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城市污水再生利用健康风险评价理论与方法研究

仇付国

  本论文是国家自然科学基金重点项目“西部干旱缺水地区水资源再生利用研究”的专题之一,针对污水再生利用过程中化学污染物质和病原微生物引起的健康风险问题,根据我国城市污水及再生水的水质特性开展理论研究和试验研究。对典型城市污水及再生水中污染物质的分布规律进行了深入考察;结合各种再利用方式,分析了污染物的暴露途径;在吸取国外经验的基础上,进行了主要污染物的剂量—反应关系分析;建立了适合我国国情的城市污水再生利用化学物质和病原微生物健康风险评价模型;通过生物示踪剂试验等先进手法评价了各种处理工艺对病毒的去除效果。论文的主要工作及其成果包括以下几个方面:1.对典型的城市污水二级处理水和混凝沉淀过滤、臭氧生物活性炭、超滤三种再生处理工艺出水中的化学污染物质和病原微生物的浓度进行了检测分析,根据大量的检测数据对各种污染物的分布规律进行深入考察,通过非参数假设检验分析,发现二级处理水和再生水中所有污染物的浓度都近似服从对数正态分布,从而可用对数正态分布对污染物浓度的出现频率进行量化描述,为健康风险评价模型的建立奠定了基础。2.根据污水再生回用途径的用水要求和回用水质标准,运用累积概率分析方法,对再生水水质安全保证率进行了评价,二级处理水中化学污染物和病原微生物符合标准要求的概率较低,不能保证回用要求;经混凝沉淀过滤、臭氧生物活性炭和超滤工艺处理后再生水中化学污染物和病原微生物得到有效去除,保证率得到大幅度提高,对于微生物指标,必须采用消毒处理工艺才能保证较高的安全保证率。3.对污水中倍受关注的病原微生物,采用柯萨奇(B3)病毒作为生物示踪剂,以组织培养半数感染剂量TCID_(50)(Tissue culture infective dose_(50))为检测指标,对几种常用的污水再生处理工艺对病毒的去除效果进行了试验研究,结果表明氯消毒对病毒去除效果较差,混凝沉淀过滤和超滤工艺对病毒的去除率约为2log,臭氧消毒可以有效的灭活污水中的病原菌和病毒,对病毒去除率可达4log左右,常规处理和臭西安建筑科技大学博士学位论文氧消毒联用对病毒的去除率可以达到5一6109,能够充分保证再生水回用的安全性,有效控制病原体造成的健康风险。对病原菌去除试验结果表明臭氧消毒、氯消毒和超滤处理对污水中大肠菌可以完全去除;混凝沉淀过滤对大肠菌的去除率在3109左右。常用处理工艺对病毒的去除效果往往低于对大肠菌的去除效果,且病毒对氯消毒和臭氧消毒的耐受性比大肠菌更强。4.考虑我国污水回用的实际情况,选择三种常用污水回用途径:城市绿化(包括公园绿化、道路浇洒等)、农田灌溉(包括浇灌蔬菜、水果等)和景观娱乐(包括游泳等全身接触情况)进行评价,分析确定了不同回用用途的再生水暴露途径和暴露量,作为污水再生利用健康风险评价的基础。三种回用用途人体对再生水的暴露次数和每次的暴露量分别确定为每周两次,每次In1L;每天一次,每次IOmL和每年40次,每次100mL(只考虑夏季)。5.根据毒理学、流行病学资料确立的化学污染物的致癌强度系数和参考剂量,建立了化学物质风险评价的计算模型,运用Monte一Carfo方法,对不同回用途径的再生水造成的致癌风险和躯体毒害风险进行了计算分析,结果表明二级处理水直接回用于城市绿化、农业灌溉、景观娱乐用途的三种暴露条件下造成的致癌年风险的范围在10一气10一s/a之间,低于国际辐射防护委员会(Ic砂)推荐的最大可接受年风险水平5.0x10一5/a,说明污水再生利用造成的致癌风险处于可接受水平;非致癌化学污染物造成的躯体毒害效应的年风险范围在10一1气10、之间,远小于国际上公认的可忽略风险水平10一气10-v/a,说明污水再生利用对人体健康的非致癌危害效应是可以忽略的。6.根据污水中粪大肠菌检测结果及其浓度分布函数,借鉴病毒与粪大肠菌的比值为1:105的研究成果,将污水中所有的病毒当作强感染性的轮状病毒并采用其p一Pofsson剂量反应关系式,建立了污水再生回用病原微生物的健康风险评价方法和评价模型。运用Monte一Carlo模拟方法对病原体健康风险评价模型中的五种不确定性因素粪大肠菌的浓度、再生回用工艺对病毒的去除率、粪大肠菌和病毒之间的比例、年暴露次数和每次的暴露量进行了敏感性分析,发现病毒去除率对风险值的影响最大,其次为粪大肠菌的数量,去除率影响是后三种影响因素的10一25倍,粪大肠菌的影响是后三种因素的3一8倍,而粪大肠菌和病毒之间比例关系、人体对再生水的暴露次数和暴露量对风险值的计算结果影响很小,本论文中粪大肠菌浓度是实际检测数据,病毒的去除率也是试验实测数据,而粪大肠菌和病毒之间的比例关系、暴露量和暴露次数对风险值的影响很小,因此本研究进行的风险计算分析是可行的。运用概率数值分析方法,以10-2、10-5、1 04作为病原体感染可接受年风险,对保证回用水安全所要求的病毒去除率进行了计算分析,再生水回用于农田灌溉,城摘要市绿化,病毒……   
[关键词]:水资源;风险评价;污水再生利用;病原微生物;化学污染物
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2004年
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