校園餐廚垃圾初期降解生物氣溶膠釋放特征及健康風(fēng)險(xiǎn)研究＊

劉彥君，湯倩格，王 盛，李振坤，王建兵

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

0 引言

隨著垃圾分類的推廣與實(shí)施，大量餐廚垃圾從生活垃圾中被分離出來(lái)，截至2020 年底，北京市家庭餐廚垃圾分出量已達(dá)4 248 t/d［1］。餐廚垃圾中含有大量的病原微生物，處理過(guò)程中不可避免會(huì)以生物氣溶膠的形式進(jìn)入空氣中［2-4］。大量流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)生物氣溶膠暴露與人類健康存在顯著的關(guān)聯(lián)性［5-8］，生物氣溶膠可通過(guò)皮膚損傷、呼吸道等途徑引發(fā)人類呼吸道感染、哮喘、SARS 等疾病，還可能導(dǎo)致傳染病、過(guò)敏性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病甚至是癌癥［9］。目前垃圾最終處置過(guò)程生物氣溶膠釋放及其健康風(fēng)險(xiǎn)已得到了關(guān)注。Heo等［10］發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生填埋場(chǎng)的細(xì)菌濃度為848 CFU/m3。Malecka-Adamowicz 等［11］發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生填埋場(chǎng)臨時(shí)堆放區(qū)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(fā)病率偏高，且易感染相關(guān)傳染?。?2］。華北地區(qū)某填埋場(chǎng)作業(yè)區(qū)及滲濾液處理區(qū)檢出了莫拉菌（Moraxellaceae）等多種潛在致病菌［13］，兒童哮喘的發(fā)生與莫拉菌屬呈正相關(guān)［14］。加拿大魁北克某堆肥場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)空氣細(xì)菌濃度高達(dá)5.03×105CFU/m3，顯著高于周邊地區(qū)，增加了從業(yè)人員患呼吸道過(guò)敏性疾病或腸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)［15］。Kaarakainen 等［16］證明了堆肥過(guò)程有機(jī)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(guān)性［17］。

已有研究證實(shí)，城市環(huán)境空氣中的致病菌與鄰近的城市公共衛(wèi)生及設(shè)施密切相關(guān)［18-19］。不同于垃圾填埋場(chǎng)，餐廚垃圾在校園內(nèi)暫存時(shí)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(guān)研究還很有限，目前盧冰潔等［20］對(duì)上海市生活垃圾房氣溶膠中可培養(yǎng)細(xì)菌及奚豪［21］對(duì)杭州市某校園垃圾堆放點(diǎn)細(xì)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(shí)存在一些致病菌。此外，大學(xué)校園屬于人員集中、交流頻繁的復(fù)雜場(chǎng)所，學(xué)生與工作人員在傾倒與處理餐廚垃圾的過(guò)程中存在生物氣溶膠暴露風(fēng)險(xiǎn)，研究校園內(nèi)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(guān)垃圾處理過(guò)程細(xì)菌氣溶膠的污染特性較多［7，22-23］，而真菌相關(guān)研究較少。因此，針對(duì)校園餐廚垃圾初期降解過(guò)程釋放的生物氣溶膠的濃度粒徑、群落結(jié)構(gòu)、氣溶膠化水平及對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)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(xué)開展校園餐廚垃圾生物氣溶膠樣品采集，該采樣點(diǎn)位于校園餐廳后，餐廳產(chǎn)生的餐廚垃圾臨時(shí)存放于此，并于21：00 清運(yùn)至垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站。采樣點(diǎn)日常均堆放多個(gè)餐廚垃圾桶，堆放時(shí)間超過(guò)8 h，因此存在生物氣溶膠擴(kuò)散污染的問(wèn)題。此外，該采樣點(diǎn)是學(xué)生前往校園餐廳用餐的途經(jīng)地，用餐高峰期人流量大，餐廚垃圾堆放于此會(huì)釋放生物氣溶膠，可能會(huì)對(duì)學(xué)生健康產(chǎn)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(guó)）于每個(gè)采樣日的9：00 至18：00 將餐廚垃圾桶上方的非培養(yǎng)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(gè)采樣日同時(shí)采集遠(yuǎn)離餐廚垃圾桶的環(huán)境空氣TSP 樣品作為對(duì)照。采樣結(jié)束后將采樣膜放入無(wú)菌鋁箔，經(jīng)高通量測(cè)序分析TSP 樣品中微生物特征。

