【上海水處理設備網www.esdzu.com】微塑料是指通過各種途徑進入生態環境中直徑小于5mm塑料顆粒。或懸浮于水體中，或沉積到水底，研究標明其廣泛存在于海洋生態系統，和河流、湖泊等淡水生態系統中，以及土壤和沉積物，甚至在飲用水、人類糞便、極地環境中均發現了微塑料的存在不只可通過攝食作用對生物發生物理性傷害，同時也可釋放或吸附有毒有害污染物對生態環境發生直接或間接毒理效應，從而對海洋、淡水、土壤等生態系統平安性產生潛在危害。

污水中含有大量來自個人護理品使用、化纖衣物洗滌、汽車輪胎磨損、塑料工廠生產等過程產生的微塑料。據報道污水中微塑料含量高達15.7個/L和180個/L污水處置工藝對污水微塑料具有很高的去除效果，達到90%以上，這對于減少污水微塑料隨出水排放進入自然水體具有重要意義，但仍有大量的微塑料經污水處置廠出水進入水體中，被認為微塑料的重要來源。Murphi等報道某污水廠每天出水中微塑料的排放量仍高達65238500個。此外，污水處置工藝去除的微塑料絕大部分截留在污泥中（圖1隨著污泥不當處置和土地利用將導致這些微塑料進入土壤中。Li等研究發現2015年我國經污泥進入土壤環境的微塑料顆粒達上百萬億個。與此同時與新鮮微塑料相比，污泥微塑料對Cd等重金屬污染物具有顯著增強的吸附潛力，因此污水處置廠污水、污泥中微塑料的賦存特征、潛在風險及控制方法成為研究熱點之一。本文從微塑料組成、含量、處置工藝的影響及去向等方面對現階段污水處置廠污水、污泥微塑料的相關研究進展進行較全面地綜述，并就未來的研究進行展望分析，以期為后續相關研究的開展提供參考。

1微塑料的概述

1.1微塑料的組成及含量

根據成分可以將微塑料分為LDPE低密度聚乙烯）HDPE高密度聚乙烯）PP聚丙烯）PS聚苯乙烯）PET熱塑性聚酯）PVC聚氯乙烯）CA 醋酸纖維素）等。從形狀角度可分為碎塊狀、薄膜狀、泡沫狀、纖維狀等。目前關于微塑料含量沒有統一地表述方式，上海純水設備常用的單位包括單位面積或單位體積樣品的微塑料個數或重量，也有按單位質量樣品中的微塑料個數或重量，這限制了不同研究報道間微塑料含量的比擬。Hidalgo-Ruz等報道海洋環境中微塑料的分布發現在海洋外表水體中的微塑料含量為0.001~1個/m2,而沉積物達到1~100000個/m2說明海洋堆積物中微塑料的含量遠高于海洋外表。2004年報道英國海灘的微塑料含量是8個/kg2006年Reddi等發現在印度廢船拆卸海灣的微塑料含量為89個/kg2011年Claessen等在比利時港口發現微塑料達到68~390個/kg2013年威尼斯瀉湖高達672~2175個/kg這標明自然環境中微塑料含量呈增加趨勢。另外，淡水河流中微塑料的分布也有廣泛的研究。地處瑞士的日內瓦高山湖因其是旅游景點，2014年微塑料含量為31556個/km2地處美國加拿大交界的Erie高山湖也有105503個/km2位于蒙古的庫蘇古爾湖的微塑料含量也達到20264個/kg總體而言，微塑料廣泛存在于各類生境環境中，且不同區域或生境的微塑料含量存在較大差異，但由于表述單位差異大，不同研究之間的數據難以比擬，因此微塑料含量單位亟待統一。

1.2微塑料的來源

微塑料的來源可大致分為兩種，初生來源和次生來源。初生來源包括家用個人護理品中的微小球，及洗衣廢水中的人造纖維絲，以及工業原料或塑料生產中的微塑料顆粒。微塑料顆粒在塑料加工廠附近的環境中尤為常見，而洗滌劑或微小球可能存在于工業和生活污水中，可通過河流和河口進入自然環境。研究標明，遠離塑料加工廠的海灘中也發現了相關的微塑料顆粒，這表明它具有長距離遷移的潛力。微塑料的次生來源主要來自于較大塑料在光、風、水及其他環境壓力的流露下分解產生的纖維或碎片。這些碎片可能來自漁網、線纖維、薄膜、工業原料、消費品和家居用品，以及來自可降解塑料的顆粒或聚合物碎片。有研究認為次生來源是海洋環境中大多數微塑料的主要來源。然而，微塑料不同來源的定量比例尚不清晰，這對于微塑料的源頭控制具有重要意義，因此，微塑料的遷移轉化規律及形成機制尚需進一步研究。

