基于铁磁流体辅助磁分离技术的污水处理厂微塑料去除研究

针对传统污水处理厂(WWTP)无法完全去除微塑料(尤其是微纤维)的难题，本研究创新性地采用铁磁流体辅助磁分离技术，探究了不同食用油作为载液对微塑料的去除效率。结果表明，棕榈油载液在合成介质中对微塑料的去除率超过99%，实际洗衣废水和WWTP二级出水中微纤维去除率分别达98.6±1.2%和92.5±1.6%，为微塑料污染治理提供了高效、环保的新方案。

　　

随着时尚产业和消费模式的快速发展，全球每年产生9200万吨纺织品废弃物，预计2030年将增至1.34亿吨。更令人担忧的是，一次聚酯衣物洗涤可释放70万根微纤维，这些微塑料(1-5000 μm)通过洗衣废水进入污水处理系统，最终流入自然环境。尽管传统污水处理厂(WWTP)对微塑料的去除率可达98.4%，但以英国格拉斯哥某厂为例，其每日仍排放6500万颗微塑料，凸显现有技术的局限性。

印度理工学院马德拉斯分校的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表论文，首次系统评估了铁磁流体辅助磁分离技术对微纤维的去除效能。研究采集印度金奈某WWTP不同处理阶段的废水样本，结合实验室模拟实验，发现棕榈油作为载液时对合成介质中微塑料去除率超99%，微纤维在洗衣废水和二级出水中的去除率分别达98.6±1.2%和92.5±1.6%。

关键技术包括：1) 采用μ-FTIR(微傅里叶变换红外光谱)分析玻璃纤维滤膜上的微纤维聚合物组成；2) 比较花生油、葵花籽油、椰子油、米糠油和棕榈油五种载液的性能；3) 测试实际洗衣废水和WWTP二级出水(样本量1-6 L)的处理效果；4) 研究磁铁矿浓度对聚氯乙烯(PVC)微塑料去除的影响。

【研究结果】
^{Abundance and removal efficiency of microfibers in different stages of the WWTP}
WWTP进水微纤维平均浓度达139.8±110 MF/L，经处理后降至6.38±6.63 MF/L，总去除率93.7±5.48%。按日处理1百万升估算，该厂每日仍排放约600万根微纤维。

^{Ferrofluid optimization experiments}
棕榈油载液对聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和棉微纤维的合成样品去除率达100%，实际废水中的效率略有下降。磁铁矿浓度显著影响PVC微塑料的分离效果。

^{Polymer characterization}
μ-FTIR分析显示，WWTP各处理阶段微纤维的聚合物组成存在显著差异，合成纤维占比随处理流程递减，天然纤维表现出更强环境持久性。

【结论与意义】
该研究首次证实铁磁流体技术对微纤维的高效去除能力，特别是解决了传统方法难以处理的<1 μm颗粒物问题。相比电絮凝(易受阳极钝化影响)、微生物降解(45天仅降解12%)和膜过滤(存在二次污染风险)，该方法具有能耗低(<0.5 kWh/m³)、无污泥副产物、操作简单等优势。研究团队特别指出，应考虑天然/半合成微纤维的环境毒性，未来需开发针对混合纤维的广谱去除方案。这项成果为WWTP升级改造提供了关键技术支撑，对实现联合国可持续发展目标(SDG)6"清洁饮水和卫生设施"具有重要实践价值。