填埋场中微纳塑料的演化路径与环境风险研究进展

《Emerging Topics in Life Sciences》：Evolution and Associated Environmental Pollution Risks of Micro- and Nanoplastics through Landfill Processes

本刊推荐：为解决塑料污染带来的环境与健康风险，研究人员聚焦填埋场中微纳塑料(MNPs)的演化规律，系统综述了MNPs在填埋环境中的生成机制、迁移路径及检测技术挑战，揭示了填埋场作为MNPs二次释放源的重要作用，为塑料污染管控提供科学依据。

　　

塑料制品以其低成本、柔韧性好和耐用等特点，自20世纪50年代以来被各行各业广泛使用。全球塑料总产量已接近90亿吨，截至2015年底，初级塑料产生的废塑料量达到58亿吨。这些废弃塑料不仅造成持久而广泛的污染，其产生的微塑料(MPs)和纳米塑料(NPs)更被视为人类世的关键地质标志物之一。

微纳塑料(MNPs)在环境中的持续累积正通过各种方式影响不同的环境系统：影响植物生长、危害海洋生态系统、改变土壤结构和肥力等。随着塑料逐渐老化，这些影响预计会加剧。更令人担忧的是，动物会摄入MNPs，研究人员已在人体器官和血液中发现微塑料的存在。因此，需要更加关注MPs特别是NPs的环境风险，因为它们在环境和生物体内更容易迁移和转移。

在城市固体废物(MSW)中，废塑料的含量近年来呈现上升趋势，反映出塑料消费量的增长。以中国东部地区为例，橡胶和塑料的比例从2005年的7.95%上升到2021年的28.74%。然而，填埋场不仅是废塑料的主要汇集地，也成为了微塑料生成的重要来源。填埋场的复杂环境加速了废塑料的破碎，导致MPs随时间呈指数级增长。这些被封存的MPs有可能在环境中迁移，其添加剂、化学物质和其他成分也会渗滤出来，对周围生态系统构成威胁。

为了系统揭示填埋场中MNPs的演化规律和环境风险，研究人员开展了全面综述，相关成果发表在《Emerging Topics in Life Sciences》上。该研究通过文献调研和数据分析，系统梳理了MNPs在不同环境介质中的分布特征，重点探讨了填埋场中废塑料的破碎路径和MNPs的赋存状态，特别关注了其检测带来的分析挑战。

研究人员采用了多种关键技术方法开展此项研究。通过系统文献检索和meta分析，整合了全球范围内MNPs的分布数据；利用材料流分析(MFA)方法量化了填埋场中塑料的迁移转化过程；采用热分析技术(如热提取和解吸-气相色谱-质谱联用TED-GC-MS、热裂解-气相色谱-质谱联用Py-GC-MS)进行塑料聚合物的定量分析；结合光谱学方法(包括衰减全反射傅里叶变换红外光谱ATR-FTIR、显微傅里叶变换红外光谱μ-FTIR、拉曼光谱)进行形貌和组成表征；还建立了时间序列预测模型，分析塑料在填埋场中的长期演化规律。研究样本涵盖了中国、欧洲等多个地区的填埋场样品，确保了数据的代表性和可靠性。

塑料在环境中的污染状况

微纳塑料在环境中广泛存在，从海洋到高山，从农田到雪地，MPs正在污染全球环境，且随着人类活动的增加，这种污染正在加剧。陆地是MPs产生的主要场所，土壤是主要汇集地，MPs浓度范围为350-1604个/千克。在海洋环境中，塑料污染可追溯到半个多世纪前，估计在2010年约有400-1200万吨废塑料从陆地进入海洋环境。大气中MPs的浓度范围为8×10^-3-2微克/立方米，陆地空气中的浓度高于海洋上空。

MNPs的环境影响和毒性

塑料污染具有持续累积和难以修复的特点，对全球范围造成多种长期环境威胁。MNPs进入土壤基质会导致性质改变，其中土壤结构受影响最为直接。MPs纤维和颗粒会破坏土壤团聚体骨架和孔隙空间。严重情况下会导致不可逆的土壤退化。类似的影响在水体沉积物中也有发现。更关键的是，塑料老化会加剧有毒添加剂、环境污染物和金属离子的吸附和浸出，这些共污染物被携带并转移到食物链中。