1.3微塑料的潛在危害

已有研究標明微塑料存在對生態系統的平安性構成重要威脅，主要體現在以下3個方面：1微塑料易造成水生動物進食器官的堵塞，造成身體傷害。已有研究發現，許多海洋生物，包括浮游動物、底棲無脊椎動物、雙殼類、魚類、海鳥、大型海洋動物會攝食微塑料，微塑料可能會對這些生物發生明顯的機械損傷，如堵塞食道，或產生假性的飽食感，從而引起攝食效率降低、能量缺乏、受傷或死亡；2許多微塑料中含有塑化劑、染料等有毒物質，這些有毒物質可隨著微塑料被吞食而釋放出來，并進入生物體內，造成生態毒害作用；3微塑料顆粒由于其粒徑微小、比表面積大、且顆粒外表具有較強的疏水性，易吸附有機污染物、重金屬及致病微生物，從而導致這些有機污染物更易于在生物體內富集，加大食物鏈的生物富集作用，引發動物攝食后的毒性效應，間接影響海洋生物和人體健康。盡管我猜測微塑料會產生以上3方面的潛在危害，但是目前仍然難以定量評估自然環境中微塑料的生態風險及毒理作用。

1.4微塑料與人類活動的關系

許多研究標明，自然環境中微塑料含量與人口密度具有重要的相關關系。Wang等研究了國中部最大城市武漢的淡水環境微塑料分布，發現微塑料含量和人類活動有很大的關系。Castaneda等調查鄉村河流發現，人口密度高的區域微塑料含量相對較高，這說明微塑料含量和人類活動有很大的關聯。Klein等在分析德國的萊茵河和Main河的微塑料豐度也表明了微塑料含量和人類活動有很大的關系。與此同時，McCormick等在調研美國芝加哥河流微塑料含量的過程中，發現河流的微塑料濃度逾越海洋，認為污水處置廠出水是微塑料的重要來源。Murphi等也發現了污水處置廠是自然環境微塑料的主要來源之一。因此，人類活動包括污水排放對自然生態環境中微塑料含量和組成具有重要貢獻，上海純水設備人類活動頻繁的區域，微塑料含量通常較高。

2污水處置廠污水中的微塑料

2.1污水微塑料的組成及分類

目前為止，已在污水處置廠的進水和出水中檢測到微塑料類型達30多種，罕見包括聚酯（PES聚乙烯（PE聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET和聚酰胺（PA 等。PESPET和PA 等廣泛用于化纖衣物的制作，而PE則用于個人護理品，包括洗面奶中的磨砂以及食品包裝的薄膜和飲用水瓶。污水中也觀察到丙烯酸酯、醇酸樹脂、聚丙烯（PP聚苯乙烯（PS聚氨酯、丙烯酸、聚乙烯醇和聚丙交酯等聚合物。這些研究標明污水中的大部分微塑料類型均與我日常使用的塑料制品相關。

目前，有兩種常用的微塑料尺寸分類方法。一種是利用不同尺寸篩網分離不同尺寸的微塑料。由于微塑料的不規則形狀，該方法的準確性存在一定問題。另一種方法是使用顯微成像技術。然而，由于形狀不規則，僅用一個方法來描述微塑料的尺寸可能是不夠的最常使用的分類尺寸為25100μm和500μm污水處置廠的進水中，超越500μm微塑料有時可達到70％以上，而出水中超過90%微塑料小于500μm甚至有些樣品中約60％的微塑料小于100μm微塑料的尺寸分布可能受到用于樣品收集的網孔尺寸的影響，大的網眼尺寸可能會錯過大部分小顆粒。最近的一項研究表明，<25μm微塑料在污水中具有顯著的豐度[58]該結果與大西洋觀測結果一致，40μm以下的微塑料占所有檢測到微塑料顆粒的64％，其中逾越一半的尺寸小于20μm

