城市生活垃圾填埋场渗滤液中微塑料与重金属的污染潜力

《Environmental Research》：Polluting potential of microplastic and heavy metals in landfill leachate of an urban municipal solid waste disposal site

　　**摘要**• 浸出液中的微塑料丰度范围为110 ± 23至465 ± 22个/L• 以小型（100-1000μm）碎片状和纤维状微塑料为主（>70%）• 聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP）（67%至82%）是主要的微塑料聚合物类型• 浸出液颗粒相中的重金属与聚乙烯之间存在正相关关系• 垃圾填埋场中的微塑料作为有毒重金属的载体，向周围环境迁移---## 引言塑料污染已成为人类面临的最具威胁性的环境挑战之一，其成因包括广泛使用、高化学稳定性、废物管理不足以及在环境中具有持久性。根据国际自然保护联盟（IUCN）的最新估计，全球每年生产46000万吨塑料，其中近2000万吨作为垃圾进入环境（IUCN, 2024）。相当大一部分最终累积在垃圾填埋场中，约占全球塑料废弃物的21%-42%（Golwala et al., 2021; Lin et al., 2023）。填埋场中的塑料废物会经历多种转化过程，如热降解、好氧和厌氧生物降解以及氧化还原反应，这些过程会破坏较大的塑料颗粒，从而形成微塑料（<5mm）（Silva et al., 2021）。微塑料现已被认为是具有全球威胁的新兴污染物，可定义为具有规则或不规则形状、尺寸从1μm到5mm的合成固体塑料颗粒或聚合物基体（Frias and Nash 2019; Cao et al., 2021; Song et al., 2024）。微塑料已成为严重的环境和健康问题，因为其已在所有环境区室中被检测到，包括土壤、海洋和淡水生态系统、极地冰盖、动植物以及人类（包括胎盘、大脑、母乳、精液等）（Schwabl et al., 2019; Garrido et al., 2020; Ragusa et al., 2022; Baroni et al., 2025; Owais et al., 2025）。微塑料通过受污染的环境进入人体后，可导致动脉斑块的形成，进而因血栓形成引发中风和心脏病（Rahman et al., 2021）。因此，对所有潜在来源进行全面调查对于有效应对微塑料污染带来的挑战至关重要。在微塑料污染的来源中，垃圾填埋场浸出液被确定为一种潜在来源，它被认为是被忽视的微塑料污染来源之一，近年来才引起科学界的高度重视（Ghosh et al., 2017; Silva et al., 2021; Kabir et al., 2023; Sun et al., 2024）。微塑料越来越多地被确认为各种有毒污染物的载体，如重金属、有机化合物、持久性有机污染物（POPs）、增塑剂和抗生素，从而提高了其毒性（Liu et al., 2021; Fu et al., 2021; Chen et al., 2023; Jarf et al., 2024; Chamanee, 2024）。这些化学物质中的大多数并非以共价键结合在塑料上，因此能够从微塑料中浸出到周围环境中（Seewoo et al., 2024）。在这些有毒污染物中，重金属是微塑料上最突出的无机污染物，原因在于其持久性、吸附特性以及低生物降解性（Khalid et al., 2020; Arshad et al., 2023）。微塑料独特的表面特性，即孔隙率、高比表面积和疏水性，使其能够作为重金属和其他污染物的载体（Caruso et al., 2019; Maguire et al., 2023; Chen et al., 2024）。这种载体效应增加了重金属的移动性、生物有效性以及远距离传输能力，特别是在接受垃圾填埋场浸出液的水生和陆地生态系统中。鉴于其对降解的抵抗性以及在环境中的长存留时间，微塑料与重金属的联合效应和潜在的协同效应代表着日益增长的环境和公共卫生问题。垃圾填埋场是环境中重金属和微塑料的主要污染热点之一（Kabir et al., 2023）。来源于垃圾填埋场浸出液的微塑料具有异质性特征，包括药物、含微珠的个人护理用品，以及大型微塑料（如购物袋、包装材料、日用品等）的分解产物，其分解过程涉及温度变化（60至70°C）、pH值变化（4.5至9）、微生物降解以及由于物理应力和压实作用导致的风化（Silva et al., 2021）。尽管微塑料作为污染物载体的作用日益受到关注，但聚焦于垃圾填埋环境中微塑料-重金属复合体的研究仍然有限（Rahman et al., 2023; Wu et al., 2024; Chen et al., 2024），尤其是在与水生和陆地环境相比时（Deng et al., 2020; Rahman et al., 2025; Hasan et al., 2025; Wang et al., 2025; Salehi et al., 2025; Oni et al., 2026; Zhang et al., 2023）。