淡水環(huán)境中微塑料污染研究進展

張茜，肖柏青

(安徽理工大學 地球與環(huán)境學院，安徽 淮南 232001)

塑料作為一種以樹脂為主要原料而具有可塑性的材料及其制品，被廣泛應(yīng)用于我們的生活中。塑料物質(zhì)在陸地環(huán)境以及水生環(huán)境中分解后，最終變成不計其數(shù)的小塑料顆粒，其中顆粒的尺寸小于5 mm，被定義為微塑料[1-3]。微塑料包括初生微塑料和次生微塑料。洗護用品、清潔用品、醫(yī)療產(chǎn)品或者用于工業(yè)生產(chǎn)都含有初生微塑料，例如：洗面奶、化妝品[4-5]。二次微塑料是大塊塑料，直接釋放到環(huán)境中并降解產(chǎn)生大量的微小塑料。微塑料具有粒徑小，光解能力弱的特點，因此被研究學者視為一種潛在持久性的有機污染物[5]。微塑料容易被水體中的魚類等水生動物誤食，對魚類繁衍造成了嚴重威脅。另外，由于微塑料的比表面積較大，因此在淡水環(huán)境中易于吸附重金屬和有機污染物，這些污染物經(jīng)微塑料吸附后一旦進入食物鏈循環(huán)，可以生物放大到更高的營養(yǎng)水平[6]。微塑料污染首先在海洋中發(fā)現(xiàn)。當今世界海洋環(huán)境中的研究相對成熟，對淡水環(huán)境中微塑料的研究起步較晚[7-8]。國內(nèi)外的研究也在包括三峽水庫、洞庭湖、太湖、萊茵河、多瑙河、北美洲五大湖等內(nèi)陸水體中發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在，一些淡水環(huán)境中的微塑料濃度遠高于海洋系統(tǒng)。淡水環(huán)境對人類的生活影響非常重要，研究淡水環(huán)境中的微塑料污染很有必要的。本文通過文獻調(diào)研，系統(tǒng)地闡述了淡水中微塑料的污染問題，以期對淡水環(huán)境微塑料污染的理論研究和控制提供借鑒[9]。

1 淡水環(huán)境中微塑料的污染特征

1.1 淡水環(huán)境中微塑料污染的來源

進入淡水系統(tǒng)的原生微塑料包括清潔和化妝品中的聚乙烯、聚丙烯、基苯乙烯顆粒，它們通過生活污水排放進入水生系統(tǒng)，其他微塑料包括塑料樹脂粉末或用于噴射顆粒的工業(yè)來源，以及用于制造塑料產(chǎn)品的原料[10]。但是有研究調(diào)查表明，在我國的淡水環(huán)境中清潔用品和化妝用品的塑料微珠的含量并不高，生活污水經(jīng)由污水處理廠處理，污水廠可以處理掉大量的塑料微珠，但是因為污水處理量比較大，所以仍然會有很小部分的塑料微珠排出，塑料加工，特別是廢塑料回收加工造成的塑料污染，值得我們關(guān)注[11]。

進入淡水環(huán)境的二次污染相比于原生來源廣泛。未合理處置的塑料垃圾會進入環(huán)境，經(jīng)過紫外線的照射和風化變成更小的微塑料，例如，廢棄在湖泊中或者河流中的漁網(wǎng)，經(jīng)過降解后會產(chǎn)生很多的微塑料。使用過后的塑料隨意丟棄到水體中降解后都會造成微塑料的污染[12-13]。不僅如此，陸地環(huán)境中的塑料制品，在裂解后有一部分也會進入淡水水體，例如，廢棄的塑料大棚，塑料在土壤中降解由于動力作用，微小的塑料顆粒會逐漸下滲進入地下水。丟棄在陸地上的塑料若未能及時處理，也因為風力作用吹入自然水體。在大氣中含有的微塑料也會因為空氣動力進入地表水中[14-15]。

1.2 淡水環(huán)境中的微塑料污染狀況和分布特征

在歐洲、北美、亞洲的淡水中都檢測到了微塑料[16]。在歐洲的日內(nèi)瓦湖，意大利加爾達湖，奧地利多瑙河，德國易北河，莫澤爾河，內(nèi)卡河以及萊茵河，英國的添馬艦河口，北美的洛杉磯，芝加哥北岸海峽，圣勞倫斯河和五大湖，亞洲蒙古的霍夫斯戈爾湖都有微塑料污染。有研究表明，來自北美五大湖的樣品已檢測到初生微塑料為家用來源，預(yù)生產(chǎn)塑料樹脂顆粒是洛杉磯盆地河流中第二大主要碎片和休倫湖最主要的碎片，在蒙古的霍夫斯戈爾湖和意大利的加爾達湖發(fā)現(xiàn)了次生微塑料[17]。

