【摘 要】
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在污水管网的输送过程中,污水受水力波动的影响会生成大量气溶胶,其携带的致病微生物会通过检查井扩散至外界环境,对接触人群具有潜在的暴露感染风险。为评估检查井汇流区域病毒气溶胶的暴露风险,本研究采用数值模拟与实验分析相结合的方法,探究污水检查井汇流区域的流体动力学规律和气溶胶的产生与扩散传播机制。在此基础上借助定量微生物风险评估方法,结合实际污水中病毒种群以及含量的检测结果,分析典型病毒气溶胶的感染概
【基金项目】
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陕西省教育厅专项科研计划项目（20JK0730）； 国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07313-001-01）； 国家重点研发计划项目（2016YFC0400701）； 陕西省重点科技创新团队项目（2013KCT-13）；
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在污水管网的输送过程中,污水受水力波动的影响会生成大量气溶胶,其携带的致病微生物会通过检查井扩散至外界环境,对接触人群具有潜在的暴露感染风险。为评估检查井汇流区域病毒气溶胶的暴露风险,本研究采用数值模拟与实验分析相结合的方法,探究污水检查井汇流区域的流体动力学规律和气溶胶的产生与扩散传播机制。在此基础上借助定量微生物风险评估方法,结合实际污水中病毒种群以及含量的检测结果,分析典型病毒气溶胶的感染概率。研究结果为污水输送过程中病毒传播的风险研究与源头控制提供科学依据与理论支撑,取得的具体成果如下:（1）通过建立一套污水管道中试实验系统,研究分析不同速度工况下污水管道微生物气溶胶产生与扩散传播特性。结果表明,低流速（0.6-0.8m/s）条件下,污水表面检测到的气溶胶浓度平均值为205 CFU/m~3;中流速（1.0-1.5m/s）条件下,气溶胶浓度平均值为245 CFU/m~3,相较于低流速条件下浓度增加了16.1%;在高流速（2.0-5.0m/s）条件下,气溶胶浓度平均值为961 CFU/m~3,相较于低流速条件增加了78.6%。此外,气溶胶的产生浓度也与污水中COD含量以及污水温度呈显著正相关关系。由此可知,进水流速、污水温度以及COD含量是气溶胶产生与扩散传播的重要影响因素。（2）通过CFD三维数值模拟,结合VOF与DPM模型,构建了污水管道检查井内病毒气溶胶产生与扩散模型,并借助污水管道实测数据对模拟结果进行可靠性分析,验证结果表明该模型可以良好地模拟污水检查井中气溶胶的产生与扩散分布规律。利用建立的物理几何模型,对检查井汇流区域的水力特征和气溶胶产生分布规律进行模拟,研究结果表明,随着进水流速的增加,管道内压力增大,湍流效应增强,携带病毒的气溶胶从检查井扩散进入大气中的概率也增加。由此可知,在污水检查井汇流区域流速湍急时,有显著的病毒气溶胶感染风险。（3）通过对实际城市污水中易引发人体健康疾病的典型病毒检测,污水中腺病毒、轮状病毒、肠道病毒以及诺如病毒的含量范围为10~3-10~6 copies/L。以实验测量的上述四种病毒浓度为基础,借助定量微生物风险评估方法,评估了污水管网微生物气溶胶暴露风险。在检查井流速较快的情况下,腺病毒和轮状病毒的感染概率均大于0.8,肠道病毒和诺如病毒的感染概率均小于0.6。由此可知,对于城市污水管网系统而言,检查井汇流区域产生的携带病毒气溶胶传播病毒的风险需要引起重视,尤其是具有强感染风险的腺病毒和轮状病毒。该研究可以为城市污水管道病毒气溶胶的监测和感染风险预警提供理论依据。
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