水热碳化技术同步去除污泥中聚乙烯微塑料与痕量有机污染物的效能与机制研究

针对污水污泥中聚乙烯微塑料(MPs)和痕量有机污染物(TrOCs)的环境风险问题，加拿大研究团队创新性采用水热碳化(HTC)技术，在220°C/3h条件下实现71% MPs去除率并完全降解TrOCs，为低能耗污泥处理提供新策略。

　　

随着全球污水处理厂每年产生数亿吨污泥，这些"副产品"正成为微塑料(MPs)和痕量有机污染物(TrOCs)进入环境的重要通道。研究表明，每千吨污泥可富集6.44×10⁸-1.67×10¹²个MPs颗粒，而TrOCs如卡马西平、咖啡因等更可能通过食物链威胁生态健康。传统处理方法如膜过滤易堵塞、化学混凝产生二次污染，高温热解又面临能耗瓶颈。加拿大自然科学研究与工程委员会(NSERC)资助团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，开创性地将水热碳化(HTC)技术应用于氧化沟污泥(ODS)和好氧塘污泥(ALS)处理。

研究采用工业级ODS和ALS样本，通过控制温度(180-220°C)和时间(0.5-3h)变量，结合显微形貌分析和液相色谱检测，系统评估HTC对聚乙烯MPs和TrOCs的去除效能。形态学观察发现亚临界水环境导致MPs表面蚀刻和结构瓦解，而TrOCs则通过高温分解实现完全降解。

【微塑料的水热碳化去除】章节显示，220°C处理3h使ODS和ALS中MPs去除率分别达71%和72%，统计学分析证实温度与时间对去除效率具有显著影响(p<0.05)。电镜观察发现残留MPs出现孔洞和裂纹，证实HTC通过物理破坏和化学降解双重机制发挥作用。

【痕量有机污染物的归趋】部分指出，初始ODS中咖啡因固相浓度高达16.34μg/g，ALS中卡马西平达19.96μg/g。经HTC处理后，所有TrOCs在固液两相均未检出，表明该技术对包括药物残留、塑化剂等各类TrOCs具有广谱去除能力。

结论部分强调，HTC在180-250°C低温区间即可同步实现MPs减量和TrOCs降解，相比需要300-700°C的 pyrolysis（热解）技术节能显著。该研究不仅证实HTC能有效阻断污泥农用导致的污染物扩散，其生成的 hydrochar（水热炭）还可资源化利用，为发展"以废治废"的循环经济模式提供科学依据。值得注意的是，研究首次针对最难降解的聚乙烯MPs和原生TrOCs复合污染体系给出解决方案，填补了该领域技术空白。