋放的毒素還可能引發(fā)癌癥（表3），對(duì)人體健康存在較大威脅。

表3 常見病原微生物的危害Table 3 Hazards of common pathogenic microorganisms

3 城市污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性的影響因素

3.1 污水處理工藝類型

不同類型的污水處理工藝在工藝流程、運(yùn)行參數(shù)和設(shè)施結(jié)構(gòu)等方面均不同，比如生物膜工藝中的微生物一般附著在填料上，世代時(shí)間較活性污泥法長(zhǎng)，微生物相更為豐富、穩(wěn)定，而活性污泥工藝中污水與污泥為接觸混合狀態(tài)，微生物多樣性相對(duì)較低。受運(yùn)行條件和環(huán)境因素的影響，不同污水處理工藝中的優(yōu)勢(shì)菌屬、微生物生長(zhǎng)階段和微生物活性均不相同，從而導(dǎo)致不同處理工藝逸散的微生物氣溶膠濃度（表4）、粒徑和種群結(jié)構(gòu)存在差異。

表4 不同處理工藝微生物氣溶膠的逸散水平Table 4 Emission concentrations of microbial aerosols in different processesCFU/m3

在相似的環(huán)境條件和處理水量的活性污泥法中，氧化溝處逸散的微生物氣溶膠濃度高于A/A/O工藝的曝氣池處（表5）。Han等[45]研究了生化處理段采用A/A/O、氧化溝和SBR工藝的9座污水處理廠對(duì)應(yīng)的污泥脫水車間細(xì)菌氣溶膠的逸散特性，得出在同一地區(qū)氧化溝工藝對(duì)應(yīng)的污泥脫水車間產(chǎn)生的細(xì)菌氣溶膠濃度高于A/A/O和SBR工藝，而A/A/O工藝對(duì)應(yīng)的污泥脫水車間產(chǎn)生的微生物氣溶膠中細(xì)菌多樣性高于氧化溝和SBR工藝。

表5 不同活性污泥工藝微生物氣溶膠的逸散水平Table 5 Emission levels of microbial aerosols in different activated sludge processesCFU/m3

3.2 曝氣類型及速率

作為活性污泥處理工藝的重要組成部分，曝氣系統(tǒng)不可避免地會(huì)導(dǎo)致污水表面液滴噴濺，促進(jìn)污水和污泥中的微生物向大氣中轉(zhuǎn)移[48]。相關(guān)研究表明，曝氣轉(zhuǎn)刷關(guān)閉時(shí)微生物氣溶膠的濃度比運(yùn)行時(shí)減少超過50%，微生物多樣性顯著降低[49]，高強(qiáng)度曝氣的好氧池處微生物氣溶膠的濃度顯著高于缺氧池和厭氧池。水面氣泡破裂噴濺的液滴在一定程度上決定了微生物氣溶膠的分布特性，液滴中微生物的濃度隨氣泡尺寸的增加而增加，并受液滴密度、形狀和質(zhì)量等因素的影響。曝氣系統(tǒng)一般分為機(jī)械曝氣系統(tǒng)和鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，其中，機(jī)械曝氣系統(tǒng)為表面曝氣，鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)為水下曝氣，運(yùn)行特點(diǎn)的不同導(dǎo)致機(jī)械曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的微生物氣溶膠濃度高于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，而鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的可吸入微生物氣溶膠（粒徑＜4.7 μm）比例較高[50]。Sánchez-Monedero等[31]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)刷曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的微生物氣溶膠濃度最高，其次為表面渦輪曝氣系統(tǒng)，微孔曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的微生物氣溶膠濃度最小，與背景值相差不大。

曝氣速率能夠影響水面噴濺的液滴粒徑，噴濺的液滴尺寸隨曝氣速率的增加而減小[51]，進(jìn)而影響微生物氣溶膠的逸散特性。Wang等[52]通過實(shí)驗(yàn)室模擬污水處理廠的曝氣池，發(fā)現(xiàn)當(dāng)曝氣速率從0.3 m3/h增加到1.2 m3/h時(shí)，細(xì)菌氣溶膠的濃度從（715±69）CFU/m3增至（1 597±135）CFU/m3；粒徑大于 4.7 μm的微生物氣溶膠濃度由35.21%增至48.5%；此外，隨曝氣速率的增加，細(xì)菌氣溶膠的香農(nóng)多樣性指數(shù)從1.67增至2.08，微生物多樣性增加。

