激光直接红外光谱与解聚耦合液相色谱-串联质谱联用技术评估污水处理厂微塑料污染特征及去除机制

针对污水处理厂微塑料(MPs)污染评估方法单一的问题，研究人员首次联合激光直接红外光谱(LDIR)与解聚耦合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术，系统分析了MBR与氧化沟工艺中MPs的数量/质量浓度变化规律，发现PET/PC/PA质量浓度与总MPs数量显著相关(R2>0.88)，估算年排放量达1.7×1012 颗粒/0.369吨，为MPs管控提供双维度数据支撑。

　　

微塑料（Microplastics, MPs）作为新型环境污染物，正以惊人的速度渗透到全球水生态系统中。这些直径1 μm至5 mm的塑料颗粒不仅能被水生生物误食进入食物链，最新研究更发现它们可跨越血脑屏障，与神经元蛋白纤维相互作用，加剧帕金森病等神经退行性疾病风险。污水处理厂(WWTPs)虽能去除95%的MPs，但因处理水量巨大，每年仍有数以万亿计的MPs通过出水进入环境。然而现有研究存在两大瓶颈：一是依赖单一检测方法，无法同时获取MPs的数量浓度、质量浓度及聚合物组成等关键参数；二是传统傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱存在小颗粒识别误差高、检测限不足等技术局限。

针对这一科学难题，中国某高校联合中国环境科学研究院团队创新性地将激光直接红外光谱(LDIR)与解聚耦合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术联用，对北京某污水处理厂两种典型工艺（膜生物反应器MBR和氧化沟OD）中的MPs进行系统分析。研究发现，基于数量浓度和质量浓度的去除率(RRs)存在差异：MBR系统数量浓度去除率95.7%略低于OD系统的97.0%，但质量浓度去除率均达96%以上。更重要的是，研究首次证实聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(PA)的质量浓度与MPs总数呈强相关性(R2>0.88)，且MBR工艺对<100 μm小颗粒的截留效果更优。通过年排放量估算，该厂每年向环境排放1.7×10¹²
个MPs颗粒，其中PET/PC/PA总质量达0.369吨。该成果发表于《Journal of Hazardous Materials》，为MPs的精准管控提供了方法论突破和数据基准。

关键技术方法：
研究团队采集北京某污水处理厂MBR与OD工艺各处理阶段水样，采用LDIR自动分析MPs的粒径分布、形状和聚合物类型（检测限<10 μm），同时通过LC-MS/MS直接定量PET、PC、PA6和PA66的质量浓度（无需物理分离步骤）。两种方法数据经Spearman相关性分析验证。

主要研究结果：

《Number concentration variations of MPs during wastewater treatment》
LDIR检测显示进水MPs数量浓度存在季节性差异（春季875.5±32.1 n/L vs 夏季2405.5±113.1 n/L），MBR工艺对<100 μm颗粒的去除效果优于OD工艺，但OD对纤维类MPs截留率更高。

《Conclusion》
双方法验证发现MPs去除趋势具有工艺一致性，质量浓度评估显示MBR与OD去除效率相当（96.8% vs 96.5%），而数量浓度评估结果受粒径分布影响较大。PET/PC/PA占总MPs质量的82.3%，是环境风险评估的关键聚合物。

《Environmental implication》
研究首次建立LDIR与LC-MS/MS联用技术体系，揭示不同工艺对MPs的截留特性差异，提出应同时采用数量/质量双指标评估污水处理效能，为MPs源头管控提供科学依据。

该研究的突破性在于：1）创建多维度MPs分析新范式，克服单一方法局限性；2）发现聚合物特异性去除规律，指明PET/PC/PA应作为优先管控对象；3）量化我国WWTPs MPs排放通量，填补环境风险数据库空白。正如通讯作者郑平浩（Zhengping Hao）团队强调，该方法可推广至饮用水处理、工业废水等场景，为全球塑料污染治理提供中国方案。