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微塑料颗粒因其表面疏水性和较大的比表面积,是有机污染物的重要载体。同时以大肠杆菌为代表的病原微生物广泛存在于饮用水水源中,对水质安全造成严重威胁。本文以微塑料和大肠杆菌作为研究对象,综合探究介质粒径、胶体粒径、介质表面电荷属性、离子强度四大主要影响因素对迁移沉积的影响规律。进行在不同条件下,大肠杆菌以及微塑料颗粒在饱和多孔介质中的单独和协同迁移实验,分析讨论各因素的影响机理。本研究主要成果如下:
当微塑料在多孔介质中迁移时,介质颗粒粒径减小与微塑料颗粒粒径增大均可以降低穿透曲线出流比,抑制迁移。当粒径比达到一定程度时,筛滤作用的影响逐渐体现,且本体系中离子强度的增大对筛滤效应有明显促进。改性玻璃珠表面Zeta电位更低,导致更强的微塑料颗粒迁移,而铝球由于其表面正电性,其对迁移的抑制作用十分明显,说明此时表面电荷属性这一因素占主导,粗粒介质的表面正电性会提高截留,甚至使粗粒介质达到细粒介质的截留率。
当大肠杆菌在多孔介质中迁移时,和表面Zeta电位相近的微塑料颗粒穿透曲线却存在十分大的差异,判断其生物特性是造成这种差异的主要原因,造成其穿透曲线平台整体上偏高。发现对于表面Zeta电位更低的玻璃珠和改性玻璃珠,其迁移受介质粒径以及离子强度影响很弱,说明此时表面电荷属性这一因素占主导,且大肠杆菌与强负电介质之间存在一个临界的最小次级势阱。
当个数浓度相同的大肠杆菌与微塑料颗粒同时在多孔介质中迁移时,1.0μm微塑料穿透曲线无明显变化,而大肠杆菌穿透出流比下降明显,且协同迁移时,其体现出更明显的受水环境因素影响的规律。因此推测微塑料颗粒由于其化学性质均匀,更易与多孔介质发生吸附作用。大肠杆菌与微塑料颗粒之间会发生类似于团聚、桥接的作用,水力半径增大,相互作用的能量势垒、初(次)级势阱等指标会发生变化,使其向有利沉积方向发展,迁移率下降。
当微塑料在多孔介质中迁移时,介质颗粒粒径减小与微塑料颗粒粒径增大均可以降低穿透曲线出流比,抑制迁移。当粒径比达到一定程度时,筛滤作用的影响逐渐体现,且本体系中离子强度的增大对筛滤效应有明显促进。改性玻璃珠表面Zeta电位更低,导致更强的微塑料颗粒迁移,而铝球由于其表面正电性,其对迁移的抑制作用十分明显,说明此时表面电荷属性这一因素占主导,粗粒介质的表面正电性会提高截留,甚至使粗粒介质达到细粒介质的截留率。
当大肠杆菌在多孔介质中迁移时,和表面Zeta电位相近的微塑料颗粒穿透曲线却存在十分大的差异,判断其生物特性是造成这种差异的主要原因,造成其穿透曲线平台整体上偏高。发现对于表面Zeta电位更低的玻璃珠和改性玻璃珠,其迁移受介质粒径以及离子强度影响很弱,说明此时表面电荷属性这一因素占主导,且大肠杆菌与强负电介质之间存在一个临界的最小次级势阱。
当个数浓度相同的大肠杆菌与微塑料颗粒同时在多孔介质中迁移时,1.0μm微塑料穿透曲线无明显变化,而大肠杆菌穿透出流比下降明显,且协同迁移时,其体现出更明显的受水环境因素影响的规律。因此推测微塑料颗粒由于其化学性质均匀,更易与多孔介质发生吸附作用。大肠杆菌与微塑料颗粒之间会发生类似于团聚、桥接的作用,水力半径增大,相互作用的能量势垒、初(次)级势阱等指标会发生变化,使其向有利沉积方向发展,迁移率下降。