3.3 進(jìn)水水質(zhì)

污水中的污染物是微生物的營(yíng)養(yǎng)來源，而污水是微生物氣溶膠的重要來源，因此，當(dāng)污水水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，泥水混合液中微生物的濃度和種類可隨污染物的變化而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而影響微生物氣溶膠的逸散特性，微生物氣溶膠的濃度隨污水中微生物濃度的增加而增加[53]。研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水為食品工業(yè)廢水的污水處理廠逸散的微生物氣溶膠濃度高于城市生活污水處理廠[54]。Yang等[14]通過典型對(duì)應(yīng)分析得出污水中的總氮、氨氮、固體懸浮物、Na+和Cl-對(duì)細(xì)菌氣溶膠中不動(dòng)桿菌屬、莫拉氏菌屬和弓形桿菌屬等的生存有積極作用，總磷、總有機(jī)碳、化學(xué)需氧量和NO3-對(duì)細(xì)菌氣溶膠中藍(lán)細(xì)菌、假單胞菌屬和芽孢桿菌等的生存存在消極作用。由于污水水質(zhì)受不同地區(qū)生活方式、工業(yè)化程度、地理位置和氣候因素的影響，城市污水處理廠微生物氣溶膠的優(yōu)勢(shì)菌屬還存在地區(qū)差異[45]。

除微生物外，污水中含有的某些化學(xué)物質(zhì)能隨氣化的液滴一同逸散到大氣中，與大氣中的微生物共存，如 Cl-、Na+、NH4+、SO42-和 Ca2+等無機(jī)鹽離子和有機(jī)物[35,55]。懸浮在空氣中的顆粒物作為微生物附著的介質(zhì)，有機(jī)物和各種無機(jī)鹽離子為微生物的生命活動(dòng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，空氣中的小液滴為微生物的生存和生長(zhǎng)提供了良好的微環(huán)境，使得微生物可以在空氣中長(zhǎng)期存活。Wang等[32]研究發(fā)現(xiàn)Na+、NH4+和SO42-與空氣中微生物的多樣性呈正相關(guān)，Cl-則與微生物多樣性和數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，該現(xiàn)象可能與氯化物具有的消毒作用有關(guān)[56]。

3.4 溫度和相對(duì)濕度

溫度是影響微生物氣溶膠存活、沉積和水平擴(kuò)散的重要因素[57]。其一方面可以促進(jìn)或抑制微生物的釋放和生長(zhǎng)，另一方面影響環(huán)境中的其他參數(shù)進(jìn)而影響微生物的懸浮和擴(kuò)散過程[58]。研究發(fā)現(xiàn)真菌孢子適宜在高溫條件下生存，溫度較低會(huì)影響真菌孢子的生長(zhǎng)發(fā)育過程[10,58]。Aarnink等[59]通過研究細(xì)菌的衰亡確認(rèn)溫度對(duì)Escherichia coli、Mycoplasma synoviae和Enterococcus mundtii存在影響。相對(duì)濕度能夠影響大氣中微生物的生存，不同的微生物有不同的適宜濕度，革蘭氏陽(yáng)性菌適宜在相對(duì)濕度較高的條件下生存，革蘭氏陰性菌適宜在相對(duì)濕度較低的條件下生存[60]。

3.5 太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)輻射對(duì)微生物氣溶膠的影響較為復(fù)雜，紫外線隨太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)對(duì)大氣中的微生物有明顯的滅殺作用，與大氣中的微生物濃度呈負(fù)相關(guān)[61]，但同時(shí)紫外線能夠激發(fā)某些真菌孢子的釋放，促進(jìn)大氣中真菌的生長(zhǎng)和繁殖[62]。

