城镇污水处理厂微塑料去除效能评估与环境排放特征解析

本研究系统评估了五种不同工艺污水处理厂(WWTPs)对微塑料(MPs)的去除效率，采用标准化TD-GC/MS方法定量分析了PE、PP、PS等六类聚合物在进出水中的分布特征。研究发现MBR和三级过滤工艺可实现>99%的MPs去除率，但每日仍排放超100克MPs至水体，揭示了污水处理厂作为MPs二次污染源的重要环境风险。

　　

塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。自1950年以来，全球塑料产量从每年200万吨激增至4.5亿吨，其中大量塑料废弃物通过降解形成粒径1-5000微米的微塑料(MPs)进入环境。这些微小颗粒不仅本身具有生态毒性，更可作为重金属、持久性有机污染物和病原体的载体，通过食物链威胁人类健康。近期研究甚至发现MPs能穿透人体血管屏障，与心血管疾病发病风险显著相关。城镇污水处理厂(WWTPs)作为拦截MPs的重要防线，虽能去除90%以上的进水MPs，但每日仍有公斤级MPs通过出水排放，且污泥农用可能导致二次污染。目前欧盟虽出台2019/904指令限制原生MPs，但对次级MPs的监管仍存在方法学瓶颈。

为系统评估不同处理工艺对MPs的去除效能，研究人员选取五座典型污水处理厂（包括传统活性污泥CAS、移动床生物膜反应器MBBR、三级过滤及MBR组合工艺），建立基于热脱附气相色谱-质谱(TD-GC/MS)的标准化分析方法。研究创新性地采用串联过滤系统（300/10/2 μm）实现原位采样，结合芬顿氧化和密度分离的前处理方法，定量分析了PVC、PE、PP等六类聚合物的质量浓度分布。

关键实验方法包括：1) 24小时连续采样系统配合三级不锈钢滤芯(300-2 μm)分级捕获MPs；2) 芬顿反应(30% H₂O₂+FeSO₄·7H₂O)联合ZnCl₂密度分离(1.7-1.8 g/cm³)提纯样品；3) TD-GC/MS通过特征降解产物（如PE的1-十四烯、PS的苯乙烯）进行聚合物鉴定与定量。

研究结果揭示：

3.1.1 CAS工艺显示传统活性污泥系统对2-5000 μm MPs具有意外高效的99%去除率，出水中PE占残余MPs的68%，主要分布于10-300 μm区间。

3.1.2 MBBR工艺中PE基生物载体出现磨损现象，导致出水PE占比达69%，虽总体去除率达97%，但生物塑料的持续检出表明其抗生物降解特性。

3.1.3 三级过滤中，不锈钢滤膜(5 μm)展现99.6%的最高去除效能，而堆布滤料因反冲洗导致MPs净增加9%，揭示滤料自身可能成为二次污染源。

3.1.4 CAS/MBR组合工艺证实MBR线出水MPs浓度(3.2 μg/L)仅为传统线(6.7 μg/L)的一半，但中空纤维膜潜在老化导致10-300 μm颗粒占比异常升高至38%。

3.2 排放因子计算显示，规模最大的WWTP1每日处理8.8 kg MPs但人均排放仅0.2 mg/PEq·天，而农业区WWTP4因进水MPs负荷高达296.8 mg/PEq·天，即便采用不锈钢过滤仍排放8.3 mg/PEq·天。

结论部分强调三个关键发现：1) MBR和精密过滤虽能实现>99%去除率，但工艺组件（如MBBR载体、滤膜）的自身降解可能抵消部分效益；2) 按质量计300-5000 μm MPs占进水主导(42-57%)，但2-10 μm颗粒在出水中的比例显著增加(19-33%)，暗示数量级风险被低估；3) 污泥对MPs的富集作用使污泥处置成为不可忽视的排放路径。该研究为欧盟2023/2055法规的落地提供了关键数据支持，建议未来研究应整合光谱技术以补充TD-GC/MS在粒径分析方面的局限，并重点关注1-2 μm超细颗粒及纳米塑料的环境行为。论文发表于《Journal of Cleaner Production》，为污水处理厂工艺优化与MPs监管提供了方法论框架和基准数据。