综述：雨水管理工程多孔介质系统中微塑料和纳米塑料的来源、迁移、滞留和去除特性的系统评价

《Environmental Science: Advances》：Microplastics and nanoplastics in stormwater management engineered porous media systems: a systematic review of their sources, transport, retention, and removal characteristics

这篇系统综述全面分析了雨水管理工程多孔介质系统（SWMEPMS）对微塑料和纳米塑料（MNPs）的去除效能，指出其去除效率高达100%，核心机制包括截留、静电相互作用和表面络合等。综述强调多孔介质特性（如石灰岩、生物炭）和MNPs表面官能团（如羰基、氨基）对去除效果的关键影响，同时指出当前研究在纳米塑料（NPs）分析、长期性能评估及标准化方法方面的空白，为开发可持续雨水处理技术提供了重要科学依据。

　　

环境意义

塑料颗粒污染，特别是微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）（统称MNPs），通过雨水径流对水生生态系统和人类健康构成日益严重的威胁。本综述系统探讨了雨水管理工程多孔介质系统（SWMEPMS）如何减少MNP污染，填补了该领域的关键知识空白。通过综合MNPs在SWMEPMS中的来源、迁移、滞留和去除特性，研究发现SWMEPMS可通过多种机制实现高达100%的去除效率，为可持续水处理实践和绿色基础设施设计提供了重要依据。

引言

塑料是由重复单体和各种添加剂组成的有机聚合物，其化学组成和物理性质多样。自1907年问世以来，塑料虽被视为革命性材料，但近年来其污染问题对可持续发展三大支柱（环境、社会和经济）构成严峻挑战。MNPs根据尺寸定义，MPs通常为>0.1–5000 μm，NPs为1–100 nm，但学界对尺寸边界尚未达成共识。城市雨水径流是MNPs进入水体的主要途径，其携带的MNPs（如聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS和轮胎磨损颗粒TWPs）可吸附重金属、有机污染物和全氟烷基物质（PFASs），加剧环境风险。SWMEPMS作为绿色基础设施，通过渗透、存储和过滤过程有效去除MNPs，并支持联合国可持续发展目标（SDGs 6、11、14）。然而，当前对MNPs在SWMEPMS中的归趋研究仍有限，缺乏系统综述。

方法学

本研究采用PRISMA标准方法，系统检索了Engineering Village、Web of Science和Scopus数据库中截至2025年4月的文献。SWMEPMS分为铺装基（如透水铺装）和沟渠基（如渗透沟、砂滤器）两类。纳入标准包括peer-reviewed原始研究，重点关注MNPs的去除特性，排除二次文献和非英文论文。

结果与讨论

合格文献趋势与文献计量分析

共筛选出16篇合格研究，其中铺装基SWMEPMS研究6篇，沟渠基10篇。首篇相关论文发表于2021年，2023年文献数量达峰值，2024年后略有下降，表明该领域仍处于早期发展阶段。关键词共现分析显示，研究主题集中于污染管理、过滤效率和雨水路径，但NPs相关研究明显缺失。

MNPs的分类与来源

MNPs来源分为初级（如微珠）和次级（大塑料降解产物）。次级来源占主导，常见形态包括碎片、纤维、薄膜和颗粒。雨水径流中MNPs浓度波动大（2.00–110.59 MP L^?1），TWPs占比超30%，是重要污染源。MNPs与水质参数（如pH、总有机碳TOC）显著相关，可通过监测间接评估污染水平。

MNPs的定量与表征方法

MNPs的定量方法分为物理（如显微镜计数、重量法）、化学（如傅里叶变换红外光谱μFTIR、荧光光谱）和热学（如热解-气相色谱/质谱法Py-GC/MS）三类。方法选择需考虑粒子尺寸、聚合物类型和样品基质，当前缺乏标准化流程。

实验框架

研究以实验室模拟为主，少数为现场试验。SWMEPMS多采用砂、石灰岩、生物炭等介质，MNPs投加浓度和粒子尺寸范围差异大。去除机制包括沉降、截留、纠缠、静电相互作用等，效率受介质特性和环境条件影响。

MNPs的迁移、去除机制与滞留

MNPs的迁移受粒子尺寸、密度、表面性质及介质特性（如孔径、粗糙度）调控。大尺寸MPs（>100 μm）易通过机械截留去除，而NPs（<100 nm）主要依赖吸附等物化作用。介质表面官能团（如羧基、氨基）和溶液化学（如离子强度、pH）显著影响静电相互作用和阳离子桥接效应。冻融循环和UV辐射可能改变MNPs疏水性，增强其迁移能力。

SWMEPMS对MNPs的去除效率

铺装基SWMEPMS对MPs去除效率可达99.4%，沟渠基系统（如砂滤器）对NPs去除率在8.81%–99.65%之间。石灰岩和生物炭因表面粗糙度高、钙离子释放能力强，表现优于石英砂。效率差异主要源于介质组成、MNPs特性（如聚合物类型、尺寸）和水力条件（如流速）。

优化SWMEPMS去除效率的策略

建议通过定期维护（防堵塞）、介质优化（如添加生物炭）、集成土工布、适应气候变化设计及使用可持续材料提升系统性能。公众教育和政策支持对长期运维至关重要。

知识空白与未来研究方向

当前研究缺乏NPs数据、长期性能评估和标准化方法。需加强MNPs在SWMEPMS中的归趋机制、环境行为及与经济、社会可持续性的关联研究。未来应聚焦现场验证、多学科交叉和气候适应性设计。

结论

SWMEPMS是控制雨水径流中MNPs污染的有效技术，其高效去除能力得益于多机制协同作用。介质特性（如石灰岩、生物炭）和MNPs表面化学是决定效率的关键因素。然而，NPs去除、长期性能及标准化方法仍是挑战。未来研究需填补这些空白，以推动SWMEPMS在可持续雨水管理中的广泛应用。