合肥市典型水环境微塑料污染分布特征及治理策略研究

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塑料制品因其性能优异、成本低廉而被广泛应用,其废弃后往往缺乏妥善的回收与管理,导致自然环境中微塑料的浓度水平日益增长,已然在一定程度上影响生态环境可持续发展。近年来,越来越多的研究证明了微塑料对人体健康的潜在威胁,针对城市水环境微塑料污染的治理迫在眉睫。基于此,研究不同类型城市水环境中微塑料分布特征及潜在风险是十分必要的。本文以合肥市为例,研究了其城市河道(南淝河)和生活污水厂中微塑料污染情况,并选择了一类常用的工业抑菌剂(对羟基苯甲酸甲酯)作为研究对象,探究了微塑料对它的吸附富集能力。最后结合上述研究成果提出了同类型城市水环境微塑料污染治理思路和注意事项。主要结论如下:(1)微塑料在南淝河上下游、支干流呈现出浓度的显著差异性(P<0.05),浓度范围为0.80~27.00 items/L(平均浓度为10.92±8.47 items/L)。微塑料的主要形状、颜色和尺寸分别为微球、白色和50~333μm。PE和PP是抽样调查的微塑料中的主要聚合物类型。基于聚合物类型的生态风险评估显示南淝河微塑料污染处于中等偏上的风险等级,而基于浓度的生态风险评估则显示偏低的风险等级。污水处理厂是微塑料进入水环境的最关键途径,且会显著地影响周围河道内微塑料的含量水平。常规的环境管理措施在很大程度上可以有效控制微塑料污染,减小微塑料从上游或支流向下游汇入的可能,从而区段性的减弱微塑料污染水平。(2)南淝河流域内三座城市污水厂原水中微塑料浓度分别为76.6±2.5、67.3±4.0、98.7±7.7 items/L,而出水浓度分别为14.8±0.6、17.2±0.6、23.0±0.4 items/L,整体上最高去除率可达80.68%,其中一级处理较二级处理和三级处理展现出了更为突出的微塑料去除能力。而三座污水厂中微塑料虽均以PE、PP、PS为主,但偏离市中心的两座污水厂中微塑料的多样性均高于市中心的污水厂。此外,郊区的污水厂对城市水环境的潜在风险水平远高于市区的污水厂。(3)微塑料与对羟基苯甲酸甲酯的协同作用研究表明,PVC、PET、PE和PS对对羟基苯甲酸甲酯的吸附过程均以物理吸附为主。机理上,包括静电作用、氢键形成和π-π键形成,而吸附速率受到了内部扩散和外部扩散的共同控制。高盐度、高pH、金属离子均会抑制吸附,而低尺寸、低pH则可以促进吸附。其中,PVC因其分子中含卤素具有更强的吸附能力,理论最大吸附量分别为1.269、1.038、0.769和0.656 mg/g。(4)当前国内外微塑料污染治理政策和技术环境良好,对此可以提出以减少塑料制品生产和使用为主,以开发生物降解技术并提高污水处理厂中微塑料去除效率为辅的城市水环境微塑料污染治理策略。本研究的相关研究成果可为其他城市水环境微塑料污染的研究和治理体系构建提供思路和参考,为我国生态文明建设添加助力。
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