渗滤液生物处理系统中微塑料的演化规律及其对系统性能的影响机制

针对微塑料(MPs)在渗滤液处理系统中降解机制不明、污染物去除效率下降等问题，研究人员通过模拟好氧(O)/厌氧(A)条件，系统研究了PS、PE、PP、PET四种MPs的表面形貌演化(SEM)与微生物群落响应(16S rRNA测序)。发现MPs显著抑制COD(化学需氧量)、NH3-N(氨氮)和TP(总磷)去除率(最高达76%)，其中PET老化最快，好氧条件加速PS氧化。研究为优化渗滤液处理工艺提供了理论依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，微塑料(Microplastics, MPs)已成为威胁生态环境和人类健康的新型污染物。这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅难以降解，还会吸附重金属和有机污染物，通过食物链富集。尤其值得关注的是，垃圾填埋场渗滤液作为MPs向环境迁移的重要载体，其处理系统对MPs的去除效率普遍不足50%。现有研究多聚焦海洋环境，而对渗滤液生物处理系统中MPs的演化规律及其对污染物去除的抑制机制知之甚少。

针对这一科学难题，浙江大学的科研团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，通过构建好氧(O)和厌氧(A)反应器，系统追踪了聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)四种典型MPs在渗滤液处理系统中的表面形貌变化、降解动力学及其对COD、NH₃-N、TP去除效率的影响。研究采用扫描电镜(SEM)观察MPs表面侵蚀特征，结合16S rRNA高通量测序解析微生物群落响应，首次揭示了不同氧化还原条件下MPs的差异化降解机制。

关键技术方法包括：1) 构建3L好氧(曝气)/厌氧(铝箔包裹)反应器，接种杭州余杭污水处理厂活性污泥；2) 定期监测COD、NH₃-N、TP浓度变化；3) SEM表征MPs表面形貌演化；4) 16S rRNA测序分析微生物群落结构；5) 三维荧光光谱(EEM)解析溶解性有机物(DOM)转化。

污染物去除效率差异
好氧系统初始COD(448.82 mg/L)在第9天升至586.79 mg/L后下降，最终去除率仅51%，而厌氧系统始终维持较低水平(158.20→97.47 mg/L)。NH₃-N去除在好氧条件下出现反常积累(峰值535.29→761.33 mg/L)，表明MPs可能抑制硝化菌活性。TP去除率在两种系统中均下降20-40%，证实MPs对生物除磷的干扰。

微塑料表面演化特征
SEM显示PET在所有条件下老化最显著，表面出现密集孔洞和裂纹；PS在好氧环境中氧化速率是厌氧的2.3倍，这与自由基攻击导致的断链反应有关。PE和PP则表现出缓慢的微生物侵蚀特征，厌氧条件下表面生物膜覆盖更密集。

微生物群落响应
优势菌门变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)占比达42-58%和22-35%。好氧系统中硝化螺菌属(Nitrospira)丰度下降76%，直接导致NH₃-N积累；厌氧系统中甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)减少43%，暗示MPs抑制产甲烷途径。三维荧光光谱进一步揭示MPs促进类腐殖质物质生成，可能通过吸附水解酶阻碍代谢过程。

该研究首次阐明渗滤液处理系统中MPs的"条件依赖性降解"规律：好氧环境通过氧化应激加速PS破碎，而厌氧条件加剧PE/PP的生物膜干扰。实践意义在于指出传统生物处理工艺对MPs的局限性，为开发耦合膜生物反应器(MBR)或高级氧化的改进工艺提供靶点。特别是PET的快速老化警示需优先控制纺织废弃物入填埋场，而PS的氧敏感特性提示曝气调控可作为潜在干预手段。这些发现对完善"塑料圈"(Plastisphere)理论框架和指导渗滤液处理厂升级具有双重价值。