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摘要
收集大量城市垃圾的垃圾填埋场会导致不同细菌的繁殖，主要是由于填埋材料中含有的有机物质。随着时间的推移，它们可能成为这些微生物的主要来源。考虑到公共健康和安全，有必要监测由细菌及其成分（例如内毒素）引起的空气污染等级。在这项研究中，在垃圾填埋场内的不同位置测量了总活菌（TVB）和革兰氏阴性菌（GNB）的浓度，以及它们的颗粒分布和GNB内毒素的浓度。空气样本中TVB和GNB的浓度根据季节，位置（即活动区域与周围环境）和垃圾填埋进行的阶段（即填埋或封场期）而变化。在封场期间发现了更高的内毒素浓度，并且它们与有机粉尘浓度显著相关。微生物粒度分布与垃圾填埋场运行状态有关，在填埋和封场期间，正在使用的区域内的细粒度均低于4.7mu;m，粗粒度高于7.0mu;m。这些结果符合细菌气溶胶空间分布的支持，表明正在使用的填埋场对占用地和附近地区的空气质量有明显的影响。考虑到暴露在空气中微生物污染物中的垃圾填埋工人和邻近居民的健康和安全，需要不断进行生物气溶胶监测。它能促进垃圾填埋场内的特别规划，并针对其附近和偏远的环境中采取预防措施。
- 介绍
如今，废物处理是世界上最大的环境问题之一。根据世界银行的报告，全世界每年产生超过13亿吨的城市垃圾，其中许多仍在垃圾填埋场进行回收。从全球范围分析这些废物的形态组成，可以注意到大约 46％是来自植物和动物有机废物，需要进行生物降解处理。通常，城市垃圾的特征是水分含量（MC）为15-40％，但在特殊气候条件下MC甚至可以上升到70％。有机物中水分的存在使得城市垃圾成为滋养细菌，真菌和病毒在内的不同微生物的完美环境。美国环保署在1960 - 2007年间对城市垃圾车进行了详细分析，结果表明，最可能的N80％大肠杆菌来源是食物剩余物造成的废物。另一方面，动物粪便导致约97％的沙门氏菌杆菌，95％的人肠道病毒和97％的寄生虫存在于城市废物中。
到目前为止，一些研究表明了微生物监测城市垃圾填埋场空气的重要性。这些研究可以分为两大类。第一类研究目的是评估处理城市废物管理中生物气溶胶的职业在暴露环境下的研究。对于这些工作，通常在污染严重的部门或垃圾填埋场附近进行防护措施以及永久性填埋场基础设施的建筑物附近进行防护措施。已经证明，工作场所的细菌，真菌和内毒素浓度范围分别为101至105 CFU m-3,102至104 CFU m-3和2至1200 EU m-3。
第二类研究是那些不同类型的生物气溶胶扩散到垃圾填埋场以外的研究，因此可以评估它们对当地人口健康的造成的潜在威胁。废物处理设施对居民区的影响取决于废物来源，传播途径和目标之间的复杂关系，受天气条件（特别是RH和风向）和周围环境（树木覆盖或开阔地区）的影响。大颗粒（直径为N30mu;m）是组成大多数灰尘的主要原因，并且大部分沉积在废物源头的废弃设施的100米范围内。中等尺寸的颗粒（直径10-30mu;m）可扩散200-500米。小尺寸的颗粒（直径为b10mu;m）可能扩散至最远1 km或更远。在使用中的填埋场附近的测量结果通常显示微生物浓度与职业的情况相似，即101-104 CFU m-3。然而，与背景浓度等级相比，生物制剂区域的浓度通常会下降一到三个数量级。
生物气溶胶可能对垃圾填埋工人的健康造成危害。这些颗粒也可能长距离扩散，对居住在垃圾填埋场附近的居民产生负面影响。生物气溶胶扩散至空气可能导致主要呼吸系统的不良症状的发生，例如喉咙，鼻子和眼睛的刺激以及干咳。还导致肺功能受损，其通常表现为每秒呼吸量减少（FEV1）。吸入微生物气溶胶也可能增加非过敏性呼吸系统疾病的风险，如慢性支气管炎，哮喘或有机粉尘毒性综合征。
对于城市垃圾填埋场，控制排放源包括监测空气清洁度和微生物污染物扩散到邻近区域是精准确定其环境影响区域的重要任务。这种方法也可采取适当措施保护周围人口免受这些设施的有害影响。多年来，使用高斯羽流模型（GPM）对传播的生物气溶胶建模进行考虑。然而，如今随着先进统计方法的发展，地质统计学的使用变得比GPM更受欢迎，部分原因在于各种计算机应用程序中的地理信息系统（GIS）软件的可靠性。以彩色地图形式的微生物污染物空间传播的可视化能更有效地实行特定的预防措施。