使用安德森六級(jí)采樣器（JWL-6，北京中飛華正，中國(guó)）采集可培養(yǎng)生物氣溶膠，采樣流量28.3 L/min，高度1.5 m，采樣時(shí)間10 min，每個(gè)采樣日進(jìn)行3 次平行采樣和空白樣品采集。安德森六級(jí)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(jié)構(gòu)及其空氣動(dòng)力學(xué)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(jí)采樣的有效截留粒徑及對(duì)應(yīng)的人體呼吸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yǎng)基采集可培養(yǎng)細(xì)菌氣溶膠，沙氏葡萄糖培養(yǎng)基采集可培養(yǎng)真菌氣溶膠。采樣前用高壓蒸汽滅菌鍋對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理（121 ℃，15 min）后裝于直徑90 mm 的培養(yǎng)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(yǎng)皿蓋上蓋子，并立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下一步的培養(yǎng)、計(jì)數(shù)。

采樣同時(shí)測(cè)定并記錄風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、云量、紫外強(qiáng)度等環(huán)境信息。采樣結(jié)束后，使用四分法取500 g 餐廚垃圾稱量各組分的質(zhì)量并計(jì)算其占比，另采用相同方法取200 g 餐廚垃圾帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化分析，其中含水率和總固體含量采用烘箱烘干法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用灼燒法測(cè)定，pH 采用玻璃電極法測(cè)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(zhì)為含水率74.1%±2.2%、總固體含量25.9%±2.2%、有機(jī)質(zhì)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(duì)其中的微生物進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.2 微生物培養(yǎng)及計(jì)算

1.2.1 可培養(yǎng)微生物分析及計(jì)算方法

將采集到的細(xì)菌和真菌培養(yǎng)皿帶回實(shí)驗(yàn)室分別于培養(yǎng)箱內(nèi)37 ℃下培養(yǎng)48 h、25 ℃下培養(yǎng)96 h［26］。培養(yǎng)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)每一級(jí)培養(yǎng)皿上的菌落數(shù)（Colony Forming Units，CFU），可培養(yǎng)空氣微生物的濃度計(jì)算如式（1）所示：

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

由于隨著采樣器捕獲粒子數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)粒子撞擊在培養(yǎng)皿上同一位置的重疊情況，因此采用Positive-hole 法［24］對(duì)所捕獲的各級(jí)細(xì)菌、真菌粒子進(jìn)行校正，如式（2）所示：

式中：Pr為校正后的菌落數(shù)；r為實(shí)際的菌落數(shù)；N為采樣器各級(jí)采樣孔數(shù)。

1.2.2 非培養(yǎng)微生物分析及計(jì)算方法

采用16S rRNA 和ITS 對(duì)TSP 樣品進(jìn)行測(cè)序，細(xì)菌擴(kuò)增區(qū)域選擇16S V3-V4 區(qū)引物（338F5’-A CTCCTACGGGAGGCAGCA-3’）、（806R5’-GGAC TACHVGGGTWTCTAAT-3’），真菌選擇ITS1-ITS2區(qū)引物（ITS3-F5’-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3’）、（ITS4-R5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’）16S。使用Illumina Nova 6000 平臺(tái)對(duì)構(gòu)建的擴(kuò)增子文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序獲得原始序列，通過(guò)QIIME-1.9.1 將原始序列去雜后得到高質(zhì)量序列進(jìn)行后續(xù)分析。以97% 的相似度作為可操作單元（Operational Taxonomic Units，OTUs） 進(jìn) 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(jìn)而根據(jù)OTUs 列表中的各樣品物種豐度情況分別計(jì)算α 多樣性指數(shù)用以表征群落的物種多樣性。

