河海大学环境学院课题组在微塑料污染成因及环境行为方向研究取得新进展
微塑料的产生、去除、归趋及毒理是环境科学领域的研究热点问题之一。近日，河海大学环境学院白雪教授课题组针对污水处理厂和滨海潮滩围垦工程中微塑料污染成因及环境行为方向取得一系列研究成果。污水处理厂是微塑料向自然环境释放的重要枢纽，而不同处理工艺（预处理、二级处理和三级处理）中微塑料的产生过程和去除效率有所差异。具体而言，在污水处理厂处理工艺中存在多种次级微塑料产生机制：1）微生物分泌的生物酶和生物膜代谢产物可能促进微生物载体材料的水解，导致内源性微塑料在剪切力作用下释放；2）污水泵送、消毒和污泥热水解处理过程中，微塑料可通过机械、紫外线、臭氧和热降解过程形成亚微米级次级微塑料；3）污泥热干燥和石灰稳定等过程会导致微塑料的碎裂，增加微塑料的比表面积和数量。而污水处理厂主要通过粘附、沉淀和过滤去除微塑料，平均去除率小于90%，去除效率受处理工艺和微塑料自身性质的影响。研究指出目前所广泛应用的污泥处理技术可能导致微塑料的进一步破碎进而导致更为严重的环境问题。
图1 污水处理厂中微塑料产生及去除机制图（A 气浮工艺去除微塑料的潜在机制；B 快速砂滤过程中的微塑料吸附机制；C 微塑料的微生物厌氧降解机制；D 污水处理工艺中HDPE颗粒形貌表征图）
白雪教授课题组以主动施用于滨海潮滩环境的塑料源——围垦土工布为研究对象，将实地调研和实验室模拟相结合，探究其在自然条件下的老化降解机制和迁移分布规律。研究发现，采集自滨海围垦区的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）土工布表面高度风化，其羰基指数达0.70 - 0.93。为探明其老化降解机制，模拟试验重点关注土工布的光老化过程，研究发现紫外线照射诱导了土工布光氧化反应的发生，使得土工布能够持续向环境中释放纳米级塑料纤维。在此基础上，根据太阳辐照度的转换，估算受紫外线作用下全球沿海垦区PET土工布纤维的年排放量约为24 - 79万吨。与此同时，由于滨海潮滩可视为陆源微塑料入海的直接途径，研究着眼于滨海围垦土工布的微塑料空间分布特征及迁移规律，并评估其环境风险。研究表明，沿海围垦区存在高密度的微塑料，研究区域的微塑料载荷估算结果约为20.67 ± 8.06 吨。由条件破碎模型结果可知，滨海土壤微塑料的风化和分布特征具有空间异质性。而研究区域由土工布风化产生的微塑料年入海通量估算结果约为2465.52 ± 960.77 吨。综上可知，工程土工布是滨海潮滩围垦区微塑料污染的重要来源，应加大有关废弃物管理处置力度。
图2 PET土工布光老化机制图（A 野外围垦区PET土工布样品的化学性质表征；B 光老化模拟实验PET土工布的XPS谱图；C 光老化模拟实验PET土工布风化表面的SEM图及等效粒径分布图）
图3 围垦区土工布微塑料（A）物理形貌表征（B）形态特征定量评价结果及（C）风化特征模拟结果图
上述研究得到了国家自然科学基金等多项基金资助，培养了一批致力于探究微塑料污染成因及环境行为的青年研究者，相关深入研究正有序开展。（环境院）
(1) Zhenjia Xu, Xue Bai*, Zhengfang Ye, Removal and generation of microplastics in wastewater treatment plants: A review, Journal of Cleaner Production, 2021, 291:125982.(2) Xue Bai*, Fengjie Li, Lingyu Ma, Chang Li, Weathering of geotextiles under ultraviolet exposure: A neglected source of microfibers from coastal reclamation, Science of the Total Environment, 2022, 804: 150168.(3) Xue Bai*, Chang Li, Lingyu Ma, Pei Xin, Fengjie Li, Zhenjia Xu, Quantitative analysis of microplastics in coastal tidal-flat reclamation in Dongtai, China, Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2022, 16(8): 107.
本文来源：河海大学
