河流系统中微塑料迁移行为揭秘：水动力对输移与沉降的影响机制

《Journal of Hydro-environment Research》：Unveiling the microplastic migration behavior in riverine systems: hydrodynamic impacts on transport and sedimentation

本文通过实验与计算流体动力学(CFD)模拟相结合的方法，系统揭示了水动力条件（静水、湍流、明渠流）对聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)微塑料(MPs)迁移沉降行为的影响规律。研究发现颗粒密度与流速湍流的交互作用决定了MPs的沉降轨迹，CFD模拟验证了沉降速度预测方程(R2>0.9)的准确性，为河流MPs污染风险评估提供了重要的理论依据和技术支撑。

　　

材料

为分析微塑料(MPs)的迁移行为，本研究聚焦自然水体中常见的两种颗粒状MPs：聚苯乙烯(PS, 密度=1050 kg/m³)和聚氯乙烯(PVC, 密度=1380 kg/m³)，两者粒径均为1.0毫米（该尺寸被广泛认为是重要统计阈值）。这些颗粒的选择基于其高出现频率和独特的沉降特性，适用于高效研究。

静态沉降速度预测方程的拟合

水生环境中MPs的输移显著受其沉降特性影响，这对确定其滞留时间和积累位置至关重要。理解MPs的沉降速度是阐明其在河流环境中行为的基础，可为潜在污染区域提供早期预警，特别是在过渡区域，目前关于MPs沉降速度的研究仍较缺乏。

水动力对MPs输移和沉降模式的影响

我们的研究结果证实，MPs迁移受颗粒密度、流速和湍流强度相互作用的共同影响。密度较高的PVC颗粒沉降更快，水平轨迹更短；而较轻的PS颗粒对湍流更敏感，导致其输移路径更长且更多变。

在旋转速度增加时，PVC颗粒的平均沉降速度最初下降，因为湍流阻碍了其沉降过程。

结论

本工作中，通过实验方法和CFD模拟，研究了在静水、旋转湍流和明渠流水动力条件下，粒径均为1.0毫米的PS（ρ=1.05 g/cm³）和PVC（ρ=1.38 g/cm³）微塑料颗粒的迁移行为。通过结合高速成像技术与数值模拟，我们确定了颗粒密度、流速和湍流强度共同决定了MPs的沉降和迁移行为。