根據(jù)餐廚垃圾和生物氣溶膠中的微生物相對(duì)豐度可以計(jì)算生物氣溶膠化指數(shù)（BI），量化微生物的氣溶膠化行為，可用于進(jìn)一步評(píng)估潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。BI 的計(jì)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(duì)豐度；RAwaste為餐廚垃圾樣品中微生物的相對(duì)豐度。

1.3 健康風(fēng)險(xiǎn)分析

1.3.1 非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(duì)所有可培養(yǎng)微生物，基于美國(guó)環(huán)境保護(hù)署建議的平均日劑量率（ADD）對(duì)人體暴露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，參考《中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)（成人卷）》［27］，它適用于中國(guó)各地的環(huán)境，并已廣泛應(yīng)用于環(huán)境和微生物暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［18，28］，平均日暴露劑量率ADD皮膚和ADD呼吸的計(jì)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(zhì)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(fēng)險(xiǎn)熵（Hazard Quotient，HQ）［32］評(píng)估微生物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)：

式中：HQ呼吸為呼吸吸入的健康風(fēng)險(xiǎn)熵；HQ皮膚為皮膚接觸的健康風(fēng)險(xiǎn)熵；HQ 為總健康風(fēng)險(xiǎn)熵，當(dāng)HQ＜1，風(fēng)險(xiǎn)較小，可以忽略，當(dāng)HQ＞1 時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較高；RfD 為參考劑量，細(xì)菌取500 CFU/（d·kg）、真菌取500 CFU/（d·kg），該值引自美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生工作者會(huì)議（American Conference of Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）提出的健康暴露風(fēng)險(xiǎn)參考劑量［29，33-34］。

1.3.2 微生物年暴露風(fēng)險(xiǎn)及疾病負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)

以致病微生物菌屬為特定危害物質(zhì)，利用微生物年暴露風(fēng)險(xiǎn)及疾病負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)方法，計(jì)算餐廚垃圾初期降解暴露人群的年感染風(fēng)險(xiǎn)（Py）和疾病負(fù)擔(dān)（Disease Burden，DB）。根據(jù)國(guó)家病原微生物資源庫(kù)中的致病性菌屬種類，綜合考慮本研究氣溶膠中可培養(yǎng)微生物的濃度和菌屬相對(duì)豐度，選擇Pseudomonas和Fusarium作為條件致病細(xì)菌和真菌，其濃度計(jì)算方法見式（7）：

式中：M為環(huán)境氣溶膠中可培養(yǎng)的致病微生物濃度（CFU/m3）；C為環(huán)境氣溶膠中可培養(yǎng)的總菌落濃度（CFU/m3）；F為測(cè)序數(shù)據(jù)中菌屬在總可培養(yǎng)菌落數(shù)的占比（%）。

日暴露劑量的計(jì)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(shí)間（h），工作人員為8 h、學(xué)生為0.5 h；AG 為攝入率（%），工作人員攝入率取10%、學(xué)生攝入率取1%［36］。

日感染風(fēng)險(xiǎn)（Pi）和年感染風(fēng)險(xiǎn)（Py）的計(jì)算方法如式（9）和式（10）所示：

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

疾病負(fù)擔(dān)的計(jì)算如式（11）所示：

式中：DB 為疾病負(fù)擔(dān)，用傷殘調(diào)整壽命年（Disability-adjusted Life-years，DALY） 指標(biāo)來(lái)表示；HB 為健康負(fù)擔(dān)，取HB 為0.045［37］。