形狀是微塑料分類的另一個重要指標。微塑料的形狀不只可以影響它污水處置廠中的去除效率，而且還會影響微塑料與污水中的其他污染物或微生物之間的相互作用。微塑料可以分為纖維狀（長大于寬）和顆粒狀（相似的長度和寬度）一些研究還將顆粒微塑料劃分為不規則形狀和球形珠�；蝾w粒。另一些研究進一步將形狀分為片狀/薄片（非常薄的顆粒）泡沫和芯片等。纖維占污水微塑料的比例最高，這與家用洗衣廢水中大量化學纖維的排放有關。不過一些樣品中高比例的纖維含量可能是由于難以區分合成纖維與天然纖維導致的研究標明，一些污水樣品中，天然纖維如棉和亞麻可占纖維的一半以上。因此，有效地區分和檢測合成纖維和天然纖維對于精確量化污水處置廠中的微塑料至關重要。不規則碎片是污水中另一種最常觀察到微塑料形狀，可能是由于日常使用塑料制品老化形成的或是源自個人護理品中的微塑料，例如牙膏等。污水中也發現了薄膜、顆粒和泡沫形狀的微塑料，其平均豐度約為10%或更低。微塑料薄膜和泡沫可主要來自塑料袋和包裝產品，而顆粒主要是添加到個人護理產品中的初生微塑料。

2.2污水微塑料的含量及影響因素

自然生態環境中，微塑料的分布已經引起了很大的關注。Murphi等發現污水微塑料含量平均為15.7±5.23個/L俄羅斯污水處置廠中，污水中微塑料（紡織纖維）數量為467個/L1L洗衣污水中大約有100多根纖維會通過洗滌衣物釋放到污水處置廠中。Mason等對美國17個污水處置廠進行了統計分析，結果標明服務人口與污水微塑料顆粒含量呈顯著正相關關系。但是Mintenig等調研德國12個污水處置廠發現微塑料含量和人口當量之間沒有顯著的相關性，有待于進一步證實。污水中微塑料數量可能也與合流制排水管道系統有關，這可能取決于周圍環境的土地使用以及與運輸相關的排放，例如輪胎和制動器磨損釋放的微塑料。由于污水中的大部分微塑料來自家庭排放物，所服務區域的人類活動，例如居民對衣著合成衣服或使用塑料產品的偏好，可能直接影響污水中的微塑料濃度。與衣服，地毯和其他紡織產品相關的微纖維，如聚酯，丙烯酸和尼龍，會在洗滌和合成纖維的制造過程中隨著污水進入下水道系統，上海純水設備并代表另一種類型的污水微塑料。

2.3污水處置工藝的影響

許多研究標明經污水工藝處置后，污水中超過90%以上的微塑料可被去除。蘇格蘭污水處置廠污水中的微塑料經過處置后含量從15.7個/L減少到0.25個/L瑞典污水廠的微塑料從15.1個/L減少至0.01個/L污水處置工藝會影響出水中的微塑料含量。與具有一級或二級處理的污水廠相比，具有三級處置的污水處置廠，其出水的微塑料含量通常較低。然而，也有研究表明，一些污水處置廠的三級處置沒有進一步降低污水中微塑料的含量。有一項研究報道了僅有初級處理的污水處置廠出水的微塑料濃度。使用相同的取樣和分析方法的前提下，一級處置的微塑料濃度比經過二級和三級處理的污水處置廠高約一個數量級。

一級處置可以有效地去除污水中的大部分微塑料。此階段主要是初級廓清器中油脂或外表撇除階段去除漂浮在污水外表密度較輕的微塑料，初級廓清器中去除砂礫和重力分離期間將微塑料沉降或捕集在固體絮凝物中。一級處置對微塑料尺寸分布的影響最大，因為它可以有效地去除較大尺寸的微塑料。一級處置工藝能將較大尺寸顆粒(1000~5000μm比例45%降到7%一級處置后纖維的相對豐度降低，相比碎片狀，一級處置能更有效地去除纖維，這可能是由于纖維更容易與絮凝顆粒結合，從而通過沉淀分離去除。

