使用11-D测量研究淋浴期间的风险暴露

背景介绍

在日常生活中，淋浴是对水中挥发性和雾化成分（生物气溶胶、金属和化学污染物，例如消毒副产品 (DPB)）的最大吸入暴露。为评估用户吸入与此类水滴相关的污染物（即化学成分或机会性细菌病原体（如军团菌））的风险，研究模拟了水雾化技术以 2.2 L/min 的流速雾化的水滴的行为，并将使用该模型获得的结果与在典型淋浴间中通过实验确定的结果进行了比较。此外，我们还监测了 12 个喷头喷出的可吸入水滴的数量和质量，其中 8 个采用水雾化技术，4 个采用连续流技术。

实验方法

使用水雾化技术监测了八个不同淋浴喷头在淋浴期间产生的可吸入水滴的数量和质量，四个使用连续流技术监测。使用 GRIMM 1.109 实时粒子监测器（GRIMM Aerosol Technik GmbH & Co. KG，Ainring，德国）对气溶胶进行采样，该监测器放置在距离水雾化喷头 45 厘米和距离连续流喷头 65 厘米处。当人体模型放置在喷头下方时，人体模型的鼻子和喷头之间的距离与采样器和喷头之间的距离相同。对于所研究的每个实验条件，系统地进行了五次淋浴事件。每次淋浴前 5 分钟开启采样仪器。每次淋浴运行 10 分钟，控制热水温度为 40 °C，以达到人体模型躯干温度 37 °C。淋浴之间有 10 分钟的延迟，以使室温和相对湿度恢复到基线值。

实验验证：气溶胶监测的验证

GRIMM 1.109 可以在相对湿度高达 60% 的环境中对 0.25 至 32.00 µm 的颗粒进行计数。 在淋浴几分钟后可以在淋浴间中观察到 90-100% 的相对湿度可能会导致此类监视器的光学系统出现冷凝。为了避免这种影响，通过管道系统对气溶胶进行采样，并用来自室外的空气稀释一半。为了验证这种修改不会影响检测到的液滴数量，我们将通过 GRIMM 11-D 以这种方式获得的结果与使用其他两种采样仪器获得的结果进行比较——Coriolis μ( Bertin Instruments) 和 8 级 Andersen Cascade Impactor。这Coriolis μ 是一种旋风系统，能够从大风量（本研究中为 300 L/min）中收集 0.5 至 20 μm 大小的颗粒，并将它们浓缩到液体样品中（此处为 10 mL Milli-Q 去离子水）。8 级 Andersen 是一种级联撞击器，根据粒子的大小，在直径为 47 毫米的尼龙过滤器上以 8 个不同的级以 28 L/min的速度收集颗粒，随后用 5 毫升 Milli-Q 去离子水冲洗。所有样品通过离子色谱法（ICS-5000 + DP，赛默飞世，巴塞尔，瑞士），用于他们的氯分析-离子含量。该方法的检出限为6 µg/L，定量限为20 µg/L。考虑到这些仪器的不同收集效率，得到的结果（科里奥利0.78 g/m3、Andersen：1.14 g/m3和 GRIMM：2.58 g/m3）可以认为是相似的。因此，这种在潮湿环境中用于 GRIMM 采样器的方法被验证用于进一步监测。

实验结果

水雾化和连续流淋浴喷头之间存在重大差异。与连续流花洒相比，水雾化花洒需要更大的喷射角度和更高的水压。我们发现喷嘴直径和流速之间呈负相关（Coef = -0.10），而喷嘴数量和流速之间呈正相关（Coef = 17.40）。喷淋角度的增加和流速的降低是喷淋特性最能解释喷淋事件期间PM 10质量排放增加的原因。相比之下，流速的降低和水压的增加是最能解释可吸入液滴数量增加的特征（PM 10（颗粒/升））。有趣的是，喷嘴的数量似乎是增加大到足以携带细菌的可吸入颗粒（PM 1 -PM 10（颗粒/升））的排放的主要因素。

淋浴间中人体模型的存在极大地改变了两种淋浴技术释放的可吸入液滴的数量和质量，但方式不同。虽然在使用连续流淋浴喷头进行淋浴时，在人体模型存在的情况下可吸入液滴的质量会增加，但在使用水雾化喷头时会减少。类似地，当在人体模型存在的情况下使用连续流淋浴喷头时，可吸入液滴的数量增加，尽管在使用水雾化喷头时没有观察到显著变化。

即使在人体模型存在的情况下，水雾化喷头仍然比连续流喷头散发出更多的可吸入颗粒，包括那些大到足以携带细菌的颗粒。在人体模型存在的情况下，水雾化淋浴间吸入的水量相当一致（表2，图 2）；然而，可吸入颗粒的数量——尤其是那些可能携带细菌的颗粒——取决于流速和喷嘴数量（图 2）。在人体模型存在的情况下，喷出的颗粒最少、水质量最低的水雾化喷头是流量4.7L/min、16个嘴、30度喷射角的喷淋。

图 人体模型存在时可吸入颗粒或水团的排放与喷雾角度（ a）相关；水流量（与 PM 10相比）（b ）；水流量（相对于 PM 1 –PM 10）（c）；和喷嘴的数量 ( d )。采用水雾化技术的花洒，水流量为3.8~5.5 L/min，喷嘴数量为6~16个，喷淋角度为27~36度。采用连续流技术的花洒是那些水流量为6.0至7.5 L/min，喷嘴数量在46至120之间，喷洒角度为1至15度的淋浴。

实验结论

带有水雾化喷头的淋浴间的 RH 可以迅速达到 80% 到 90% 之间，这限制了喷出的液滴的蒸发率，以及可以到达用户鼻子的可吸入飞沫的数量。在常规容积的淋浴间中使用环保型花洒时，相对湿度迅速达到 90% 的事实可能是由于淋浴间内的水滴分布均匀。连续流动的淋浴喷头发出的较大尺寸的水滴可能会在如此短的时间内避免类似的均匀模式。限制水滴蒸发率可能不会限制挥发性成分如 DBPs 的排放。

对不同水雾化系统的测试使我们能够识别出可吸入液滴数量最少的系统。有趣的是，在人体模型存在的情况下，采用水雾化技术的淋浴喷头比采用连续流动技术的淋浴喷头排放的水量更少。这可以通过连续流动的淋浴喷头喷出的水滴数量增加来解释，这是由于通过溅在人体模型上形成二次水滴。水雾化技术似乎并没有通过这种机制产生一致数量的二次液滴。这些结果令人鼓舞，并呼吁进行定量微生物风险评估 (QMRA)，除了确定微生物危害对健康的影响的暴露限值外，还需要整合有关病原体发生和传染性的信息。遵循这样的 QMRA，必须让环保淋浴喷头的设计者意识到任何潜在的健康风险。因此，除了符合生态目标和用户体验的特性外，他们将能够考虑限制病原菌感染风险的淋浴喷头的特性。

与水雾化技术相关的可吸入水滴略有增加表明在使用过程中暴露量增加。然而，需要进一步研究来确定这种新的水技术对输出水中致病细菌的存活以及管道中生物膜细菌释放率的影响。

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