2 結(jié)果與討論

2.1 可培養(yǎng)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(yǎng)細(xì)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(xì)菌濃度，采樣點(diǎn)細(xì)菌和真菌的環(huán)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(yuǎn)高于環(huán)境本底值，說(shuō)明餐廚垃圾堆放和初期降解過(guò)程大量微生物會(huì)以氣溶膠的形式逸散至周圍的空氣中。孫帆等［38］發(fā)現(xiàn)校園垃圾房細(xì)菌氣溶膠的濃度平均值為111 CFU/m3；盧冰潔等［20］發(fā)現(xiàn)校園垃圾房細(xì)菌氣溶膠的濃度范圍為56～428 CFU/m3，居民區(qū)垃圾房的濃度為51～422 CFU/m3，與本研究氣溶膠濃度結(jié)果較為接近。郭康旗［39］發(fā)現(xiàn)夏季學(xué)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(jié)果顯示真菌濃度高于細(xì)菌濃度，原因可能是真菌和細(xì)菌的釋放形式不同，真菌往往通過(guò)孢子形式釋放到空氣中，顆粒小，易進(jìn)入空氣，而細(xì)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(huán)境條件的影響，例如溫度、濕度等。奚豪［21］對(duì)杭州某校室外餐廚垃圾堆放點(diǎn)不同季節(jié)氣溶膠的采樣也發(fā)現(xiàn)真菌濃度高于細(xì)菌濃度。相比于校園餐廚垃圾，垃圾填埋過(guò)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(chǎng)作業(yè)區(qū)的空氣可培養(yǎng)細(xì)菌濃度最高可達(dá)8 051 CFU/m3［40］。Madhwal 等［41］發(fā)現(xiàn)印度某填埋場(chǎng)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(chǎng)的垃圾量大、成分復(fù)雜，且在填埋作業(yè)過(guò)程中垃圾傾倒、攤鋪等操作均導(dǎo)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(shí)間不超過(guò)1 d，因此氣溶膠濃度較低。對(duì)比中科院生態(tài)研究中心發(fā)布的大氣微生物評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［42］和張華玲等［43］的評(píng)級(jí)方法，校園餐廚垃圾釋放氣溶膠中的細(xì)菌濃度均未超過(guò)限值（500 CFU/m3），但真菌濃度超過(guò)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(guò)程中，附著在垃圾上的微生物會(huì)進(jìn)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(lái)源的可培養(yǎng)生物氣溶膠濃度Figure 1 Culturable bioaerosol concentrations of samples from different sources

2.2 可培養(yǎng)微生物氣溶膠粒徑分布特征

餐廚垃圾初期降解產(chǎn)生的細(xì)菌和真菌氣溶膠在粒徑分布上有較大差異，如圖2 所示。細(xì)菌氣溶膠主要分布在較大粒徑的Ⅰ級(jí)和Ⅳ級(jí)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(jí)和Ⅴ級(jí)，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(yǎng)細(xì)菌粒徑主要分布在Ⅰ級(jí)（占比37.30%）和Ⅲ級(jí)（3.3～4.7 μm，占比15.42%）［20］。孫強(qiáng)等［44］對(duì)蘭州某小區(qū)垃圾房?jī)?nèi)微生物氣溶膠粒徑分布的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌峰值出現(xiàn)在Ⅲ級(jí)（占37.5%）。許鵬程等［45］發(fā)現(xiàn)某大學(xué)校園內(nèi)細(xì)菌氣溶膠粒徑主要分布在Ⅰ級(jí)（約380 CFU/m3），其次為Ⅳ級(jí)（約220 CFU/m3）。微生物粒徑＜4.7 μm 時(shí)易通過(guò)人體的咽喉到達(dá)氣管和肺泡等組織，并導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾?。?6］。研究中可培養(yǎng)細(xì)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(xì)菌相比，真菌氣溶膠粒徑明顯更小。細(xì)菌主要依靠附著在固、液顆粒上形成細(xì)菌氣溶膠，顆粒較大，而真菌通常以孢子或菌絲的形式獨(dú)立存在于空氣中［47-48］。因此真菌氣溶膠有更大的吸入風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 可培養(yǎng)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(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)特征