细菌气溶胶扩散至空气的量及其随后对微生物空气污染物阈值限值的建议是确保在城市垃圾填埋场内有效保护工人健康的必要措施。然而，为了预测有害微生物制剂的传播，以及生活在附近垃圾填埋场设施的居民的安全，需要采用比简单浓度测量更复杂的分析方法。因此，本研究的目的是量化城市垃圾填埋场内的细菌气溶胶，包括内毒素，并使用地质统计技术可视化该生物气溶胶在其周围环境中的扩散形式。本文提出的定量生物气溶胶评估结果补充了早期描述的研究，涉及从垃圾填埋场排放的有机微生物的分类学多样性。
- 方法
2.1实验区
这项研究是在Barycz垃圾填埋场（地理天然气管道X：20.001490，Y：49.981585）进行的，其中存放了来自克拉科夫和维利奇卡市的城市垃圾。垃圾填埋场位于克拉科夫 - 斯沃斯佐维采的其中一个区。在该研究所涉及的地区，大约有1000人住在垃圾填埋场附近。研究区域的特点是西部和西北部的空气质量占主导地位。 Barycz垃圾填埋场占地面积约37公顷，分为三个区域：第一个区目前开发面积近11公顷（A部分）;第二个面积约为13公顷部分回收（B部分）;第三个完全开发，面积约13公顷（C部分）。垃圾填埋场是一个特殊设施。在露台上进行开采是通过建造支撑废物沉积物并进行废物填充的更多土堤来进行的。整个克拉科夫市使用一整套废物收集系统，分为三个基本分类：玻璃，纸张和塑料。然而，来自一些定居点的废物仍然没有被分类。垃圾填埋场雇用了30人作为员工。
2.2空气采样点
在研究区域内，共选择了17个均匀分布的测量点，形成了覆盖垃圾填埋场和邻近区域的网格（图1）。简而言之，S3点在当前被利用的区域; S4-S9点位于相邻的森林中;点S1，S10，S12，S13，S15-S17-放置在农田上，点S2，S11和S14-放置在草地上。采样点与有效填埋区（S3）在104米至1187米的范围内以直线间隔开。细菌浓度的测量在2011年和2012年进行，包括四个季节，并且每种样品每月收集两次，在上午9点到下午2点之间，即在垃圾填埋场的高度工作活动期间。此外，在夏季连续两天，在填埋场运行期间和停止填埋期间，采集补充空气样本以测定细菌内毒素浓度。
图1 Barycz市政垃圾填埋场和周围区域的地图，其中显示了在各个站点收集的空气样本
2.3。空气采样方法
使用六级Andersen冲击器（型号10-710，Graseby-Andersen，Inc.，USA）收集空气样品，其可以按以下空气动力学直径进行分离：0.65 / 1.1 / 2.1 / 3.3 / 4.7 / 7微米。在测量期间，将采样仪器放置在地面以上1-1.5米处，以模拟人类呼吸区域。采样流速为28.3 L /min-1，采样时间为5 min。对于每个样品，分析的空气体积总是0.1415m-3。在每次取样期之前和之后，使用数字流量计校准泵的流速，测量范围为2-30L/min-1。所有样品均以双重方式重复收集两次。
对于细菌气溶胶的取样，应使用血液胰蛋白酶大豆琼脂（具有5％羊血添加剂的TSA）和Eosin Meth ylene Blue培养基。这些培养基可以对生物气溶胶进行评估并将其分为两组：总活菌（TVB）和革兰氏阴性菌（GNB）。
为了测量内毒素浓度，使用锥形可吸入采样器（CIS）（Casella CEL，Great Britain）和泵（Leland Legacy，SKC Inc.，USA）收集空气样品。将空气中的粉尘收集在孔径为1mu;m的37mm PTFE过滤器上（SKC Inc.，USA）。以5L/min-1的流速对空气取样2-3小时。为了评估空气中粉尘中的内毒素浓度，使用了重量法。在测量前后，在具有受控微气候的房间中将每个过滤器调节24小时，然后使用精确度为0.1mg的分析天平（ABJ 220-4M，Kern＆Sohn GmbH，Germany）称重。在测量之后，直到进行内毒素分析，所有样品都储存在-20℃。
使用温度计（Conrad Electronics，Germany）测量微气候参数（温度和RH），并用气候计（Kestrel 4000，Nielsen-Kellerman，USA）获得风速记录。
2.4。实验室分析
将细菌空气样品在以下条件下孵育：37℃一天，然后22℃三天，最后4℃三天。应用细菌样品的延长孵育以允许在低温下开发缓慢生长的菌株。总细菌浓度表示为每立方米取样空气的菌落量单位（CFU m-3）。还详细描述了微生物，如前一篇文章中所详述。
用动力学，显色形式（Lonza，Ltd.，Switzerland）用鲎变形细胞裂解物（LAL）试验测定内毒素。用温度控制的微孔板读数器（Synergy 2，BioTek Inc.，USA）在37℃下以405nm的波长下测量它们的浓度。通过比较样品中的内毒素浓度与标准曲线获得结果，标准曲线由对照标准内毒素（CSE）大肠杆菌055：B5的两倍稀释液产生，活性为11 EU ng-1。