二級處置（通常包括生物處置和二沉池）可進一步降低污水中的微塑料。曝氣池中的污泥絮凝物或胞外聚合物可能有助于塑料碎片的積聚，然后微塑料碎片在二沉池沉降去除。就尺寸而言，二級處置可以進一步去除大的塑料顆粒，二級處置后出水中微塑料的豐度相對較低，二級處置后出水幾乎不存在尺寸大于500μm微塑料。Talviti等發現二級處置后>300μm微粒僅占8%也有研究發現二級處置后尺寸為500~1000μm微塑料仍占43％，這可能與不同操作條件下二級處理的去除效果差異有關，有待于進一步研究。與一級處置不同，二級處置可去除較多的碎片顆粒。研究中發現經過二級處置后，片狀塑料的相對豐度降低，而纖維的相對豐度增加。一個可能的原因是易于沉降的纖維在一級處置過程中已大部分被去除，不同形狀微塑料在不同工藝下的去除效率值得進一步的探討。

初級處置中除去了72%~98％的微塑料。二級處置有助于額外去除7%~20%而三級處置中的微塑料去除率取決于采用的技術。一些研究演講標明，三級處置并不能顯著提高微塑料的去除。例如，一項在紐約進行的綜合研究發現34個污水處置廠的膜微濾、連續反沖上流雙砂微濾和快速砂濾器等三級處置工藝并不能保證微塑料的去除。此外，Mason等也標明三級過濾對微塑料去除并不是非常有效，Carr等觀察到重力過濾器對微塑料的去除并沒有積極效果。然而，Talviti等比較發現膜生物反應器（MBR快速砂濾、溶氣浮選和圓盤過濾對微塑料的去除率分別高達99.9%97%95%40%~98.5%Lare等也發現在MBR處置工藝中微塑料去除率達到最高。Michielssen等也報道污水處置廠的三級處置和MBR分別可去除97.2％和99.4％的微塑料。

污水處置廠包括沉砂池等物理處置工藝、化學混凝等化學處置工藝，以及生化池等生物處置工藝，屬于人工強化的生態系統，其可能對微塑料的外表理化特征發生重要影響，目前相關研究較少。Carr等發現較長的接觸時間會導致微塑料外表發生生物膜，從而改變微塑料外表性質或微塑料的相對密度。有研究表明，砂粒的物理磨損會導致塑料的片段化。此外，自然環境中在風、陽光和機械磨損等環境因素會導致微塑料破碎化，進而改變微塑料外表理化特性。微塑料外表理化特性的改變，有可能改變其與其他污染物的相互作用，進而影響微塑料的載體效應，相關研究值得進一步關注。

2.4污水微塑料的去向

盡管污水處置廠出水中的微塑料濃度相對較低，但其排放總量仍然相當高，因為大多數污水處置廠每天處置數百萬升污水。Murphi等發現某污水處置廠出水中微塑料排放量高達65238500個/d調研的某污水處置廠中，微塑料的總排放量中位數（根據年度外排和出水濃度估算）為2106個/d每年出水排放量超越1107m3人口當量超越1106荷蘭和美國污水處置廠，微塑料每日總排放量甚至可能超越11010個。據估計，僅歐洲每年污水處置廠出水排放的微塑料高達520000t因此，上海純水設備目前高排放微塑料的污水處置廠迫切需要以微塑料控制為目標的處置技術，以防止其大量排放到生態系統中。與此同時，污水中絕大部分微塑料（超越90%截留或轉移到污泥中，其隨同污泥土地利用進入土壤生態系統過程中的潛在生態風險值得關注。

3污水處置廠污泥中的微塑料

目前盡管有關污泥微塑料的系統研究較少，然而早在2005年已有專家提出采用合成纖維作為評估污泥土地應用的指標，研究標明污泥施用后5年內在土壤中可檢測到纖維，甚至施用后15年后仍可在田間土壤中檢測到因此，不應忽視污泥土地利用導致微塑料纖維和其他顆粒在土壤的積累及潛在風險。