不同樣品的α 多樣性指數(shù)如表1 所示。各樣品覆蓋度（Coverage）都接近1，可代表樣品真實(shí)情況。細(xì)菌與真菌氣溶膠樣品的ACE 指數(shù)、Chao1 指數(shù)均大于環(huán)境背景值，表明氣溶膠樣品的豐富度大于環(huán)境空氣，說(shuō)明氣溶膠中的微生物除來(lái)源于環(huán)境空氣外，還有一部分來(lái)自于餐廚垃圾。細(xì)菌氣溶膠的ACE 指數(shù)和Chao1 指數(shù)高于真菌，說(shuō)明細(xì)菌氣溶膠群落中含有的OTU 數(shù)目多，群落的豐度大于真菌。細(xì)菌氣溶膠樣品Shannon 指數(shù)大于真菌氣溶膠，Simpson 指數(shù)則與之相反，說(shuō)明細(xì)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(shù)Table 1 α diversity index of different samples

細(xì)菌生物氣溶膠、環(huán)境背景空氣及餐廚垃圾樣品在門水平的群落結(jié)構(gòu)組成如圖3（a）所示?？梢钥闯鲈陂T水平上，氣溶膠樣品和餐廚垃圾樣品群落結(jié)構(gòu)相同但相對(duì)豐度存在一定差異。氣溶膠樣品的優(yōu)勢(shì)菌門為Proteobacteria、Firmicutes 和放線菌門（Actinobacteria），但餐廚垃圾中的優(yōu)勢(shì)菌門為Firmicutes。Proteobacteria 是細(xì)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(fā)現(xiàn)杭州市校園垃圾氣溶膠中Proteobacteria占比較大。氣溶膠中的藍(lán)細(xì)菌門（Cyanobacteria）并未在餐廚垃圾樣品中檢出，也可說(shuō)明氣溶膠中的微生物同時(shí)會(huì)受到環(huán)境的影響。圖3（b）為不同樣品真菌群落結(jié)構(gòu)，與細(xì)菌相比，氣溶膠及餐廚垃圾中真菌群落的相對(duì)豐度明顯下降，氣溶膠和餐廚垃圾真菌群落結(jié)構(gòu)相似，但相對(duì)豐度存在差異。環(huán)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(guò)程中重要的菌門，也是研究中氣溶膠樣品的優(yōu)勢(shì)真菌門。劉曄［49］在廣州某填埋場(chǎng)的氣溶膠中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。此外，氣溶膠和餐廚垃圾樣品的優(yōu)勢(shì)菌門均有霉菌門（Mortierellomycota）和Mucoromycota，說(shuō)明它們能從餐廚垃圾進(jìn)入到空氣中，形成生物氣溶膠。

圖3 細(xì)菌和真菌不同樣品門水平群落結(jié)構(gòu)（A：空氣樣品，W：餐廚垃圾樣品，B：環(huán)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(xì)菌屬水平注釋的結(jié)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(dǎo)菌屬無(wú)色菌屬（Achromobacter）和Pseudomonas。此外，細(xì)菌氣溶膠的主導(dǎo)菌屬有Sphingomonas、假節(jié)桿菌屬（Pseudarthrobacter）和馬賽菌屬（Massilia），餐廚垃圾的主導(dǎo)菌屬有乳桿菌屬（Lactobacillus）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）和魏斯氏菌屬（Weissella）。與環(huán)境背景樣品相比，氣溶膠樣品中還出現(xiàn)了明串珠菌屬（Leuconostoc），而其也在餐廚垃圾樣品中存在，說(shuō)明氣溶膠中的微生物部分來(lái)源于餐廚垃圾。檢測(cè)到的細(xì)菌中，有一些屬于潛在致病菌或機(jī)會(huì)致病菌，如Pseudomonas是一種常見致病菌，會(huì)導(dǎo)致人體產(chǎn)生化膿性病變。Acinetobatcer在人體抵抗力下降時(shí)會(huì)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(huì)導(dǎo)致急性呼吸道傳染病［50-51］。真菌樣品經(jīng)過(guò)屬水平注釋結(jié)果如圖4（b）所示，可以明顯觀察到空氣真菌的群落結(jié)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的餐廚垃圾有很大相似性，餐廚垃圾中真菌的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則對(duì)應(yīng)空氣真菌的菌屬種類越多。氣溶膠樣品的主導(dǎo)菌屬均為單孢哈薩克斯坦酵母屬（Kazachstania），餐廚垃圾中的主導(dǎo)菌屬為念珠菌（Candida）。Fusarium雖未在前20 種主導(dǎo)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(chuàng)傷感染，需要注意防護(hù)［21］。

