微塑料对厌氧消化产甲烷过程的系统性影响：性能抑制与微生物响应机制

针对微塑料(MPs)对废水处理中厌氧消化(AD)过程的潜在影响机制不明问题，研究人员通过批次实验系统探究了聚乙烯(PE)等MPs的类别、浓度及粒径对甲烷产量的抑制规律，发现PE MPs通过破坏胞外聚合物(EPS)分泌、降低产甲烷菌多样性等途径使甲烷产量降低达49.6%，为连续流AD工艺优化提供了理论依据。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，每年约4.3亿吨塑料制品中大量以微塑料(MPs)形式进入水循环系统。这些粒径小于5毫米的颗粒不仅难以降解，更令人担忧的是，污水处理厂截留了90%以上的MPs，使其在污泥中富集。然而，这些"隐形杀手"如何影响污泥资源化核心工艺——厌氧消化(AD)的产甲烷效率？现有研究结论矛盾：既有报道称20颗粒/g总固体(TS)的聚氯乙烯(PVC)可提升甲烷产量，也有学者发现聚乙烯(PE) MPs会抑制关键酶活性。这种认知鸿沟严重制约了AD工艺在MPs污染环境下的优化应用。

安徽建筑大学等机构的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，首次系统解析了MPs类别-浓度-粒径三维因素对AD的复合影响。通过16S rRNA高通量测序结合3D荧光光谱等技术，揭示了PE MPs通过干扰微生物代谢网络抑制甲烷生成的具体路径。

关键技术方法
研究采用批次AD反应器，以污水处理厂二沉池污泥为接种物，设置不同MPs类别(PA/PET/PE/PVC)、浓度(0.002-0.2颗粒/g TS)和粒径(50μm-2mm)实验组。通过气相色谱监测CH₄
/CO₂
产量，结合zeta电位分析、胞外聚合物(EPS)提取及Illumina测序平台进行微生物群落解析，建立MPs物化特性-微生物响应-甲烷产量的关联模型。

主要研究结果

MPs类别对甲烷产量的影响
在相同粒径(50μm)和浓度(0.1颗粒/g TS)下，PE组甲烷产量(9.60±0.11 mmol)较对照组(12.04±0.5 mmol)降低20.3%，抑制强度显著高于其他MPs。荧光光谱显示PE组溶解性微生物产物峰强度降低42%，表明其严重干扰微生物代谢产物分泌。

浓度与粒径的复合效应
当PE浓度从0.002增至0.2颗粒/g TS时，甲烷产量由5.19±0.03降至4.20±0.02 mmol；粒径从2mm缩小至50μm时，产量进一步降至2.62±0.01 mmol。电镜观测证实50μm MPs导致微生物细胞膜破裂，伴随乳酸脱氢酶泄漏量增加3.8倍，提示纳米级MPs可能穿透细胞膜直接损伤线粒体。

微生物群落响应
高通量测序显示PE组厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度增加3.04%，而拟杆菌门(Bacteroidota)和绿弯菌门(Chloroflexi)分别降低0.63%和1.01%。产甲烷菌Methanosaeta丰度下降尤为显著，与其特有的乙酰辅酶A途径受活性氧(ROS)抑制有关。

讨论与意义
该研究首次证实PE MPs通过"物理损伤-氧化应激-代谢干扰"三级作用链抑制AD效能：①大比表面积的MPs吸附EPS导致微生物保护屏障失效；②释放的ROS破坏产甲烷菌DNA和能量代谢酶；③粒径效应使纳米级MPs直接穿透细胞膜。这一发现为MPs污染情境下的AD工艺调控提供了关键靶点——通过投加抗氧化剂或EPS保护剂可能缓解MPs抑制效应。

研究团队特别指出，当前可降解MPs的碎片化特性可能加剧生态风险，后续应重点探究MPs老化过程中浸出物与微生物的长期互作机制。这些成果不仅为污水处理厂污泥处理工艺优化提供理论支撑，更为制定MPs在有机固废处理中的阈值标准奠定了科学基础。