一些研究發(fā)現(xiàn)微塑料類型與人類活動空間有聯(lián)系。微塑料的來源通?？梢酝ㄟ^微塑料材料的性質(zhì)或相對豐度來識別[17-18]。例如，在多瑙河發(fā)現(xiàn)了原料塑料，這條河的附近便有塑料生產(chǎn)地點，在休倫湖的工業(yè)區(qū)和人口密集的工業(yè)湖中，樹脂顆粒和微珠最為豐富，而在人口稀少的山區(qū)湖泊缺乏初級顆粒，但含有大量的次生碎片，表明了初生塑料的破裂[19]。

近幾年，我國淡水中微塑料的污染調(diào)查工作也陸陸續(xù)續(xù)展開，在三峽大壩、太湖流域、長江流域、洞庭湖、武漢城市水體、廣州城市水體、珠江支流、上海城市河道，以及洪湖等地區(qū)檢測到微塑料，表明微塑料污染在我國淡水系統(tǒng)中也很常見。而且有些研究證明這些水體的微塑料濃度相對還是比較高的[20-21]。

在我國內(nèi)陸淡水微塑料污染的研究中，有關(guān)武漢漢江和長江20個城市湖泊和城市河段的地表水微塑料水平，北湖的濃度最高，湖泊中的微塑料豐度在空間顯著變化，與距離城市中心的距離呈負相關(guān)，這證實了人為因素在微塑料分布的重要性[22]。漢江和長江的城市河段具有比大多數(shù)研究湖泊相對較低的微塑料水平，研究水中主要的微塑料為有色塑料和纖維。洞庭湖和洪湖都是長江中游重要的湖泊，但是大流域和人口集中的人為活動都對其造成了污染，研究結(jié)果表明，兩個湖泊的微塑料的豐度表現(xiàn)出高的空間異質(zhì)性，許多因素都會導致微塑料的分布變化，洞庭湖到長江的入口處，航運繁忙，這是微塑料污染的潛在來源，另外，水面變窄可能會增加浮力塑料的濃度，而與岳陽市區(qū)相鄰，有助于該地區(qū)更高的塑料豐富度，相反，洞庭湖的東南部被農(nóng)場包圍，人口較少，具有相對較低的塑料豐度[21-22]。

2 淡水環(huán)境中微塑料的危害

2.1 微塑料對生態(tài)的危害

因為微塑料的體積比較小，所以很多水生生物會誤食。目前有很多研究表明淡水環(huán)境中枝角類和橈足類浮游生物可誤食0.1，1.0，9.9 μm的聚苯乙烯微球，但是它們攝入的聚苯乙烯微球基本能在24 h 內(nèi)隨糞便排出[23]。大型溞可食粒徑為0.1 μm和1.0 μm的聚苯乙烯微球概率高于 9.9 μm的聚苯乙烯微球。我國的長江三峽、太湖等水體是微塑料富集的重要區(qū)域，而太湖中的亞洲蛤中也檢測到了微塑料。淡水中的蠕蟲、太陽魚、斑馬魚都可以食用和排泄塑料微粒[23]。

由于微塑料很難降解，一旦被水生生物攝入身體后延長了在生物體腸道的停留時間，而導致水生生物的攝食量下降，進而引發(fā)機體的炎癥反應(yīng)，使其吸收與儲備能量的能力下降[24-25]。粒徑較大的微塑料比較容易富集在水生生物的腮、肝臟、腸道和淋巴組織，從而引發(fā)生物體的滲透壓和呼吸作用，引起腸道的炎癥。粒徑較小的微塑料可能會進入循環(huán)系統(tǒng)或其他周邊組織進而對整個生物機體產(chǎn)生毒害作用。微塑料還會干擾生物體的內(nèi)分泌，以及對生物體酶活性的影響，還可誘導生物機體內(nèi)某些信號通路的變化和蛋白表達，造成細胞壞死，進而影響水生生物的生長，繁殖，以及生存[25]。

食物鏈的污染物富集加劇了微塑料的生態(tài)危害。鳥類在掠食低級水生生物的同時，其中的微塑料可能轉(zhuǎn)移至鳥的身體，或者是湖水中，底泥中的微塑料被鳥類誤食微塑料，被誤食的微塑料會隨著食物鏈從低營養(yǎng)水平流向高營養(yǎng)水平，最終有可能出現(xiàn)在人類的桌子之上。動物捕食了含有污染物的微塑料，食進的微塑料會釋放出污染物甚至是塑料添加劑，并且引起細胞學的改變、分子學的變化、組織學以及行為學等的改變，嚴重時造成死亡[26]。

