乌干达城市固体废物工业堆肥厂堆肥中宏量与微量塑料污染特征及农业土壤输入风险评估

针对混合城市固体废物(MSW)堆肥中塑料污染缺乏非洲地区数据的现状，研究人员系统评估了乌干达清洁发展机制(CDM)堆肥厂产出堆肥中宏塑料(MaPs)>5mm和微塑料(MiPs)<5mm的污染特征。研究发现两厂堆肥MiPs含量高达4.9-6.2×104 items/kg，远超全球报道值，通过FTIR鉴定聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主要聚合物。该研究揭示了混合MSW堆肥对土壤的塑料输入风险，为撒哈拉以南非洲(SSA)地区废弃物管理政策提供关键数据支撑。

　　

在全球塑料污染危机背景下，城市固体废物(MSW)堆肥作为有机肥料使用时，其中的塑料残留已成为不容忽视的环境问题。撒哈拉以南非洲(SSA)地区由于普遍采用混合垃圾收集模式，其堆肥产品的塑料污染程度长期缺乏系统研究。乌干达通过清洁发展机制(CDM)建立了12座MSW堆肥厂，但农民普遍反映堆肥中存在大量肉眼可见的塑料杂质。这些塑料在堆肥过程中会破碎形成微塑料(MiPs)<5mm和宏塑料(MaPs)>5mm，可能通过农业应用进入土壤生态系统，进而威胁土壤生物和农作物安全。

为填补这一研究空白，来自奥地利等研究机构的研究人员选取乌干达西部马辛迪(Plant 1)和中部穆科诺(Plant 2)两座CDM堆肥厂，对其堆肥产品进行了为期4个月的系统研究。通过粒径分级(>5, 1.18-5, 0.6-1.18, 0.212-0.6, 0.063-0.212 mm)、密度分离(K₂
CO₃
溶液)和显微傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)等技术，首次量化了SSA地区MSW堆肥中塑料污染水平及其特征。研究发现两厂堆肥中MiPs含量分别高达49,000±7,000和62,000±6,000 items/kg干重，是已报道值的1.6-600倍；MaPs含量达1.50±1.24和1.78±1.27 g/kg干重。按推荐施用量7-35吨/公顷计算，单次施用将向土壤输入2.9×10⁸
-2.4×10⁹
个MiPs和2.0-106.7 kg MaPs。该成果发表于《Waste Management》，为评估发展中国家混合MSW堆肥的环境风险提供了重要基准。

关键技术方法包括：1) 堆肥样品按月采集并分级筛分为5个粒径段；2) 通过氧化消化(H₂
O₂
/FeSO₄
)和密度分离提取MiPs；3) 立体显微镜结合ATR-FTIR鉴定塑料形态和聚合物类型；4) 统计分析不同粒径塑料的分布规律。

3.1 堆肥粒径分布与惰性杂质含量
堆肥粒径分析显示1.18-5mm占比最高(Plant 1: 38.7%；Plant 2: 35.7%)，>5mm杂质中石块占比达16.3%(Plant 1)和7.4%(Plant 2)，远超欧盟标准(<5%)。金属/玻璃/塑料总量达1.6-1.7%，是奥地利标准的4倍，凸显混合收集系统的缺陷。

3.2 宏/中塑料的赋存特征
MaPs/MePs(5-25mm和>25mm)质量浓度分别为1.50±1.24和1.78±1.27 g/kg干重。ATR-FTIR分析表明聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)占主导(Plant 1: 68.2%；Plant 2: 76.7%)，白色/透明塑料占比超75%，与当地塑料袋使用习惯相符。

3.3 微塑料分布规律
关键发现包括：1) 0.212-0.6mm粒径段MiPs占比最高(35.7-38.7%)；2) 碎片(50.2-50.5%)和纤维(43.9-44.9%)为主要形态，源自塑料破碎和合成纺织品；3) PE/PP占MiPs总量的63.5-75.2%，与MaPs聚合物组成一致。

影响因素分析
回归分析表明堆体翻堆频率(R²
=0.9879)和原料污染程度(R²
=0.9657)是MiPs形成的主因。人口密度高的穆科诺地区(1000人/km²
)堆肥MiPs含量显著高于农村马辛迪地区(330人/km²
)。

研究结论强调，乌干达MSW堆肥的塑料污染程度创全球新高，主要归因于：1) 混合垃圾收集系统；2) 低效的人工分拣；3) 缺乏筛网维护。虽然堆肥能促进养分循环，但当前水平的塑料污染将导致土壤生态系统长期累积风险。该研究为SSA地区制定堆肥质量标准提供了科学依据，建议优先实施垃圾源头分类、改进筛分工艺，并探索塑料降解微生物的应用潜力。值得注意的是，<0.063mm的纳米塑料尚未纳入评估，这可能是未来研究的重要方向。