市政污水中微塑料去向研究進(jìn)展及其管控舉措初探

李金英，楊春維，湯茜

(1.吉林師范大學(xué) 吉林省高校環(huán)境材料與污染控制重點實驗室，吉林 四平 136000；2.吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 吉林 四平 136000；3.吉林師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 四平 136000)

微塑料(microplastics)是指尺度小于5 mm的塑料及人造纖維顆粒[1-2]。由于檢測手段的進(jìn)步[3-5]，近幾年來，人們已經(jīng)在全球范圍各種地域、環(huán)境介質(zhì)、生物體組織乃至人體糞便中檢出微塑料的存在[6-10]，我國在近海、湖泊等地表水系中也檢出了一定濃度的微塑料[11-14]。這種廣泛存在性加之其生物不可降解性、潛在的人體毒性及其與水中其他污染物可能存在聯(lián)合作用[15]，引起了人們對微塑料的關(guān)注[16]，目前已經(jīng)被列為新興污染物之一。因此，近年來微塑料生物及生態(tài)毒性、溯源及其產(chǎn)生規(guī)律、污染分布特性及其最終處置方式與技術(shù)等問題已經(jīng)逐漸成為環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點。目前針對微塑料的研究仍以海洋污染研究為主[17-18]，對微塑料與土壤、空氣、陸地地表水及污水相互作用和分布規(guī)律的研究仍偏少。而陸地環(huán)境與人的接觸更加頻繁，且微塑料產(chǎn)生源頭仍在陸地環(huán)境中[19]，因此，針對土壤、空氣、地表水體及污水等環(huán)境體相中的微塑料特性研究勢在必行。而城市污水雖然水質(zhì)不如大部分工業(yè)廢水惡劣，但因為水量大[20]，與人們生活接觸緊密，同時又是地表水體污染的重要污染點源，其處理工藝對微塑料的處理效能直接影響地表水體中微塑料的總量和分布[21-11]。因此，本研究通過文獻(xiàn)調(diào)研我國不同污水處理工藝對微塑料的處理處置能力，總結(jié)其處理效能特點，以期為我國管控微塑料這一新型污染物提供參考和建議。

1 城市污水中微塑料的來源

城市污水水質(zhì)復(fù)雜，含有大量的有機物、氮、磷，以及各種固態(tài)半固態(tài)物質(zhì)，其中塑料袋、塑料纖維、塑料制品/產(chǎn)品也是城市污水雜質(zhì)的一種[22-23]。從來源上來看，城市污水中的微塑料可以分為兩類[24]，即：原生微塑料產(chǎn)品和塑料/纖維產(chǎn)品分解后的二次污染產(chǎn)物。城市污水中的原生塑料產(chǎn)品主要存在于個人衛(wèi)生洗護(hù)用品[25]，如洗面奶、沐浴露等產(chǎn)品中，其作用主要是通過增加與皮膚的摩擦而提高洗滌效果，該種微塑料形狀以均勻球狀顆粒為主。而塑料/纖維產(chǎn)品分解的二次污染物主要是由于塑料/纖維制品處置處理過程中，不斷分解破碎而產(chǎn)生的。這種微塑料的數(shù)量較大，成分也十分復(fù)雜，根據(jù)其形狀可以分為顆粒狀、纖維狀、片狀等幾類[26]。

2 城市污水中微塑料的種類

城市污水處理廠中微塑料的種類研究目前仍在不斷開展中。有研究指出[27]，我國北京城市污水處理廠被檢出的微塑料主要成分為滌綸(polyethylene terephthalate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚丙烯(polypropylene)。其中主要來自于人們生活，如洗衣排水中的纖維等。而廈門地區(qū)城市污水廠中被檢出微塑料主要成分為聚丙烯、聚乙烯(polyethylene)、聚苯乙烯，性狀為透明或白色為主的顆粒[28]。可見，不同地域和城市污水處理廠出水中被檢出的微塑料呈現(xiàn)不同的種類和規(guī)律。這可能與當(dāng)?shù)厝藗兊纳盍?xí)慣及污水處理廠處理工藝的區(qū)別有一定關(guān)聯(lián)[29]，但其具體規(guī)律和機制仍需要進(jìn)一步深入研究。

3 城市污水處理單元對微塑料的去除效果比較

目前我國城市污水處理技術(shù)雖然多種多樣，但仍以預(yù)處理+二級處理+深度處理組合工藝為主[30]，活性污泥法和生物膜工藝仍是目前國內(nèi)主流污水處理技術(shù)[31-32]。國內(nèi)城市污水處理廠常見的預(yù)處理單元主要有：格柵、沉砂池、沉淀池等[33]。其中格柵作用主要為去除尺度較大的固體物質(zhì)，對小于5 mm的微塑料除去效果有限，一般不作為微塑料的有效處理單元考慮。沉砂池主要去除比重與水差異較大的固體顆粒物，針對密度與水相差較大的微塑料顆粒，可以部分甚至大量去除[34]。Yang等[27]研究表明，曝氣沉砂池可以去除水中60%左右的微塑料。沉淀池同樣也具有一定的去除效果，Gies[35]研究表明，初次沉淀池對污水中微塑料的去除率可達(dá)92.8%。而汪文玲[36]研究結(jié)果表明，預(yù)處理系統(tǒng)處理效果僅為36%左右?？梢姡A(yù)處理系統(tǒng)處理微塑料效果有一定的波動性，這與預(yù)處理系統(tǒng)的組成和微塑料組成與大小有著密切的關(guān)系。而傳統(tǒng)二級污水處理，如活性污泥法與生物膜法，對微塑料的去除效果有限[29]。

