综述：水环境中微塑料和纳米塑料物理修复的简要概念

本综述系统评述了物理修复技术（如过滤、混凝-絮凝、离心、磁分离、超声及静电分离）对微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的高效去除能力，重点分析了其性能影响因素（粒径、形状、聚合物类型）、技术瓶颈（膜污染、污泥处理、能耗）及未来优化方向（工艺优化、预处理、材料回收、可再生能源整合）。

　　

ABSTRACT

微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）对水生生态系统的有害影响及其对人类健康的负面作用，已引发对多种水体中此类污染物的广泛关注。其微小尺寸和分散特性使得从水中去除变得异常困难。物理修复技术因其处理潜力而备受关注，例如过滤、混凝与絮凝以及离心等技术。本综述总结指出，先进过滤、混凝-絮凝、离心、磁分离、超声处理和静电分离等物理修复方法可实现对MPs的高去除率（通常超过90%），对NPs的去除效果相对有限。这些方法的性能受颗粒尺寸、形状和聚合物类型的影响，同时操作条件和水体基质复杂性也起关键作用。膜污染和堵塞会降低效率并增加维护成本。混凝过程产生需安全处置的污泥。高能耗过程如超声处理会增加碳足迹。传统技术已证明具备大规模适用性，而混合系统可将MPs的去除率提升至95%以上。NPs的捕获仍更具挑战性，需通过工艺优化、针对性预处理、材料回收、推进混合处理设计、降低运营成本以及整合可再生能源来解决。

物理修复技术概述

物理修复技术主要通过机械或物理化学作用分离水体中的微塑料和纳米塑料，无需改变其化学结构。常见方法包括过滤、混凝-絮凝、离心、磁分离、超声处理和静电分离。这些技术因其操作相对简单、处理效率高且易于规模化而受到重视。然而，不同技术对颗粒尺寸的敏感性差异显著，MPs（通常界定为1 μm至5 mm）的去除效果普遍优于NPs（通常<1 μm）。

先进过滤技术

过滤技术，尤其是膜过滤（如微滤、超滤、纳滤和反渗透），能有效截留MPs和部分NPs。去除效率受膜孔径、表面特性及操作压力影响。例如，反渗透膜几乎可完全去除MPs，但对NPs的截留率因膜污染和浓度极化而下降。膜污染和堵塞是主要限制因素，导致频繁清洗和更高能耗，增加运维成本。新型膜材料（如陶瓷膜、混合基质膜）和动态过滤设计正在探索中以缓解这些问题。

混凝-絮凝过程

混凝-絮凝通过添加化学试剂（如铝盐、铁盐）使颗粒脱稳并聚集为更大絮体，便于后续沉降或过滤去除。该方法对MPs显示高去除率（常>90%），但效率高度依赖颗粒性质（如聚合物类型、表面电荷）和水化学条件（pH、离子强度）。主要挑战是产生含塑料颗粒的污泥，需进一步处理以避免二次污染。优化 coagulant 类型和剂量可提升对NPs的捕获，但NPs的高稳定性使得絮凝效果有限。

离心与磁分离

离心利用密度差异分离颗粒，适用于高浓度悬浮液，但对低密度塑料（如聚乙烯）和纳米级颗粒效率较低。磁分离则通过功能化磁性材料（如铁氧化物）选择性吸附塑料颗粒，尤其适用于表面改性后的NPs。这两种技术能耗较高，且大规模应用时需考虑成本效益比。

超声与静电分离

超声处理利用空化效应破碎或聚集颗粒，但高能耗和碳足迹限制其可持续性。静电分离通过电荷作用捕获带电塑料颗粒，效率受水体电导率和颗粒表面特性影响。这些方法通常作为预处理或与其他技术联用以增强整体去除性能。

技术挑战与未来方向

当前物理修复技术的主要瓶颈包括：对NPs的去除不足、膜污染、污泥管理、高能耗及高成本。混合系统（如混凝-膜过滤）可显著提升效率，将MPs去除率推至95%以上。未来研究需聚焦工艺优化（如调控操作参数）、开发针对性预处理（如氧化预处理降解NPs）、材料回收（从污泥中回收塑料）、创新混合处理设计（集成多种技术）、降低运营成本，并整合可再生能源以减小环境足迹。最终目标是为水环境提供高效、可持续的MPs和NPs控制策略。