2.5。统计分析
获得的结果报告为算术平均值（AM），标准偏差（SD），中值（Me）和浓度范围。由于所有自变量均未符合正态分布（根据Shapiro-Wilk检验），非参数Mann-Whitney和Kruskall Wallis检验以及斯皮尔曼等级相关系数用于确认观察到统计关系。所有计算均使用Statistica软件10.0版（StatSoft，Krakow，Poland）进行，假设p＜0.05的值具有统计学特征。
使用版本10的Surfer软件（Golden Software，Inc.，USA）进行细菌气溶胶扩散的可视化。它是一个基于等高线图矢量数据的图形程序，用于说明给定区域中各种参数的值。程序将不规则分布的测量点（X，Y，Z数据）应用到规则网格中，其中测量的Z值的点被分配给X，Y点的偶数坐标网格。分析使用普通克里金法和线性变异函数。
- 结果
统计分析显示，在四个测量周期之间，微气候的所有测量参数都显著不同（p lt;0.05）（表1）。根据对垃圾填埋场环境中收集的所有空气样本进行的微生物研究分析结果显示，TVB的平均浓度为2.36times;103 CFU m-3（SD = 3280），GNB的平均浓度为1.98times;102 CFU m-3（SD = 370）。所显示的细菌浓度的特征在于季节内和季节之间的统计结论存在显着差异。最大范围的TVB浓度是总和时期（1.80times;101-1.60times;104 CFU m-3）的特征;然而，在该季节，也出现了最低浓度的GNB（2.30times;101 CFU m-3）。研究组的微生物平均浓度（中位数）是在秋季，包括TVB - 2.10times;103 CFU m-3和GNB - 2.49times;102 CFU m-3。对于两组这细菌研究表明，所显示的季节差异具有统计学意义（图2）。
表1 包括季节的气候参数的特征
|
2011夏 |
2011秋 |
2011春 |
2011冬 |
||
|
温度 [°C] |
20.7 (10.1–29.0) |
4.2 (0.8–8.4) |
11.1 (5.2–14.8) |
23.9 (17.4–29.1 |
H = 102.7; p b 0.001 |
|
相对湿度[%] |
56.9 (34.0–81.0) |
80.6 (70.4–88.5) |
52.2 (34.8–68.4 |
65.4 (40.4–77.3) |
H = 73.6; p b 0.001 |
|
风速 [m sminus;1] |
1.49 (1.00–2.10) |
0.85 (0.30–1.80) |
1.84 (0.70–3.20) |
1.46 (0.40–2.90) |
H = 44.2; p b 0.001 |
图2 根据季节，垃圾填埋场中细菌气溶胶（中位数）的浓度。
图3 通过取样区域，填埋场上的细菌气溶胶（中位数）浓度。
考虑到收集空气样本的区域在微生物浓度的分析表明，污染最严重的是垃圾填埋场的正在填埋的部分，其中新的城市垃圾被运输后堆积。在整个测量期间（即一年四季），该区域中TVB和GNB的中值浓度分别为3.94times;103和6.58times;102CFU m-3（图3）。另一方面，附近草地区域的微生物浓度最低，其中TVB和GNB浓度分别接近1.05times;103 CFU m-3和3.90times;101 CFU m-3。统计结果证实了仅在GNB情况下检查区域之间的差异（p lt;0.05）。
该研究还证明了垃圾填埋场内空气中微生物污染水平的预期差异以及填埋场运行阶段所导致的环境影响。当城市垃圾运输过来并堆放在垃圾填埋场时，整个监测区域（1.02times;102 CFU m-3; SD = 160）计算的空气中细菌浓度高于垃圾填埋场不在进行填埋时浓度（0.16times;102 CFU m-3; SD = 0.46）。对于GNB，这种差异尤其明显（p lt;0.01）。对于内毒素
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资料编号：[1291]
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