管理不当的垃圾填埋场是微塑料和其他污染物进入环境的主要来源。高度污染的垃圾填埋场浸出液是微塑料及相关污染物释放到地表水和地下水中的重要途径，导致生物积累/生物放大，并对生态系统和人类健康产生潜在影响。然而，快速的城市化导致了维护不良的垃圾填埋场的大量增加，特别是在发展中国家，加剧了环境污染风险。在此背景下，本研究通过系统鉴定和表征，评估城市垃圾填埋场浸出液中微塑料的污染潜力，评估微塑料上重金属的存在情况，采用综合分析方法，并根据其化学成分评估相关风险。该研究将有助于建立微塑料风险评估框架和管理措施。本研究的重要性在于，垃圾填埋场是微塑料与重金属共同出现的关键但研究不足的热点区域，对水资源和人类健康构成新兴风险。其理论依据在于填补垃圾填埋场浸出液中微塑料-重金属相互作用的明显知识空白，这方面的研究远少于水生或陆地系统。本研究对垃圾填埋场浸出液中微塑料特征、聚合物组成、相关重金属及其潜在生态风险进行了综合评估。通过将显微分析和光谱表征与SEM-EDS分析、统计评估及生态风险评估相结合，该研究提供了垃圾填埋环境中微塑料-金属关联的场地特异性见解。本研究的创新之处在于同时表征垃圾填埋场来源的微塑料并量化其相关重金属，从而提供了污染物迁移转化的过程层面见解。研究结果为提高垃圾填埋场管理水平、浸出液处理策略和基于风险的环境政策制定提供了科学依据。---## 各章节摘要### 研究区域与采样方法浸出液样品采集自位于喀拉拉邦北部科泽科德市的Njeliyanparamba垃圾填埋场，科泽科德是印度人口最密集的沿海城市之一。Calicut市面积2345平方公里，人口密度为每平方公里1316人，55%的人口居住在城市地区（Chitra et al., 2016）。Njeliyanparamba垃圾填埋场每天处理约100吨城市固体废物，并累积了15年的历史废物。浸出液样品——### 结论本研究调查了城市固体废物处置场产生的微塑料和重金属的污染潜力，得出以下结论。结果表明，浸出液中微塑料的丰度范围为110 ± 23至465 ± 22个/L，主要由小型（100-1000μm）、透明和蓝色碎片组成。碎片状和纤维状微塑料颗粒的主导地位（>70%）表明存在二次微塑料。其中——### CRediT作者贡献声明**N.S. Magesh：** 写作——审阅与编辑、验证、监督。**U. Surendran：** 写作——审阅与编辑、监督。**SHEEBA VILAMBUKATTU APPUKUTTAN PILLAI：** 写作——审阅与编辑、写作——原稿撰写、可视化、验证、软件、方法学、调查研究、资金获取、形式分析、数据整理、概念构思### 未引用参考文献Bhaumik and Chakraborty, 2024; Browne et al., 2008; Caruso, 2019; Chen et al., 2017; Chithra et al., 2016; Cózar et al., 2014; De Sá et al., 2018; Di and Wang, 2018; Fonte et al., 2016; Ghosh et al., 2017; Godiya and Park, 2022; Hasan and Tarannum, 2025; Huang and Xu, 2022; Khalid et al., 2021; Lin et al., 2023; Luís et al., 2015; Maguire and Gardner, 2023; Rossi et al., 2015; Sekar and Sundaram, 2023; Sleight et al., 2017; Temel, 2025; Tirkey and Upadhyay, 2021; Vo et al., 2024; Zhang et al.,### 数据可用性数据可根据要求提供。### 资助本研究得到了喀拉拉邦高等教育委员会（KSHEC）首席部长新喀拉拉博士后计划（喀拉拉邦政府）的资助，研究项目为"利用生物膜从废水处理厂去除微塑料-重金属复合持久污染物的新方法"（命令编号：KSHEC-A3/344/Govt.Kerala-CMNPF Batch 2/2023）。第一作者感谢他们的支持。我们同样衷心感谢材料研究中心——### 利益冲突声明作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Sheeba V.A.通过喀拉拉邦高等教育委员会（KSHEC）（喀拉拉邦政府）提供的首席部长新喀拉拉博士后奖学金获得资金支持。其他作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响所报告的工作。### 致谢作者感谢喀拉拉邦高等教育委员会（KSHEC）（喀拉拉邦政府）的首席部长新喀拉拉博士后计划批准了博士后奖学金研究项目。此外，感谢喀拉拉邦科学和技术促进局——水资源开发与管理中心（CWRDM），科泽科德分中心，感谢其对项目的支持和 fellowship 资金管理。特别感谢材料表征中心（CMC）——