Talvitie[37]研究指出，污水處理廠的三級處理對微塑料去除效率較高，如快濾池工藝處理市政污水，其微塑料去除率可達(dá)97%，溶氣氣浮法去除率可達(dá)95%，而以膜分離為主要分離手段的MBR工藝具有更高的處理效果，其工藝總體微塑料去除率可達(dá)99.9%。與MBR相比，常規(guī)的活性污泥處理工藝總體處理微塑料效果雖然有所下降，但也可達(dá)到98%以上[35，38]。

也有人研究指出[39]，單一的水處理單元對微塑料的去除均十分有限，需要多種技術(shù)集合，協(xié)同作用，才能更加有效的將水中微塑料脫除。適合我國國情和水質(zhì)的專性脫除微塑料工藝技術(shù)仍有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。

由上文獻(xiàn)調(diào)研可見，目前我國城市污水處理廠工藝技術(shù)對污水中微塑料進(jìn)行了有效的分流控制，城市污水中的微塑料源通過污水處理廠大部分轉(zhuǎn)移至污泥中[26，38，40]，少量排放到自然水體或者回用于工業(yè)和社會生活。值得注意的是，雖然污水處理廠微塑料去除效率普遍較高，但因為流量大，仍有巨額的微塑料隨著污水處理廠排水進(jìn)入環(huán)境水相中，進(jìn)而進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)[2，41]。另外，污水廠污泥如果處理不當(dāng)，如未經(jīng)脫除微塑料而進(jìn)行生物肥施用、作為垃圾而衛(wèi)生填埋等，會導(dǎo)致進(jìn)入污泥相原本較為穩(wěn)定的微塑料顆粒重新進(jìn)入土壤生態(tài)中。因此，如不對污水處理工藝和污泥處置進(jìn)行有效管控，市政污水處理廠這一微塑料污染源，依舊存在污染風(fēng)險。

4 城市污水處理中微塑料管控方法

4.1 源頭控制，減少微塑料污染源源強

微塑料如同其他眾多污染物一樣，一旦形成，其處理難度、處置費用就會提升，且處理效率也會受到技術(shù)的制約[42]。因此，如何對微塑料進(jìn)行減量化，避免其進(jìn)入城市污水系統(tǒng)，是其環(huán)境風(fēng)險控制的重要手段之一。從國內(nèi)城市污水中微塑料的源頭來看，主要是洗衣廢水、個人洗護(hù)品，其他塑料制品天然或人工破碎而引入城市污水的量較小。因此可以通過相關(guān)部門制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方式，從而大量減少微塑料污染源強。如：強制洗衣機排水增設(shè)更密濾網(wǎng)、禁止個人洗護(hù)用品中的微塑料投加使用等。立法逐漸減少塑料日用品的使用，改用紙質(zhì)、植物纖維制品等作為塑料替代品等方法，逐漸控制微塑料進(jìn)入環(huán)境的總量，這也是目前歐美部分國家減少塑料污染的源頭控制方法之一。

4.2 更新現(xiàn)有污水處理工藝，進(jìn)一步減少水體排放微塑料總量

雖然國內(nèi)現(xiàn)有污水處理廠對微塑料的去除均在90%以上，但因為總量巨大，因此需要改進(jìn)工藝，進(jìn)一步降低微塑料排放總量?，F(xiàn)有污水處理技術(shù)中，MBR技術(shù)及混凝-沉淀過濾技術(shù)對微塑料的去除效率最高，但因為MBR技術(shù)中膜成本費用和運行費較高，并不適合我國大部分城市污水處理廠推廣。因此，傳統(tǒng)預(yù)處理與深度處理工藝的合理組合，降低出水中微塑料的濃度，成為今后水處理技術(shù)的研究任務(wù)之一，微塑料組合處理技術(shù)的開發(fā)研究應(yīng)該鼓勵開展。待技術(shù)成熟后，可以建議在污水處理廠提高氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)以外，加入微塑料排放標(biāo)準(zhǔn)，倒逼污水處理企業(yè)進(jìn)一步更新改進(jìn)技術(shù)組合，控制排放水體中微塑料污染物的總量。

4.3 加強污泥管控，防止微塑料二次污染土壤環(huán)境

城市污水中大部分微塑料通過轉(zhuǎn)入污泥而去除。因此，富含微塑料的污泥處置是否得當(dāng)，成為微塑料污染最終是否得以控制的又一關(guān)鍵所在。對于污泥干化后填埋、排海、污泥調(diào)理后制肥的處置方法應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格評估其微塑料去向，保證其不會重新進(jìn)入敏感環(huán)境系統(tǒng)，給人們的健康帶來潛在危害；對于污泥的焚燒處理可以評估其燃燒氧化產(chǎn)物的環(huán)境風(fēng)險；作為建筑材料制磚制水泥等其他處置方法，可以適當(dāng)評估其微塑料溢出風(fēng)險。通過對污泥處置的嚴(yán)格綜合管控，實現(xiàn)防止微塑料二次污染的目的。

5 結(jié)束語

我國目前微塑料污染潛在風(fēng)險較大，而城市生活污水因為水量大，成分復(fù)雜，成為重要的水污染排放點源。研究結(jié)果表明，國內(nèi)城市污水處理常規(guī)工藝能夠去除水中90%以上的微塑料，將其轉(zhuǎn)移至污泥中而使其穩(wěn)定化。但因為城市污水水量巨大，其出水中微塑料的進(jìn)一步脫除勢在必行，膜分離技術(shù)及混凝-過濾技術(shù)可以作為備選工藝來滿足需求。同時適合我國國情的微塑料脫除組合工藝開發(fā)也是值得關(guān)注的技術(shù)研究方向之一。除了技術(shù)革新控制城市污水中微塑料排放量以外，污泥的有效處置從而避免其二次污染，對微塑料源頭的管控等方面也是今后環(huán)境管理的重要方向和任務(wù)。