3.1污泥微塑料的組成及分類

污泥中微塑料主要來源于污水中微塑料的堆積及轉移，因此其微塑料的組成類型總體與污水相似。Li等研究發現污泥微塑料中紅色占比最高，達到59.6%其次為黑色17.6%紅色9.0%橙色3.3%綠色2.3%藍色1.7%等，與此同時，形狀組成上，纖維狀達到63%其次為桿狀15%薄膜狀14%薄片狀7.3%此外化學組成上，包括聚烯烴、丙烯酸纖維、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯等。Mahon等也發現污泥微塑料中纖維占75.8%其次為薄片和薄膜，紅外光譜檢測發現微塑料類型包括高密度PEHDPEPE聚酯、丙烯酸、PETPPPA 等。Lusher等調研了挪威8個污水處置廠的污泥微塑料，發現微塑料的類型分別為微小球37.6%薄片31.8%纖維狀為28.9%Mintenig等研究標明污泥中沒有發現粒徑>500μm微塑料，粒徑<500μm微塑料主要為PEPPPA 和PS等。這些塑料類型與我日常使用塑料制品類型較為一致。

3.2污泥微塑料的含量及影響因素

目前為止，污泥的微塑料含量表達通常為單位質量污泥中微塑料的個數。Magnusson等調研在瑞典污水處置廠，發現污泥中微塑料含量達16.7±1.96個/g濕重污泥。進一步分析北美污泥中微塑料和施用到土壤中微塑料的豐度，Zubri等發現豐度分別為1.5~5.0纖維/g濕重)和0.08~1.21纖維/g濕重)如果根據污泥的干重進行估算，豐度可達到1000~564000顆粒/kg干污泥)Mahon等發現荷蘭污水處置廠污泥中微塑料的含量為4196~15385個/kg干污泥)Lassen等研究標明德國污水廠污泥中微塑料的含量為1000~24000個/kg干污泥)Lusher等調研了挪威8個污水處置廠的污泥微塑料含量，發現微塑料的平均豐度為6077個/kg干污泥)Mintenig等報道了德國污水處置廠污水污泥中<500μm合成顆粒濃度達到24個/kg干污泥)Li等研究了國28個污水處置廠污泥中的微塑料，發現微塑料含量為1.6~56.4103個/kg干污泥)平均含量為22.7103個/kg干污泥)總之，污水處置廠中大部分微塑料會進入不同處置單元的污泥中。Talviti等估算出污泥中20％的微升（包括微塑料）通過脫水液返回污水池中，而剩余的80％最終留在剩余污泥中進行處理。Sujathan等研究發現回流活性污泥中微塑料含量達到4.95105個/kg干污泥)此外，Li等研究發現我國污水廠污泥中微塑料含量呈時空分布，可能與人口密度、經濟發達水平、造林面積、氣溫、降雨量等因素有關，與此同時，進水中工業廢水比例、生化處置工藝、污泥脫水方式等工藝參數也會影響污泥微塑料含量。這些研究標明污水處置廠污泥中存在大量的微塑料。

3.3污泥處置工藝的影響

污泥處置工藝有可能引起污泥微塑料含量的變化。由于聚合物的生物分解特性，經厭氧消化處置后微塑料豐度可能會有所下降。Mahon等研究發現厭氧消化污泥中含有較小豐度的微塑料顆粒，這可能是由于微塑料的厭氧生物降解。一些研究發現和分離了PE塑料降解菌，如在沿海海岸HDPE外表分離鑒定的Arthrobact和Pseudomona和LDPE外表分離鑒定的KocuriapalustriBacillupumili和 Bacillu菌株。上海純水設備同時也有研究者在堆積物微塑料表面的生物膜中發現了PE降解細菌。生物膜中的這些聚合物降解細菌可能導致微塑料斷鏈和氧化，以及在二級處置過程中聚合物表面的變化。但另有研究標明，一項聚丙交酯纖維的生物降解性研究中，嗜熱和嗜熱條件下操作的活性污泥缺乏以導致這種微塑料的生物降解。

