综述：哈萨克斯坦和中亚废水系统中的微塑料：分析方法、不确定性和研究空白的批判性综述

《Water》：Microplastics in Wastewater Systems of Kazakhstan and Central Asia: A Critical Review of Analytical Methods, Uncertainties, and Research Gaps

本综述系统评估了中亚地区废水处理厂（WWTP）中微塑料（MPs）的赋存、去除及分析方法学挑战，指出该区域数据稀缺且方法异质性高。全球数据显示，进水MPs中位浓度约65颗粒/L，经二级（中位去除率85.5%）和三级/深度处理（95.0%）后，出水可降至约2.2颗粒/L，但大部分MPs（103–105颗粒/kg DW）富集于污泥。研究强调需推动方法标准化（如<100 μm检测下限、μ-FTIR/μ-Raman鉴定）和区域监测网络建设，以支撑干旱区水环境风险管理。

　　

摘要

微塑料（MPs）作为新兴污染物，在废水系统中备受关注，废水处理厂（WWTP）既是其汇集点，也是排放源。然而，中亚地区的废水处理基础设施在相关文献中代表性不足，且全球范围内的数据综合受制于显著的方法学异质性（如采样方案、尺寸截断值、质量保证/质量控制）。这篇遵循PRISMA指南的批判性综述，汇总并协调了全球63项WWTP研究（涵盖402个基质阶段观测数据），包括来自哈萨克斯坦及其邻国的少量可用案例研究，旨在将中亚的污水处理厂置于全球背景中进行基准评估，并识别方法学和基础设施方面的差距。

1. 引言

微塑料（MPs），通常定义为尺寸小于5毫米的塑料颗粒，由于其持久性、普遍性以及吸附和传输有害化学物质和微生物的能力，已成为水生系统中普遍存在的污染物。在废水系统内，MPs经历复杂的归趋过程，WWTPs在城市塑料循环中扮演着双重角色：一方面拦截来自生活污水、工业排放和城市径流的大量MPs负荷；另一方面，又通过处理后的出水以及作为汇的污泥流（通常包含大部分截留的颗粒）成为MPs的次级来源。

尽管全球已有大量关于WWTPs中MPs的综述，但研究的地理分布极不均衡，主要集中在欧洲、东亚和北美。相比之下，包括中亚在内的发展中地区数据稀缺。在哈萨克斯坦等中亚国家，近年来才开始出现对地表水和废水系统中MPs的研究，但研究数量少、样本量小且方法不一致，阻碍了可靠的跨研究综合和区域质量平衡评估。

分析方法的差异是另一个关键挑战。从采样、前处理（如氧化或酶消化、密度分离）到检测技术（光学显微镜、显微傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）、显微拉曼光谱（μ-Raman）、热裂解-气相色谱-质谱联用（Pyrolysis-GC/MS）），每个步骤都可能引入偏差，导致不同研究间报告浓度存在数量级差异。

鉴于上述科学、分析和管理方面的空白，本综述旨在：（1）总结区域WWTPs进水、出水和污泥中MPs的赋存情况，并与全球数据集进行基准比较；（2）批判性评估限制研究间可比性和质量平衡建模的分析方法及其不确定性；（3）提出区域研究议程，优先关注协议标准化、实验室间比对和长期监测，以促进对发展中背景下MP污染的有力评估和缓解。

2. 综述方法

本综述遵循环境证据合成的既定最佳实践，结合了系统文献检索、结构化筛选标准和透明的数据提取框架，并参考了PRISMA-ScR指南以提高方法学透明度、可重复性和可追溯性。文献检索覆盖2010年1月至2025年9月，检索了Scopus、Web of Science核心合集、ScienceDirect等主要数据库，并辅以Google Scholar和中亚区域知识库（如哈萨克斯坦国家电子图书馆）以捕捉可能未被国际索引的本地出版物。

研究筛选基于预定的纳入和排除标准。纳入研究需为同行评审期刊文章、会议论文或方法可追溯的机构/机构报告；明确关注WWTP进水、出水、污泥或相关工艺流；清晰报告采样、前处理和鉴定技术；并至少提供一种定量指标（如浓度、去除效率）。最终数据集包含63项研究级记录和402项观测级记录，用于后续的比较分析。

3. 全球证据与分析挑战

3.1. 全球证据概览

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  地理分布与处理工艺：全球WWTPs的MPs研究覆盖范围以欧洲和东亚为主导，北美、大洋洲、东南亚等地也有贡献，而中亚、非洲等地区数据极少。处理工艺配置多样，约50%的记录属于“二级+三级/深度处理”，其次是“一级+二级”（约19%）和仅“二级”处理（约16%）。
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  各基质中的赋存浓度：对进水和高品质/三级出水（单位：颗粒/L）的分析显示，进水MPs浓度中位数约为64.8颗粒/L（p10–p90: 2.8–338），而出水浓度中位数显著降低至约2.2颗粒/L（p10–p90: 0.096–34.1）。数据分布通常呈长右尾，表明存在少数高值。
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  聚合物分布与颗粒形态：在所有提供聚合物鉴定的观测中，PET/PES（约72%）、PP（约64%）和PE（约60%）是主导聚合物，其次是PS（约22%）、PA/尼龙（约17%）和PVC（约9%）。纤维是主要的颗粒形态（约80%的观测），其次是碎片（约14%）。
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  平均去除效率：二级处理对MPs的中位去除效率为85.5%（IQR: 65.0–96.5%），而三级/深度处理的中位去除效率更高，达95.0%（IQR: 74.4–98.5%）。高级固液分离技术（如膜生物反应器（MBR）、快速砂滤、溶气气浮（DAF））通常能实现>95%的去除率。
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  污泥（生物固体）：污泥是MPs的主要汇集处，编译的浓度通常在10³–10⁵颗粒/kg 干重（DW）量级，远高于液相浓度。污泥中MPs的聚合物特征（PET/PP/PE为主）和形态（纤维主导）与生活污水和纺织品来源一致。当污泥进行土地利用时，MPs可能通过径流、淋溶或风蚀造成二次排放。