圖4 細(xì)菌和真菌不同樣品屬水平群落結(jié)構(gòu)（A：空氣樣品，W：餐廚垃圾樣品，B：環(huán)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(duì)餐廚垃圾初期降解產(chǎn)生微生物的氣溶膠化水平進(jìn)行了探究，由圖5 可知，門水平和屬水平上，細(xì)菌都比真菌更容易氣溶膠化，但各個(gè)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(tuán)孢屬（Periconia）優(yōu)先氣溶膠化，氣溶膠化指數(shù)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(shù)＞1，需引起關(guān)注。此外，F(xiàn)irmicutes 雖在餐廚垃圾及氣溶膠細(xì)菌門的豐度較高，但其氣溶膠化指數(shù)未超過(guò)1，說(shuō)明研究中Firmicutes 與其他優(yōu)勢(shì)菌門相比具有更低的氣溶膠化水平。

圖5 細(xì)菌和真菌生物氣溶膠化指數(shù)Figure 5 Bacteria and fungal bioaerosolization index

2.5 環(huán)境因素對(duì)氣溶膠的影響

環(huán)境因素與氣溶膠微生物屬水平的相關(guān)關(guān)系如圖6 所示。溫度、濕度和大氣壓強(qiáng)與大部分優(yōu)勢(shì)菌屬有顯著相關(guān)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(jī)體的代謝活力，抑制其生長(zhǎng)和繁殖，高溫可能使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸變性失活。本研究校園餐廚垃圾氣溶膠中Pseudomonas和無(wú)色桿菌屬（Achromobacter）與溫度呈明顯正相關(guān)，鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）與溫度、濕度呈明顯負(fù)相關(guān)。相比細(xì)菌，溫度對(duì)真菌濃度的影響更大，絕大部分優(yōu)勢(shì)真菌屬與溫度、濕度呈負(fù)相關(guān)，與大氣壓強(qiáng)、云量呈正相關(guān)，Candida與溫度正相關(guān)性較大，與濕度和風(fēng)速呈弱正相關(guān)性。研究表明，環(huán)境溫度為20 ℃左右時(shí)，空氣微生物濃度最高，溫度超過(guò)25 ℃時(shí)，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(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)最高的真菌氣溶膠濃度出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，冬季空氣中的真菌濃度較高，這歸因于位于臺(tái)灣南部的采樣區(qū)，冬季濕度低于夏季，而低濕度是有利于真菌菌落產(chǎn)生分生孢子的重要因素。除微紅微球菌屬（Rubellimicrobium），紫外光強(qiáng)和風(fēng)速與別的優(yōu)勢(shì)菌屬相關(guān)性不強(qiáng)。風(fēng)速會(huì)影響細(xì)菌和真菌繁殖體的傳輸，當(dāng)風(fēng)速小于2 m/s 時(shí)，環(huán)境中總空氣微生物濃度隨風(fēng)速的增加逐漸升高；當(dāng)風(fēng)速大于2 m/s 時(shí)，濃度隨風(fēng)速的增加逐漸降低［47］。

圖6 細(xì)菌和真菌生物氣溶膠與環(huán)境因子的相關(guān)性熱圖Figure 6 Heatmap of the correlation between bioaerosol and environmental factors of bacteria and fungi

2.6 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

校園餐廚垃圾釋放生物氣溶膠的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)如圖7 所示。呼吸吸入的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于皮膚接觸的。而真菌氣溶膠非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)高于細(xì)菌氣溶膠，其中真菌和細(xì)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(zhì)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(yuǎn)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(xì)菌和真菌的總HQ 均低于美國(guó)環(huán)保署（US EPA）［33］規(guī)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(fēng)險(xiǎn)Figure 7 Non-carcinogenic health risks in different populations from food waste aerosol exposure

