室内空气及空调滤网微塑料纤维和负载微生物污染特征

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjf11230301
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作为新兴污染物,微塑料被发现广泛存在于空气中,相关人体吸入及健康风险备受关注。微纤维(Microfiber,MFs)是气载微塑料的主要形态,但目前对它们在室内环境中的分布和迁移行为知之甚少。空调是现代建筑中的常见设备,其是否会影响气载MFs在室内的分布以及MFs负载微生物的复合污染特征,是关注度很高的环境健康问题。为此,本文研究了城市常见室内空间类型中的气载MFs分布情况,重点探究微塑料纤维(Microplastic fiber,MPFs)的赋存特征和空调滤网对室内MFs分布的影响,并进一步分析MFs上负载微生物的特征及其可能导致的健康风险。本研究首先通过24小时连续采样收集家庭客厅、学生寝室和办公室三类空间中的悬浮及沉降MFs样品,结合体视显微镜和显微红外光谱仪鉴定并分析气载MFs。然后,在分析空调滤网上MPFs污染特征的基础上,基于空调运行原理设计室内模拟实验,探究空调滤网上MPFs的累积及释放规律,并估算相关的人体暴露风险。最后,进一步观察室内MFs上生物膜的超微形态,通过平板计数法和16s r RNA高通量测序技术分析MFs负载的微生物数量和细菌多样性特征,预测细菌表型以评估其潜在健康风险。主要结果如下:(1)客厅、宿舍及办公室三类典型的室内环境中,悬浮和沉降MFs的平均丰度分别为6.07个/立方米和9.30×10~3个/平方米/天。MFs以透明色、蓝色和紫色为主,其中MPFs的比例约占32.5%,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、人造丝和赛璐玢是最主要的MPFs类型。所有样点的沉降MFs丰度和尺寸都显著高于悬浮MFs(p<0.05)。三类空间中,以宿舍中的MFs丰度最高,尺寸最大。(2)所有空调滤网样品中均检测出MFs,MFs的平均密度为1.47-21.4×10~2个/cm~2。客厅、宿舍和办公室的空调滤网MFs尺寸分别为312±430μm、670±918μm和526±628μm。其中27.7-35.0%的MFs为MPFs,大部分MPFs是PET(45.3%)、人造丝(27.8%)和赛璐玢(20.1%)。MFs的主要颜色为透明色、蓝色和紫色,其它颜色占总纤维的比例不到20%。(3)模拟累积实验发现,随着空调运行时间的增加,空调滤网上的MPFs密度也逐渐增加。相较于办公室和客厅,宿舍空调滤网的MPFs积累速度更快。模拟释放实验证明空调滤网上累积的MPFs可再次释放到室内空气中,其导致的人体每日MPFs最大暴露估计值随空调使用时间的延长而增加,在实验70天时达到最高值,为11.2±2.2-44.0±8.9个/千克-体重/天。不同年龄段的人面临的暴露风险不同,其中婴幼儿风险最高。(4)室内沉降及空调滤网上的MFs表面均有微生物附着。MFs上的细菌数为0.23-84.0×10~7 cfu/g,且沉降MFs上的细菌数量显著高于空调滤网MFs上的。所有MFs样品共检测出42个细菌门类,但属水平聚类分析显示沉降MFs和空调滤网MFs上的微生物群落构成有明显区别。利用线性判别分析(LEf Se)确定了空调滤网MFs上β-变形菌纲、罗尔斯通氏菌属和链球菌等致病风险相关菌的丰度显著高于沉降MFs。以上结果表明:(1)室内空间普遍存在微(塑料)纤维,MFs可以悬浮在空气中,而大尺寸MFs更易沉降到地面灰尘中。PET和棉纤维分别是室内最常见的MPFs和天然纤维,表明纺织品是室内MFs的主要来源。纺织品的使用、人类活动程度和通风情况可影响室内MFs的分布。(2)分体式空调的滤网上普遍存在MPFs污染。随着空调使用时间的延长,MPFs可以在滤网上累积,同时一部分MPFs也会在空调送风时再次被释放进室内空气。空调滤网可以作为室内MPFs的“汇”和“源”,担任室内气载MPFs的中转站。我们的研究表明当空调滤网使用70天左右,应更换或清洗滤网以减少人体暴露风险。(3)室内MFs可作为细菌和真菌等微生物的载体,且空气沉降MFs和空调滤网上的MFs具有不同的微生物负载量和细菌群落结构特征,但均有较高的成膜性和致病潜力。空调滤网MFs因其环境密闭潮湿,相较于沉降MFs负载了更多种类的致病菌,并可能存在健康风险,如与人体皮肤接触或被吸入等。本文工作系统揭示了室内环境中普遍存在的气载MFs和MPFs污染,并首次利用模拟累积和释放实验,揭示了空调滤网可以成为室内空气MPFs的汇和源并影响MPFs的分布。我们也发现室内MFs可以负载细菌,具有复合污染特征和致病风险。这些研究结果为室内气载MPFs污染监测提供了新思路,为这类新污染物的健康风险评价提供了科学依据。
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