3.2. 分析方法与不确定性

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  采样设计与代表性：采样方案存在显著异质性，多数研究使用瞬时采样，较少采用24小时或流量比例复合采样。过滤 practices（滤网/膜材质、孔径、水力负荷）和季节性覆盖范围的差异影响了数据的代表性和可比性。
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  最小可检测尺寸（尺寸截断值）：研究报告的MPs尺寸下限存在很大差异。由于颗粒数量浓度随尺寸减小而急剧增加，不同的尺寸截断值会导致研究间浓度比较出现数量级偏差。名义截断值与有效截断值、处理截断值与分析截断值之间的模糊性也增加了不确定性。
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  分析鉴定：MPs计数主要依赖人工光学显微镜（约94%）。聚合物鉴定则以μ-FTIR为主（约66%），μ-Raman为辅（约24%）。不同技术对尺寸和对比度的探测能力不同，影响了观测到的聚合物谱和细小MPs的检出。
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  回收率与QA/QC实践：在编译的研究中，空白实验的报告率较高（约92%），但加标回收率（约37%）和方法检测限/定量限（LoD/LoQ，约22%）的报告率较低。QA/QC报告的不足是研究间不确定性的主要来源之一。

4. 区域综述：哈萨克斯坦与中亚

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  区域WWTP基础设施与MPs持久性：中亚地区的废水处理以苏联时期遗留的传统活性污泥法（CAS）和稳定塘系统为主，三级或深度处理工艺（如过滤、膜技术）部署不均。这种基础设施状况限制了细微颗粒物的去除，可能导致细小纤维和碎片逃逸。
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  厂界外证据（河流、湖泊）与聚合物谱：尽管直接的WWTP质量平衡研究稀缺，但环境调查显示，在接纳市政排放的河流和湖泊中普遍检测到MPs，其聚合物谱（PET/PE/PP为主）和形态（纤维主导）与废水来源一致。
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  处理工艺、升级与预期去除效率：全球证据表明，增加三级过滤（如盘式过滤器、快速砂滤、DAF）或膜过程（MBR）可显著提高MPs去除效率。在中亚，虽然个别城市设施已进行升级，但整体上三级/深度处理覆盖率低，这意味着在现有主流处理配置下，WWTPs很可能仍是内陆水体的MPs点源。
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  标准化与纵向数据的必要性：中亚现有的证据零散且方法学异质性高，阻碍了跨研究比较。采用标准化协议（如<100 μm尺寸截断、μ-FTIR/μ-Raman确认、严格的QA/QC）和开展纵向监测对于获得可靠数据和评估升级效果至关重要。

5. 比较分析

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  全球背景下的中亚WWTP微塑料：当在相似的尺寸窗口下进行比较时，中亚WWTPs的进水MPs浓度处于全球四分位数范围内。然而，出水水质主要取决于处理工艺等级：仅配备二级处理的厂，其出水浓度倾向于处于全球分布的上半部分；而配备三级或膜处理的厂，其出水浓度则可达到全球较低的分位数水平。这表明绩效差异更多源于基础设施和分析方法的差异，而非环境本底负荷的不同。
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  接纳WWTP出水的河流：中亚与全球案例比较：中亚河流中报告的MPs浓度（使用≥0.15–0.33 mm截断值）和聚合物特征（PET/纤维主导）与全球受WWTP影响的河段报告结果相似。水力稀释、采样设计（瞬时vs复合）以及尺寸截断值的差异是影响观测到的下游增量效应和绝对浓度值的关键因素。

6. 研究空白与区域优先事项（2025–2030）

为弥合中亚地区与全球研究水平的差距，未来5-10年的优先事项应包括：

1. 1.
   协议标准化：采用与ISO/JRC等国际指南一致的标准化方法，明确<100 μm的尺寸目标和完善的QA/QC。
2. 2.
   改进监测设计：从瞬时采样转向时间/流量比例复合采样，并开展协调的河流上下游断面监测。
3. 3.
   能力建设：建立区域参考实验室，组织实验室间比对，管理光谱库。
4. 4.
   扩大监测范围：增加对三级/深度处理厂的监测，以量化区域在匹配方法下的绩效提升。
5. 5.
   模型集成：将监测数据与水动力和归趋模型结合，进行情景分析和政策支持。
6. 6.
   谨慎推进自动化：在充分验证的前提下，逐步应用半自动/自动分析流程以提高效率。

7. 结论

本综述表明，当前关于中亚WWTPs中MPs的证据仍然有限且方法多样。WWTPs是MPs的关键拦截点和持续排放源。污泥是主要的内部汇，其管理（尤其是土地利用）至关重要。与全球基准相比，中亚地区的绩效差异主要源于处理工艺等级和分析方法的差异。推动方法标准化、加强区域监测网络和能力建设，是支撑中亚地区水资源管理和风险管控的科学基础。需要注意的是，本综述的结论受到区域实证数据稀缺、全球数据地理分布不均以及方法学异质性等限制。