此外，污泥處置工藝也可能影響微塑料的理化特性。Mahon等研究污泥處置工藝對污泥微塑料的影響，發現污泥石灰穩定后尺寸較小的纖維豐度增加，而污泥熱干化后微塑料的形態外表有熔融和起泡的現象。Naranc等研究標明與自然環境作用相比，污泥厭氧消化和堆肥等處置工藝可導致聚乳酸和聚己內酯等塑料更高生物降解。此外，研究發現與新鮮微塑料相比，污泥塑料外表呈現出高度的磨損或侵蝕，并且非常易碎，標明污水污泥處置會改變微塑料表面的理化特性。Li等也研究發現污泥微塑料外表含有C-O等官能團，微塑料外表被氧化或有機物附著。與此同時，污泥處置過程中微塑料理化特性的變化，可能影響后者對重金屬、有機污染物的吸附潛力。與新鮮微塑料相比，污泥微塑料對重金屬Cd吸附潛力高出近10倍，但影響機制尚不清楚。研究人員發現在堆積物中提取的老化微塑料也發現類似規律，即老化微塑料對金屬離子的吸附能力顯著大于新鮮塑料，可能原因是風化過程中塑料上產生的官能團有效地增強了對金屬離子的吸附能力。污泥處置導致微塑料對污染物增強的吸附潛力，有可能引起提高微塑料的生態風險，值得進一步研究。

3.4污泥微塑料的去向

污泥土地或農業利用被認為污泥處置的重要途徑。隨著我國《農用污泥污染控制規范》GB42842018制定及實施，污泥土地或農業利用將得到進一步推廣。然而，污泥土地或農業利用過程微塑料的引入及潛在風險值得關注。研究標明芬蘭一家處置能力為10000m3/d污水處置廠中通過污泥排放的微塑料顆粒可達4.6108個。挪威因污泥農業利用導致微塑料進入土壤中的微塑料顆�？蛇_5000億個/年。據估計歐盟和北美地區每年因污泥土地或農業利用輸入土壤的微塑料總量分別可達6.3~43萬t和4.4~30萬t甚至逾越全球海洋表層水中微塑料的總量。目前我國污水處置廠污泥年產量高達4000萬t含水率80%預計由污泥不當處置或土地利用引入土壤生態系統的微塑料總量可達15~51萬億個/年。因此，研究污泥土地或農業利用過程中微塑料環境行為、歸趨及潛在風險具有重要意義。

4結論與展望

微塑料被發現廣泛存在于海洋、淡水、土壤等環境中，其對生態系統的潛在危害已被人們逐漸認識。污水中含有大量來自個人護理品的微小球、洗衣廢水中微纖維以及工業塑料生產原料等微塑料顆粒，盡管現有污水工藝可去除其中大部分的微塑料，但污水處置廠出水仍被認為是自然水體微塑料的重要源頭。與此同時，污水中絕大部分微塑料（超越90%截留和轉移到污泥中，上海純水設備隨同污泥土地或農業利用可進入土壤環境中，從而對后者發生潛在危害。

目前污水處置廠污水和污泥中微塑料研究正成為國際上的研究熱點之一，但我國污水處置廠微塑料的相關研究較少，作者認為可以下幾方面加強相關研究。

1加強我國污水處置廠微塑料基礎數據調研。深入研究我國不同區域污水處置廠進、出水微塑料類型及含量，以及不同處置工藝對微塑料的去除效果等研究，這對于定量剖析我國污水處置廠出水對自然生態系統微塑料的貢獻，進而進行微塑料的源頭控制，以及基于污水處置技術的強化微塑料削減具有重要意義。

2污水污泥微塑料分析方法需標準化。目前污水微塑料提取主要采用過濾法，然而過濾所用濾膜孔徑通常不統一，導致統計所得微塑料含量差異。污泥微塑料提取主要是參考堆積物分析法，采用密度分離法進行，一方面提取所用藥劑各有不同，可用NaClZnCl2NaI等，另一方面污泥有機物含量高，大量有機物絮體的存在有利于微塑料的提取，導致提取效率通常不高，有待進一步優化。

3污水、污泥微塑料與污染物相互作用機制不明。許多研究標明微塑料具有比表面積大、較強的疏水性，易吸附各類污染物，可作為污染物的載體。與自然水體相比，污水污泥中含有高濃度的重金屬、致病菌、有機物等污染物，且研究標明經過污水污泥處置后，其外表理化特性變化顯著，對污染物吸附潛力明顯增強，但相關機制尚不清晰。此外，污泥土地或農業利用過程中吸附各類污染物的微塑料可作為污染物的富集庫，成為污染物釋放到土壤或者生物體內的源頭，進一步加污泥土地或農業利用中微塑料的生態風險評估具有重要意義。

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