3.6 風(fēng)速和風(fēng)向

風(fēng)速和風(fēng)向能夠影響微生物氣溶膠的傳輸擴(kuò)散過程。高風(fēng)速能夠促進(jìn)微生物氣溶膠從污水處理設(shè)施處逸散，有利于微生物的懸浮，從而形成高濃度的微生物氣溶膠。然而，高風(fēng)速具有較強(qiáng)的大氣稀釋效應(yīng)，帶來外源微生物的同時(shí)會(huì)降低環(huán)境微生物水平[63-65]，而風(fēng)向則決定了微生物氣溶膠擴(kuò)散的方向。

3.7 季節(jié)

季節(jié)變化是影響微生物氣溶膠逸散特性的重要因素，不同季節(jié)具有不同的溫濕度、大氣壓以及太陽(yáng)輻射特點(diǎn)，城市污水處理廠微生物氣溶膠的逸散特性隨季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的差異性。Han等[16]研究不同季節(jié)某A/A/O工藝污水處理廠微生物氣溶膠逸散特性時(shí)得出夏季微生物氣溶膠濃度最高、冬季濃度最低的結(jié)論。Zhong等[64]研究青島大氣中微生物活性隨季節(jié)變化特性時(shí)得出夏季微生物氣溶膠活性最高、春季最低的結(jié)論。

3.8 其他

污水處理設(shè)施的敞開與封閉會(huì)影響微生物氣溶膠的擴(kuò)散作用，將露天的污水處理設(shè)施改為封閉狀態(tài)可以阻止微生物氣溶膠從處理設(shè)施擴(kuò)散到外部環(huán)境空氣中，有效降低環(huán)境空氣中微生物氣溶膠的濃度。Fernando等[66]發(fā)現(xiàn)敞開的沉砂池外部空氣中微生物氣溶膠的濃度是封閉時(shí)的28倍。污水流動(dòng)過程保持液面穩(wěn)定流動(dòng)、減少液滴噴濺能顯著降低周圍空氣中微生物氣溶膠的濃度。

4 結(jié)論與展望

（1）城市污水處理廠微生物氣溶膠的來源包括城市污水處理廠的本底空氣、進(jìn)水與處理后的排放水、污泥及其他。氣泡破裂和水面液滴噴濺造成的液滴霧化是微生物氣溶膠的主要產(chǎn)生機(jī)制。

（2）城市污水處理廠是造成微生物氣溶膠污染的重要點(diǎn)源之一，涉及機(jī)械推流和曝氣攪拌的處理設(shè)施是微生物氣溶膠的主要來源，微生物的最高排放量通常發(fā)生在格柵間、曝氣池和污泥脫水車間，大多數(shù)微生物氣溶膠的粒徑分布在可吸入范圍內(nèi)（＜4.7 μm）。

（3）由于進(jìn)水和污水廠本底空氣中微生物的種群結(jié)構(gòu)不同、各類來源對(duì)微生物氣溶膠的貢獻(xiàn)不同、各類菌屬?gòu)囊合嗷蚬滔嘁萆⒌綒庀嗟哪芰捌鋵?duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性不同，城市污水處理廠不同處理設(shè)施處微生物氣溶膠的種群結(jié)構(gòu)存在差異，Acinetobacter、Enterobacter、Arcobacter、Pseudomonas和Escherichia coli是城市污水處理廠微生物氣溶膠中常見的潛在致病菌菌屬。

（4）城市污水處理廠微生物氣溶膠的分布特性受到污水處理工藝類型、曝氣類型及速率、進(jìn)水水質(zhì)、溫度和相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、太陽(yáng)輻射以及季節(jié)等多種因素的影響。

（5）城市污水處理廠微生物氣溶膠的研究有待進(jìn)一步深入：1）應(yīng)加大采集的樣本量，研究不同地域和操作條件下微生物氣溶膠的分布特性；2）微生物氣溶膠中除活細(xì)胞外，某些失去活性的死細(xì)胞依然能夠引起人體免疫系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)疾病，應(yīng)采用合適的方法研究污水處理廠微生物氣溶膠中活細(xì)胞、死細(xì)胞和內(nèi)毒素等的分布，為微生物氣溶膠的暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)；3）仍需進(jìn)一步完善城市污水處理廠潛在致病微生物氣溶膠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及體系。