進(jìn)一步量化評(píng)估Pseudomonas和Fusarium的年感染風(fēng)險(xiǎn)和疾病負(fù)擔(dān)。如表2 所示，工作人員的Py和DB 均高于學(xué)生且超過(guò)了US EPA 的年感染風(fēng) 險(xiǎn) 基 準(zhǔn) 值（Py≤10-4a）［55］和 世 界 衛(wèi) 生 組 織（WHO）的疾病負(fù)擔(dān)基準(zhǔn)值（DB≤10-6）［56-58］，這主要與兩者不同的暴露時(shí)間有關(guān)。Carducci 等［59］證實(shí)了健康風(fēng)險(xiǎn)隨著暴露時(shí)間的增加而增加的趨勢(shì)，學(xué)生的暴露時(shí)間要低于工作人員，因此其人體健康風(fēng)險(xiǎn)也要更低。無(wú)論是工作人員還是學(xué)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(dǎo)致更高的暴露風(fēng)險(xiǎn)［60］。Haas 等［61］證實(shí)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(fēng)險(xiǎn)［62］。

表2 校園學(xué)生及工作人員年感染風(fēng)險(xiǎn)及疾病負(fù)擔(dān)Table 2 Annual infection risk and disease burden of campus students and staffs

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)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(xì)菌濃度且高于環(huán)境背景濃度，可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌微生物粒徑分布存在明顯差異，直徑＜4.7 μm 的細(xì)菌細(xì)顆粒物粒徑占比低于真菌占比，細(xì)菌氣溶膠主要分布在Ⅰ級(jí)（≥7.0 μm），真菌氣溶膠在Ⅳ級(jí)（2.1～3.3 μm）。

2）氣溶膠微生物群落結(jié)構(gòu)與餐廚垃圾相似。細(xì)菌氣溶膠微生物豐度大于真菌氣溶膠，細(xì)菌氣溶膠的優(yōu)勢(shì)菌門主要有Proteobacteria 和Firmicutes，前者更易氣溶膠化；真菌氣溶膠優(yōu)勢(shì)菌門主要有Ascomycota 和Basidiomycota，兩者均易氣溶膠化。

3）在一定范圍內(nèi)，細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌門和菌屬主要與環(huán)境溫度和濕度呈正相關(guān)，真菌優(yōu)勢(shì)菌門和菌屬與環(huán)境溫度呈負(fù)相關(guān)，其他環(huán)境因素如風(fēng)速、紫外光強(qiáng)度、云量、大氣壓強(qiáng)等相關(guān)性較弱。

4）呼吸吸入的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)高于皮膚接觸，但均低于US EPA 規(guī)定的最大可接受水平。但是Pseudomonas和Fusarium對(duì)工作人員的年感染風(fēng)險(xiǎn)和疾病負(fù)擔(dān)均高于基準(zhǔn)值。

3.2 建議

1）密封化處理：對(duì)校園餐廚垃圾的收集儲(chǔ)存容器進(jìn)行改進(jìn)，采用氣密性更好的密封化設(shè)計(jì)，減少生物氣溶膠的源頭釋放。

2）定期清理：加強(qiáng)對(duì)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(xì)菌、真菌等微生物的滋生。

3）通風(fēng)改善：優(yōu)化校園餐廚垃圾堆存點(diǎn)的通風(fēng)條件，利用人工通風(fēng)設(shè)施，降低生物氣溶膠在垃圾堆存點(diǎn)的積聚。

4）監(jiān)測(cè)與評(píng)估：建立校園餐廚垃圾堆存點(diǎn)生物氣溶膠釋放水平的檢測(cè)機(jī)制，定期對(duì)釋放水平進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

5）安全防護(hù)：提高工作人員對(duì)感染風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，工作人員應(yīng)加強(qiáng)健康防護(hù)，包括佩戴口罩、手套等防護(hù)用具，以減少接觸可能存在的病原微生物。此外應(yīng)進(jìn)行定期的健康檢測(cè)，特別針對(duì)呼吸系統(tǒng)、皮膚等容易受到Pseudomonas和Fusarium感染的部位。