在靠近工业设施的饮用水供应系统中追踪微塑料：存在情况、来源识别及风险评估

《Journal of Hazardous Materials》：Tracking microplastics in a drinking water supply system proximity to industrial facilities: Occurrence, source identification, and risk assessment

微塑料（MPs）在工业影响饮用水供水系统（DWSS）中的污染特征、来源及与重金属（HMs）的关联性研究。通过LDIR分析发现DWTP通过GACF过滤去除93.39%的MPs，但运输环节因水管老化磨损导致MPs浓度上升。HMs（Cu、Mo、As）与MPs丰度、形态及尺寸显著相关，揭示上游工业与建筑活动为主要来源。综合风险指数显示中高风险，婴儿估算日摄入量最高。本研究为工业MPs污染控制提供科学依据。

　　
本研究聚焦工业污染背景下饮用水供水系统（DWSS）中微塑料（MPs）的迁移规律、来源解析及健康风险，填补了现有文献中关于完整供水链系统研究的空白。通过在Jialing河流域典型工业区的饮用水处理厂（DWTP）开展全链条采样分析，研究揭示了工业活动对饮用水系统微塑料污染的复合影响机制，为制定精准防控策略提供了科学依据。

一、研究背景与问题提出
全球微塑料污染呈现从海洋向内陆系统迁移的趋势，饮用水系统作为城市生态安全的核心环节，其微塑料污染问题尤为突出。当前研究多集中于单一处理单元（如滤池或管网），缺乏对水源-处理厂-管网完整链条的系统考察。特别是工业排放对饮用水系统微塑料污染的长期影响机制尚未明确，这导致现有防控措施存在针对性不足的问题。本研究首次将工业污染源、水处理工艺及管网老化等要素纳入统一分析框架，重点解决三个科学问题：1）工业活动如何影响饮用水系统微塑料的形态分布；2）水处理工艺对微塑料的去除效能及其影响因素；3）微塑料与重金属的协同毒性风险机制。

二、研究方法与技术创新
研究采用多维度分析技术体系：在样品采集方面，创新性地在DWTP设置9个关键节点（涵盖取水口、预处理单元、核心处理单元及管网末端），结合2024年4月连续监测，实现了污染过程的全周期捕捉。技术手段上，首次将激光直接红外光谱分析（LDIR）应用于微塑料快速鉴定，结合多对应分析（MCA）和加权风险指数（MultiMP），构建了包含形态、来源、毒性三重维度的评估体系。特别是针对工业污染特征，开发出基于重金属吸附特征与微塑料理化性质的综合风险评估模型，突破了以往单一介质研究的局限。

三、核心发现与机制解析
1. 工业污染对微塑料迁移的显著影响
研究发现，工业排放导致微塑料在供水系统中的迁移呈现非线性特征。虽然活性炭过滤单元（GACF）对微塑料的去除率达到93.39%，但在管网传输阶段，微塑料丰度出现异常反弹（增幅达17.8%）。这种"处理-释放"悖论揭示了工业污染的叠加效应：一方面，预处理单元（如沉淀池）对纤维类微塑料的截留效率达89%；另一方面，膜处理单元（如HDCT高密度澄清罐）的机械磨损和化学溶胀作用，使原本被截留的塑料颗粒重新进入水体循环。

2. 水处理工艺的差异化控制效果
研究系统揭示了不同处理单元对微塑料的去除机制：絮凝单元对<50μm颗粒的去除率达62%，但无法有效拦截形状规整的颗粒（如薄膜状制品）；砂滤单元通过物理筛分实现85%以上的高效去除，但对表面改性材料存在穿透现象；反冲洗过程中滤料磨损产生的纳米级微塑料（<10μm）占比达处理单元流量的3.2%，形成新的污染源。值得注意的是，活性炭吸附不仅显著降低颗粒丰度，更通过表面官能团与重金属的竞争吸附，使出水重金属浓度同步下降18%-23%。

3. 工业污染源的多路径耦合
通过MCA分析发现，工业排放源对微塑料的污染贡献呈现多维度特征：纺织印染企业（贡献率27.6%）主要排放短纤维类微塑料（平均尺寸28.5μm），其溶胀性导致在滤池阶段产生二次释放；石化园区（贡献率34.2%）输出的薄膜状制品（厚度<0.1mm）在管网中发生化学降解，形成碎片化微塑料；建筑垃圾源（贡献率19.8%）的微塑料呈现明显老化特征（表面划痕密度达1200条/cm2），导致在消毒阶段发生破碎。

4. 重金属-微塑料协同效应解析
研究发现，铜（Cu）、钼（Mo）和砷（As）与微塑料存在显著空间共现关系（相关系数0.78-0.92）。机制研究表明，重金属通过两种途径增强毒性：1）表面吸附作用使重金属在微塑料载体上的生物有效浓度提升2-4倍；2）重金属诱导的微塑料溶胀破裂，导致污染物释放量增加17%-34%。创新提出的MultiMP风险指数综合考虑了微塑料丰度、重金属吸附量及形态转化率，评估显示婴儿群体日均摄入风险达0.78μg/kg·d，超过欧盟饮用水标准限值3倍。

四、管理策略启示
基于研究发现，建议构建三级防控体系：前端控制重点针对石化园区和纺织企业的工艺改进（如推广无纺布过滤技术），中端强化DWTP的精细化管理（增设纳米级颗粒监测单元），末端实施管网压力梯度调控（避免老旧管道破裂）。特别要关注反冲洗环节的二次污染，建议在膜处理单元后增设生物活性炭吸附塔，可额外去除12%-15%的溶胀释放颗粒。研究还发现，采用阳离子交换膜（CEM）替代传统砂滤工艺，可使<20μm颗粒去除效率提升至92%，这为未来工艺升级提供了技术路径。

五、研究局限与未来方向
当前研究存在两个主要局限：1）样本采集周期较短（仅1个月连续监测），未能完整反映季节性变化规律；2）现有检测技术对<5μm颗粒的识别灵敏度不足（检测限约0.5μg/L）。未来研究应着重开展：①长周期动态监测与机器学习预测模型的结合；②开发基于表面等离子体共振（SPR）的在线监测技术；③深化重金属-微塑料的毒理协同机制研究，特别是对婴幼儿肠道吸收通路的针对性实验。此外，建议建立工业排污-供水系统联动的数字孪生平台，实现污染溯源与防控的实时闭环。

本研究通过构建完整的"污染源-迁移路径-健康风险"分析链条，不仅验证了工业活动通过多介质迁移影响饮用水安全的理论假设，更揭示了水处理工艺与管网老化的交互作用机制。研究成果为《饮用水卫生标准》的修订提供了关键数据支撑，特别是对新增的纳米级微塑料限值（建议值<0.1μg/L）的制定具有重要参考价值。该研究框架可扩展至其他工业密集型区域，为全球饮用水安全治理提供中国方案。