再生水回用的肠道感染疾病负担定量分析方法研究

发布时间：2020-04-06 14:02

【摘要】：近年来,污水再生回用已成为世界各国缓解水资源危机的重要手段,城市污水经处理后被广泛回用于工业、农业、市政、景观娱乐等多个途径。然而,再生水中存在各种污染物质,其中,种类繁多且危害显著的致病微生物是限制污水再生回用的关键因素。为确保污水回用的安全性,需对再生水中典型病原微生物引起的健康危害进行量化评估。传统危害评价方法是通过:危害识别、暴露分析、剂量-响应分析和风险评定四个典型步骤,对典型病原体引起的危害发生概率进行定量估计,并以此为依据,对污水再生回用的安全性进行评价。然而,危害发生概率并不能说明病原体造成的健康损伤及其严重程度,更不能定量描述其对人类身体健康、心理健康、社会活动等其他方面造成的综合影响。因此,需在传统风险概率分析的基础上,采用其他健康评价指标,对典型环境病原微生物引起的健康危害进行延伸评估。伤残调整寿命年(DALY)是由世界卫生组织(WHO)提出的用于量化疾病负担的健康评价指标,该指标可对疾病爆发后,特定健康结局包括:伤残和死亡引起的健康寿命损失进行量化估计。由于水环境中病原微生物的暴露同样可导致患病结局,因此,DALY亦可用于环境病原微生物疾病负担的量化评估,所得结果不仅可确定关键危害因子与危害传播途径,还可对水环境安全性进行综合评价。本研究在对传统风险评估方法及疾病负担定量方法进行系统回顾的基础上,针对污水再生回用过程中典型肠道病原微生物引起的健康危害,提出基于伤残调整寿命年的肠道感染疾病负担定量分析方法及其理论体系,同时,针对疾病负担量化过程中患病率数据的缺失,进一步提出可用于DALY量化的患病率计算模型,在此基础上,将患病率量化与疾病负担分析方法用于实际污水回用案例中的典型肠道病原微生物健康危害效应的定量评估。主要研究工作和主要成果如下:(1)水媒性肠道感染疾病负担定量分析的理论基础。水环境中的致病微生物包括:细菌、病毒、原虫和寄生虫。病原微生物与人体暴露接触可引起水传播疾病,即水媒性感染疾病的爆发流行。水环境中病原微生物的暴露量可根据病原体暴露浓度检测结果与不同途径下对病原载体的摄入体积调查结果的乘积来进行估算。病原体引起的感染风险可采用指数模型或Beta-Poisson模型进行估计,模型参数可根据实验数据或疾病爆发数据拟合结果来确定。感染后的患病风险可采用流行病学调查、人体/动物实验分析和模型计算法进行估计,其中,结果可靠且应用广泛的是模型计算法。水环境中的典型病原微生物的疾病负担计算通常忽略相对罕见的死亡结局,仅考虑患病结局下的健康寿命损失,因此,疾病负担可表示为患病率、伤残权重与疾病持续时间的乘积。根据WHO规定的可接受疾病负担标准值10~-66 DALYs/人/年,将疾病负担计算结果与该标准值进行比较,即可对水环境安全性进行客观评价。(2)再生水回用的肠道感染疾病患病率计算方法研究。与污水再生回用密切相关且研究相对较充分的几种典型肠道病原微生物包括:伤寒沙门氏菌、志贺氏菌和肠道病毒。其中,伤寒沙门氏菌可引起伤寒,志贺氏菌感染可引起细菌性痢疾,肠道病毒感染可引起呼吸道、消化道和神经系统疾病等。典型污水回用途径包括:农田灌溉、城市绿化、景观娱乐和市政杂用,主要接触方式为:呼吸吸入。根据实地调查结果或参考相关暴露标准,并采用针对呼吸吸入途径的暴露量计算公式,本研究对不同回用途径下病原微生物的暴露量计算方法进行讨论。根据已有病原微生物的感染率量化计算模型及其参数值,本研究对再生水中典型肠道病原微生物的感染风险量化评估方法进行论述。