2.2 微塑料對環(huán)境的危害

微塑料的粒徑小、比表面積大、強疏水性、污染物易附著，因此擁有較強的富集重金屬及有機污染物的能力，從而成為污染物的載體[27]。微塑料對多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機氯農(nóng)藥等持久性有機污染物也有較強的吸附能力，微塑料的表面可以被重金屬吸附，而且微塑料表面風化后更有利于重金屬的吸附。另外，塑料本身也會含有有毒的物質(zhì)，例如，聚合物單體、塑化劑、阻燃劑、抗氧化劑等，并會在進入水體后將這些污染物逐漸釋放出來微塑料吸附各種化學物質(zhì)后所形成的復(fù)合污染物嚴重污染了水體環(huán)境，吸附后的微塑料污染物重量增大，通過重力降至水底，污染物便進入底泥中，對水體產(chǎn)生持久性的污染[27-28]。由于微塑料的粒徑比較小，可以在水環(huán)境中遷移很遠，而微塑料吸附的重金屬以及有機污染物也會遠距離遷移，進一步加重了復(fù)合污染物的污染，大大增加了污染面積。除了吸附有機化學物質(zhì)外，微塑料自身也能釋放出有毒的化學物質(zhì)[29]。塑料制品中往往添加了各種添加劑來達到耐蝕、耐用的特性，如用以提高耐熱性的多溴聯(lián)苯醚、抗氧化的壬基酚、耐生物降解的三氯生(二氯苯氧氯酚)等。微塑料在生物、非生物作用下降解時，會濾出添加劑，對生態(tài)環(huán)境造成威脅。隨手扔掉的塑料袋也會使初級生產(chǎn)力減弱，造成沉積物厭氧[29-30]。

3 微塑料污染的控制

由于微塑料是一種新興的污染物，所以針對這種污染物，我國還沒太多關(guān)于微塑料污染控制政策出臺[32]。我國對塑料的濫用做了一定的措施，例如無償使用塑料袋變?yōu)橛袃斒褂盟芰洗切Ч⒉皇呛苊黠@。由于個人洗護用品是微塑料污染的主要的原生來源，所以應(yīng)該控制微塑料微珠在洗護用品中的使用。當塑料垃圾進入環(huán)境后，要及時進行垃圾攔截，清理，防止裂解，形成更小的微塑料[31-32]。

微塑料進入淡水環(huán)境后，污水處理廠處理微塑料也是比較可行的方法。有研究表明，一般來說，污水廠的初級處理的去除率低于二級處理的去除率。不同的污水處理廠的去除率也不同，蘇格蘭地區(qū)可達到98.41%，加拿大地區(qū)可達到98.3%，瑞典地區(qū)可達到99.9%，芬蘭地區(qū)也可到達99.9%，而我國的廈門地區(qū)可達80.97%，而上海地區(qū)微塑料去除率只有55.6%[33-35]，所以不同地區(qū)污水廠微塑料去除率也有所不同，經(jīng)過污水處理廠處理，出水中微塑料的含量顯著降低，盡管除去率比較好，但是有微塑料進入自然水體。通過比較不同地區(qū)污水處理廠微塑料的去除率，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的去除率還是有很大區(qū)別的，原因主要有兩點，首先與污水處理廠的技術(shù)相關(guān)，每個污水廠工藝不同，對微塑料的去除會有一定的影響，其次與進水中微塑料的含量相關(guān)，每個國家和地區(qū)污水廠的進水水質(zhì)不同，所以也會影響微塑料的去除率。尤其是我們國內(nèi)污水處理廠，相較于國外微塑料去除率差距還是很大的，所以需要我們進一步提高微塑料去除的技術(shù)。

4 結(jié)束語

本文從淡水中微塑料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、污染的來源、分析鑒定的方法、微塑料的危害及其控制等五個方面進行了系統(tǒng)的總結(jié)，可得到如下一些結(jié)論：(1)淡水環(huán)境中微塑料分布與人類活動存在緊密聯(lián)系。(2)需要深入研究微塑料對淡水生物的具體影響，特別是應(yīng)考慮因為食物鏈的污染物富集現(xiàn)象而可能產(chǎn)生的對人類的潛在危害。(3)微塑料的控制還有很大的提升空間，污水處理廠技術(shù)的升級可有效的去除微塑料。(4)需要統(tǒng)籌地研究、建立相關(guān)的分析監(jiān)測方法、標準、政策和法規(guī)，以實施對微塑料污染的有效控制和監(jiān)管。