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本综述聚焦自来水中微塑料(MPs)污染,系统分析其浓度、类型、颜色、形状等特征,评估采样及分析技术,指出方法缺乏统一导致结果差异。强调需建立标准化方案以提升数据可比性,为饮用水微塑料监测及健康风险评估提供参考。
1. 引言
微塑料(粒径 < 5 mm)作为新兴污染物引发全球关注,其来源包括初级(化妆品、纺织品等)和次级(大颗粒破碎)。微塑料可具多种类型(如 PE、PP、PET)、形状(纤维、碎片等)及颜色,暴露可能引发炎症反应、器官损伤、氧化应激等健康问题,还可能作为微生物、有机化学物和重金属的载体,吸附污染物后毒性增强。
目前微塑料已广泛存在于地下水、地表水、瓶装水等水生环境。尽管常规饮用水处理厂可去除原水中高达 95% 的微塑料,但仍有部分进入配水系统,且配水系统中的塑料制品也可能释放微塑料,因此自来水中微塑料(0.0001–930 MP/L)问题不容忽视,其已成为人类接触微塑料的主要潜在途径之一。然而,现有研究方法缺乏协调,影响数据可比性,因此亟需开展针对自来水中微塑料污染及鉴定的综合研究。
2. 材料与方法
本系统综述遵循 PROSPERO 注册协议(注册号:CRD42022369758),依据 PRISMA 指南,于 2023 年 2 月至 2025 年 1 月在多个数据库检索相关英文研究,最终纳入 43 项研究,对自来水中微塑料的污染特征及分析方法进行系统评价和荟萃分析。
3. 结果
3.1 研究选择
共检索到 6100 篇文献,经筛选最终纳入 43 项研究,其中 41 项偏倚风险低,2 项为中等偏倚风险。
3.2 采样
自来水采样主要有手动和自动两种方式,手动采样因操作简便常用,但采样体积小(多数 < 1 L);自动采样可采集小颗粒微塑料、选择不同筛网尺寸,但设备复杂、易受污染。31 项研究进行了初级过滤,使用的过滤器类型及孔径多样,无标准化。采样体积影响结果,自来水微塑料浓度较低,需较大采样体积以保证代表性。
3.3 预处理
预处理方法包括化学消化(酸性、碱性、氧化消化)、密度分离、染色和过滤等。氧化消化(如 H?O?)常用,可有效去除有机物且对微塑料完整性影响小;酸消化可能损坏部分聚合物,碱消化可降解多种聚合物;密度分离可分离矿物杂质与微塑料,但使用的盐溶液各有优缺点;荧光染色(如尼罗红、玫瑰红)可辅助识别微塑料,但存在局限性。77% 的研究在鉴定前进行过滤,滤材选择影响后续光谱分析。
3.4 定量与鉴定方法
鉴定方法主要有视觉法和光谱法。视觉法基于物理特征分类,常用立体显微镜、荧光显微镜等,但易受主观因素、仪器分辨率和样品基质影响,误判率高;光谱法(如 FTIR、拉曼光谱)更可靠,FTIR 及其变体(ATR-FTIR、μ-FTIR、FPA-FTIR)常用于聚合物鉴定,拉曼光谱可检测小至 1 μm 的颗粒,但易受荧光干扰且成本高。
3.5 微塑料丰度
全球不同地区自来水中微塑料丰度差异显著(0–1753 P/L),亚洲部分地区(如中国香港、中国内地)浓度较高,欧洲部分地区(如德国)检测不到或浓度极低。这种差异既与地区环境、基础设施有关,也受研究方法影响,包括采样体积、预处理、分析方法等,且报告单位不统一加剧了数据解读难度,亟需标准化协议。
3.6 尺寸分布与健康影响
多数研究报道自来水中微塑料以 < 50 μm 为主,可能与水处理工艺去除大颗粒、小颗粒易在运输中产生有关。小尺寸微塑料可进入体循环、在器官积累并吸附有害物质,健康风险更高。
3.7 形状与健康影响
纤维和碎片是最常见的微塑料形状,分别在 81% 和 65% 的研究中被报道。纤维可能来自废水排放和水处理厂,易在消化系统积累;碎片多为大塑料破碎产生,可能来自配水系统。不规则形状微塑料更易吸附有毒污染物,增加健康风险。
3.8 颜色
透明是最常见的微塑料颜色(32.38%),其次为黑色、蓝色等。颜色可提示来源,但预处理可能导致颜色变化,且颜色感知受环境、设备和人员影响,报告时需考虑多种因素。
3.9 聚合物类型
PE、PET、PP 是最常见的微塑料聚合物,与全球塑料生产和使用广泛、密度接近水不易去除、配水系统材料磨损有关。不同聚合物对重金属和有机污染物的吸附能力不同,可能导致不同健康影响,如 PS 可抑制脂质消化。
3.10 不同大洲研究情况
研究覆盖亚洲、美洲、欧洲和非洲,亚洲研究较多(中国为主),欧洲德国研究最多,非洲和南美洲研究较少。各洲微塑料浓度差异受环境、技术、基础设施和研究设计影响,部分地区数据缺乏阻碍全球评估。
3.11 水源影响
以地表水为水源的自来水微塑料浓度(0.036–343.5 P/L)高于地下水(0–1.485 P/L),因地表水易受生活工业污水、农业径流等污染,且水处理厂难以完全去除微塑料。
3.12 质量控制
背景污染是微塑料研究的关键问题,几乎所有研究都存在至少一种质量控制问题,空气传播的微塑料或纤维是常见污染源。控制措施包括在受控环境(如洁净台、通风橱)中处理样品、使用铝箔覆盖容器、避免塑料仪器、清洗玻璃容器、使用正负对照等。
3.13 回收率测试
少数研究(12 项)进行了加标回收率测试,不同聚合物回收率差异较大,受采样、提取和分析过程影响,结果反映方法的有效性和可靠性。
4. 荟萃分析
纳入 36 项研究进行荟萃分析,自来水中微塑料合并平均浓度为 56.98 P/L(95% CI, 26.31–87.65 P/L)。亚组分析显示,采样体积、鉴定方法、大洲和水源影响结果,但各亚组均存在异质性。其中,采样体积 1–10 L 和 > 100 L 组浓度较高,显微镜检测组浓度高于光谱法组,美洲浓度最高,地表水水源组浓度高于地下水组。
5. 结论
本综述显示,自来水中微塑料分析方法存在显著差异,导致结果可比性差。采样体积、消化方法、鉴定技术等是主要影响因素,显微镜和 FTIR 分别是常用的计数和化学鉴定方法。亟需建立标准化协议以提升数据可靠性和可比性。未来研究应关注微塑料对人类健康的直接影响,而非仅依赖动物模型。