通过对疾病发展过程及其影响因素分析,本研究提出并构建基于暴露量的患病率量化计算模型,并根据所获得的人体实验数据,采用极大似然估计法对再生水中典型肠道病原微生物的模型参数值进行估计。在此基础上,本研究进一步根据DALY计算方法及其疾病参数值,对再生水中典型肠道病原微生物引起的疾病负担量化方法进行论述。本研究所提出的肠道感染疾病患病率量化计算方法将感染风险评估结果进一步延伸到以肠道感染疾病为观测结局的患病风险,进而实现从病原体暴露数据到疾病负担量化数据的成功转化。(3)实际污水再生回用案例肠道感染疾病负担定量分析。以西安市北石桥污水处理厂二级出水为研究对象,参考以往研究数据,对二级出水中典型肠道病原微生物:志贺氏菌、伤寒沙门氏菌和肠道病毒的暴露浓度及分布特征进行研究。结果显示,二级出水中,志贺氏菌、伤寒沙门氏菌和肠道病毒的暴露浓度均服从对数正态分布,50%累计概率浓度均值分别为:3.1×10~2 copies/L,1×10~2 copies/L和1.4 copies/L。西安市污水主要回用途径包括:城市绿化和道路降尘,主要接触途径为:呼吸吸入。通过暴露量计算、患病率分析与DALY计算,本研究对西安市城市污水处理厂二级出水直接回用的疾病负担进行量化评估。结果显示,二级出水中伤寒沙门氏菌和肠道病毒引起的疾病负担均在WHO规定的可接受疾病负担范围内,但志贺氏菌的疾病负担较WHO标准略高,因此,二级出水直接回用存在健康隐患,需对其进行消毒处理。据估计,在90%~99%安全性水平下,对二级出水中典型肠道病原菌的log去除率需求为3~4-log,而对典型肠道病毒的log去除率需求为5~8-log。另外,对二级出水经不同膜分离工艺处理后回用的疾病负担进行计算,结果显示,超滤、纳滤、反渗透出水中,典型肠道病原微生物引起的疾病负担均在WHO规定的可接受范围内,但微滤出水中典型致病菌引起的疾病负担较WHO标准略高,因此,微滤出水回用仍存在健康隐患,需对其进行消毒处理。据估计,在90%~99%安全性水平下,对微滤出水中典型肠道病原菌的log去除率需求为3~4-log,而对典型肠道病毒的log去除率需求为3~5-log。(4)疾病负担定量分析方法的应用与发展前景论述。以往疾病负担研究主要应用于世界各国疾病负担统计计算、区域疾病负担顺位计算、以及指定病种疾病负担的追踪评估等。由于水环境中病原微生物的暴露亦可引起疾病负担,因此,近年来DALY还被应用于水环境领域健康安全评价。该方法是以水环境中典型病原微生物的暴露为出发点,通过暴露量计算与患病率分析,将病原微生物的暴露数据转化为可用于疾病负担量化的疾病输入数据,并通过DALY计算,对指定环境病原微生物引起的疾病负担进行量化评估。相比传统风险分析结果,疾病负担评估是对传统风险概率分析的深化与扩展,以健康损失为落脚点对水环境安全进行评价,其结论更可靠且论据更充分。在未来针对环境领域的疾病负担研究工作中,DALY还可用于其他环境领域,如大气、土壤,以及其他环境污染物,如化学有害物质的健康危害定量评估。根据疾病负担评估结果,通过针对危害干预措施的成本-效益分析,可进一步计算不同健康危害干预措施实施条件下,避免一例疾病负担所需的经济成本,通过比较即可确定最优资源配置方案,以此为基础为环境危害管理提供科学有意义的指导。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;R574

【参考文献】