填埋场中MNPs的生成和检测

填埋场因其建设运营成本相对较低、容量大、适应性强，已成为全球最早且最广泛采用的城市固体废物处置方法。全球约有30万-50万个填埋场，每年接收超过15亿吨城市固体废物。2019年，仅有9%的废塑料进入回收系统，而49%最终进入填埋场，部分管理不当的塑料积累在露天堆放场。因此，填埋场成为废塑料的主要汇集地。

废塑料在填埋场中由于上覆重量和内部运动引起的压缩和摩擦、渗滤液的浸泡和侵蚀、微生物降解、温度变化、湿度和pH值变化等因素加速老化和二次生成MNPs。研究表明，废塑料在填埋场中的非生物压缩会产生显著的MPs，碎片化MPs的数量和质量随着压缩应力的增加和持续时间的延长而增加。

填埋场中MNPs的赋存和演化

对填埋场渗滤液中MPs的研究证实了填埋场作为MPs来源的假设。研究人员在芬兰、冰岛和挪威11个填埋场的渗滤液中发现了MPs，平均丰度为0-4.5个/升，其中聚乙烯(PE)是最主要的聚合物类型。对中国四个城市六个城市固体废物填埋场渗滤液的研究显示，填埋年龄在1-59年的渗滤液中存在尺寸为100-1000微米的MPs，平均丰度为0.42-24.58个/升。

随着填埋场开挖项目和技术的发展，研究人员开始调查填埋垃圾中MPs的赋存情况。对垃圾中MPs的研究表明，其丰度随填埋年龄、塑料初始组成和场地特性而变化。不同研究对填埋年龄影响的结论不一致，可能是由于废物中塑料比例随时间变化所致。为了解决这个问题，研究人员提出将MPs丰度表示为MPs数量与废塑料含量的比值，结果显示MPs生成与填埋年龄呈强正相关，平均丰度呈指数增长，表明废塑料在填埋场中随时间以加速速率破碎。

填埋和修复过程中MNPs的迁移

填埋场中的MNPs可以通过多种途径进入周围环境，包括降水和地表径流、大气传输、渗滤液泄漏或回用、生物摄入或排泄等。即使卫生填埋场和简易填埋场中的MPs浓度不能直接比较，大量研究表明简易填埋场是MPs的泄漏源。缺乏覆盖层、衬垫和底部屏障促进了这些颗粒的迁移。

当填埋场退役或土地需要重新利用时，修复通常遵循两种路径：生态修复，旨在加速填埋场稳定化；或填埋场开采，涉及挖掘和回收以减少长期环境风险。值得注意的是，开挖材料通常含有MPs，特别是在填埋开采土壤类组分(LFMSF)中，这些材料类似于有机土壤，是填埋开采产品的主要部分。

另一种需要风险评估和职业暴露考虑的情况是填埋场开采过程中大气颗粒物的产生。它们携带的MNPs将在大气环境中悬浮、沉降和扩散。与自然风化不同，机械扰动加速了MNPs的二次释放，导致采矿作业瞬间产生高浓度的MNPs。随着填埋场开采成为填埋场可持续管理的可行策略，调查采矿活动中空气传播MNPs的释放和风险评估至关重要。

该研究系统揭示了填埋场作为微纳塑料"储存库"和"释放源"的双重角色，强调了长期环境风险评估的重要性。研究人员指出，虽然源头减量是缓解塑料污染的最有效策略，但大量废塑料已被处置在填埋场中，其演化过程和环境影响需要持续关注。该综述为政策制定者、监管机构和研究人员提供了科学支持，并为塑料污染的预防和控制提供了可行策略。

研究还指出，未来需要开发结合高分辨率、高灵敏度和宽粒径覆盖范围的综合检测技术，并建立标准化的采样和分析方案。更迫切的需求是将NP检测纳入填埋场塑料监测计划，以全面揭示填埋场系统中塑料的粒径演化和环境归宿。随着填埋场修复项目的推进，特别是填埋场开采等工程的实施，对MNPs二次释放风险的评估将成为塑料污染管控的重要环节。