幽门螺旋杆菌是一种危害严重且感染率较高的致病性细菌，人类粪污等排泄物是其主要来源之一。随着粪污废水进入市政污水处理系统，污水处理厂便成为了幽门螺旋杆菌重要的“汇集地”。这些幽门螺旋杆菌是否会随出水、剩余污泥、生物气溶胶排放而进一步扩散？扩散后是否会对厂内及周边人员人体健康存在危害？这些均关系着污水厂职工与周边居民的身体健康。因此，深入认识污水厂幽门螺旋杆菌的赋存特征与健康风险意义重大。
导 读
幽门螺旋杆菌（H. Pylori）的高危害性、高感染性一直广受关注，粪污等排泄物是其主要来源。然而，人们对处理粪污废水的“污水厂”这一核心中间环节中H. Pylori的赋存与危害缺乏认识。作者从污水、污泥、生物气溶胶等多介质角度，解析H. Pylori在污水处理过程的赋存、迁移及潜在风险，对保障污水厂职工及周边居民身体健康具有重要意义。
图1 图文摘要
污水厂不同介质中H. Pylori赋存特征
污水厂水、固、气三相介质中均有H. Pylori检出。原污水中H. Pylori的浓度范围在1.65×106 ~4.20×108 CFU/L（污水）（图2），浓度中位值为1.24×108 CFU/L（污水）。格栅等预处理单元对于H. Pylori丰度无明显影响，其浓度仍保持在约108 CFU/L（污水）。但是，经生物处理单元后，二沉池出水中的H. Pylori浓度大幅下降，浓度范围在5×103~5.90×106 CFU/L（污水）；而此时，剩余污泥中的H. Pylori平均浓度则保持在4.22×108 CFU/kg（污泥）。这说明，原污水中部分H. Pylori在污水生物处理单元由污水迁移至了污泥中。同时，检测发现，脱水污泥中H. Pylori的浓度呈现明显增加现象，其浓度范围在4.00×107 ~3.28×1011 CFU/kg（污泥）（图3A）。不仅如此，污水厂各工段生物气溶胶中也均有H. Pylori检出，其浓度范围在6~4173 CFU/m3（空气）（图3B）。其中，污泥脱水间生物气溶胶中H. Pylori检出浓度最高，为549±516 CFU/m3（空气）。
图2 污水中H. Pylori丰度的变化
图3 污泥和生物气溶胶中的H. Pylori
不同介质中H. Pylori迁移过程与影响因素
采用基于生态基因组学的质量平衡法，对污水处理全流程中H. Pylori的迁移进行量化分析。结果表明，经生物处理单元后，原污水中的H. Pylori约78.49%迁移至了剩余污泥中，约21%随污水厂出水排放，仅极少量H. Pylori随生物气溶胶逸散至空气中（图4）。综合分析表明，在水环境中，污水性质（例如化学需氧量、总氮和总磷）对H. Pylori的分布具有一定影响（图5A）；在大气环境中，臭氧浓度、太阳辐射、环境温度及风速均会影响生物气溶胶中H. Pylori的丰度（图5B）。
图4 污水厂不同介质中H. Pylori的迁移
图5 污水厂不同介质中H. Pylori的影响因素
空气介质中H. Pylori扩散与潜在风险
不同于污水和污泥，生物气溶胶中H. Pylori的扩散更加无序。采用混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLIT）法，解析了污水厂生物气溶胶中H. Pylori的扩散路径。结果表明， H. Pylori的扩散方向和面积与气象条件密切相关，尤其是风向和风速影响显著（图6）。污水厂始终处于连续运行状态，生物气溶胶的逸散也呈现不间断状态。因此，由污水厂逸散的H. Pylori传播范围将会更大，预测表明其最远可扩散至几百公里外。
图6 污水厂下风向空气H. Pylori的扩散
这种扩散将会加大厂内职工、周边居民和H. Pylori的接触机会，增加其暴露风险。定量风险评估结果表明，污水厂各工艺段空气介质中H. Pylori的疾病负担均超过世卫组织推荐的基准（10-6 DALYs pppy），尤其是在污泥脱水间这种室内空间，男性和女性工人的疾病负担值分别可达7.33×10-3 DALYs pppy和6.01×10-3 DALYs pppy（图7）。
图7 气载H. Pylori的健康风险
总结与展望
幽门螺旋杆菌在污水处理过程中会向出水、剩余污泥、生物气溶胶中迁移，通过水环境、土壤环境、大气环境扩大其传播范围，进而造成更大潜在风险！进一步明确幽门螺旋杆菌传输机制，精准评估其暴露风险，研发适用阻控技术与策略，将是未来污水厂针对生物安全问题研究的重点之一。
责任编辑
黄 艳 华东师范大学
霍正洋 中国人民大学
引用格式：Wang Y., Han Y., Wang W., et al., (2024). Characteristics, fate, and effects of Helicobacter pylori in municipal wastewater treatment plant. The Innovation Geoscience 2(3), 100080.
作者简介
韩云平，中国科学院生态环境研究中心，副研究员，硕士生导师。主要从事气态污染物逸散规律、控制技术与原理研究。先后主持和承担国家自然科学基金国际合作与交流项目、科学技术部国家科技重大专项、国家自然科学基金青年基金项目等10余项，发表学术论文90余篇，获得授权发明专利5项，获省部级奖励2项。
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