再生水的微生物健康风险定量评价方法

赵欣，胡洪营，谢兴，吴乾元，黄晶晶

清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室

 给水排水，2010，36(5): 43-48

关键词：再生水，污水再生利用，微生物健康风险评价，水质安全

目前常用的微生物健康风险定量评价方法，是在1983年美国科学院（NAS）提出的针对有毒有害化学物质的健康风险评价方法的基础上发展起来的，包括四个主要步骤：风险识别，暴露评价，剂量反应关系和风险表征。该方法亦可应用于再生水微生物健康风险的定量评价，具体方法如下：

（1） 风险识别

风险识别是健康风险评价的第一步，目的是确定影响人体健康的风险因子、评价对象及其对风险因子的暴露途径。典型的暴露途径包括经口摄入、呼吸吸入和皮肤接触渗入等。对于再生水，通过对其水质的测定，确定风险评价的目标病原微生物。在再生水利用过程中，不同的回用用途，敏感暴露人群及其暴露方式都会存在较大的差异。通过现场调查，根据风险最大的情况确定评价对象和暴露方式。在我国再生水的城市杂用过程中，呼吸吸入是人体对再生水中病原微生物暴露的重要途径。

（2） 暴露评价

暴露评价是指结合具体事件和具体暴露人群的情况，调查研究暴露过程、暴露人群的特征，确定暴露环境介质中的有害因子的强度、暴露时间和频率，估算或预测对有害因子的暴露剂量。在再生水利用的健康风险评价中，病原微生物暴露剂量的确定是重点和难点。病原微生物的暴露剂量可以根据再生水中病原微生物的浓度和再生水的暴露量来确定，因此再生水暴露量的确定非常关键。根据确定的目标病原微生物、评价对象和暴露方式，选择合适的病原微生物暴露剂量计算方法，如由雾化导致的的病原微生物暴露剂量计算方法，在现场调查和文献调研的基础上确定相关参数，对评价对象的病原微生物暴露剂量进行计算。

（3） 剂量反应关系

剂量反应关系是对风险因子暴露剂量与其导致暴露人群发生不良效应概率之间的关系进行定量计算。一般是通过大量的实际致病案例的病原微生物检验数据，或者在实际的人体或动物试验的基础上，建立暴露剂量与致病概率之间的定量关系。根据目标病原微生物，选择适用的剂量反应关系模型和相关参数，结合确定的暴露剂量，计算目标病原微生物对评价对象的致病概率。常用的剂量反应关系模型有以下两种：

① 指数模型

                     （1）

式中，P_i为单次暴露致病风险（无量纲）；N为病原微生物单次暴露剂量（mass）；β为剂量反应关系因子（mass^-1）。

②Beta-poisson模型

                    （2）

式中，P_i为单次暴露致病风险（无量纲）；N为病原微生物单次暴露剂量(mass)；N₅₀为暴露人群50%被感染剂量（mass）；α为剂量反应关系因子（无量纲）。 

（4） 风险表征

风险表征是在综合前三项内容的基础上，计算暴露人群在不同接触条件下可能产生的某种健康危害效应的发生概率，并对其可靠程度或不确定性加以分析。根据实际情况确定可以接受的年风险值，或者参考USEPA提出的10^-4的年风险作为可以接受的年风险值。年风险值根据单次致病风险和暴露次数计算，如公式（3）所示。

                         （3）

式中，P_ai为年致病风险（无量纲）；P_i为单次致病风险（无量纲）；n为年暴露次数（无量纲）。

通过以上方法，确定模型中的每一个参数值就能得到年致病风险值。但是，它只能反映在某一特定情况下的年致病风险。一般情况下，在一年当中，模型中有几个参数都是在一个范围内波动的，如环境参数，再生水中微生物浓度等，因此年致病风险值应该也是在一个范围内变化的。所以，可以采用蒙特卡罗（Monte-carlo）模拟的方法，根据各参数特点以及分布情况，对相互独立的几个参数利用计算机随机选取，计算年致病风险值。当计算次数足够多时，便可以得到年致病风险值的分布情况、平均值和取值范围。将计算所得的年风险值与可接受年风险值进行比较，对其能满足可接受年风险值的概率，即安全性进行评价。