废弃物处理设施来源的 PM2.5 结合的塑料与橡胶聚合物：发生概况及阻燃剂共同暴露证据

《Journal of Hazardous Materials》：PM 2.5-bound Plastic and Rubber Polymers from Waste Treatment Facilities: Occurrence Profiles and Evidence of Co-Exposure to Flame Retardants

　　

摘要

大气PM_2.5结合态的塑料和橡胶聚合物日益被视为新兴污染物，引发人们对吸入暴露和潜在健康影响的担忧，但其在废物处理设施的分布情况仍缺乏充分认识。本研究采用热解-气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS），对来自四个废物处理设施（垃圾填埋场、垃圾焚烧厂、塑料再生厂和污水处理厂）以及一个城市对照点的PM_2.5样品中12种目标聚合物进行了定量分析。目标聚合物总浓度的中位数依次为：塑料再生厂（8560?ng/m³）> 垃圾填埋场（964?ng/m³）> 垃圾焚烧厂（930?ng/m³）> 污水处理厂（646?ng/m³）> 城市对照点（520?ng/m³）。聚丙烯（PP）在塑料再生厂中占主导地位（28-56%），而聚乙烯在其他地点占主导（39-83%）。塑料再生厂车间空气中Σ₁₄HFRs的浓度为5.07至12.9?ng/m³，与PP呈显著正相关（r = 0.75–0.86，p < 0.05），表明二者在车间空气中共同存在。PM_2.5结合态目标聚合物对车间工人的估算吸入摄入量（49.7–151?μg/day）显著高于一般人群，表明存在较高的职业吸入暴露风险。这些发现揭示了不同设施间大气聚合物分布特征的差异，以及塑料相关化学物质的潜在协同暴露问题，为废物处理设施开展针对性监测和职业暴露管理提供了依据。

引言

随着全球塑料消费量和废弃量的快速增长，塑料污染已成为一项紧迫的环境挑战[1]、[2]。填埋、焚烧和回收是含塑料废弃物主要的处置途径[3]、[4]。塑料可通过机械磨损、热过程和老化管理降解为越来越小的颗粒，包括微塑料和纳米塑料，通常被称为大气微塑料和纳米塑料[5]、[6]。特别是与PM_2.5相关的含塑料颗粒可深入呼吸道并沉积在肺泡区域[7]。其较大的比表面积可能促进有毒污染物的吸附和传输，带来额外的健康风险[8]、[9]。

废物处理设施日益被认为是空气传播塑料颗粒的重要来源[4]、[10]。塑料再生厂中的机械加工过程可能产生空气传播的塑料碎片[11]、[12]，而垃圾填埋场作业可将塑料碎片以扬尘形式释放到空气中[13]，垃圾焚烧厂的不完全燃烧可能通过烟气排放细塑料颗粒[14]、[15]。在污水处理厂中，曝气过程被认为是塑料颗粒从水体转移至空气的可能途径[16]、[17]。然而，跨废物处理设施的PM_2.5结合态塑料聚合物的特定聚合物质量浓度和组成谱系仍缺乏充分描述。因此，本研究采用特定聚合物质量定量方法来实现在不同设施类型之间的直接比较。

此外，卤代阻燃剂（HFRs）等塑料添加剂被广泛添加到聚合物材料中[18]，并可能在塑料的生产、加工和环境降解过程中与塑料颗粒一同释放[19]。新兴证据表明，塑料可与这些添加剂共同存在于环境介质中，或作为其载体[20]、[21]，提示塑料聚合物与相关化学物质之间存在潜在相互作用。在塑料添加剂中，HFRs因其常被纳入聚合物产品而受到特别关注。这些化合物在室内和室外环境中均有广泛报道，其持久性及对环境和人体健康的潜在不利影响引发了担忧。然而，大气中塑料聚合物与HFRs之间的关系，尤其是它们的协同排放机制和耦合污染行为，仍然缺乏深入了解。

已有多种分析技术被用于研究大气塑料颗粒。光谱方法，包括显微傅里叶变换红外光谱（micro-FTIR）和拉曼光谱，可提供粒子水平的有价值信息，如形态、粒径和聚合物种类[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。热解-气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）可提供特定聚合物的质量定量分析，并越来越多地应用于环境微塑料分析[28]、[29]、[30]。尽管Py-GC/MS不能提供粒径信息，但它可以定量测定聚合物质量浓度，因此本研究中采用该方法来评估大气塑料聚合物负荷并比较不同采样点的浓度。

因此，本研究旨在：(i) 表征所选废物处理设施中PM_2.5结合态塑料和橡胶聚合物的分布及其组成特征；(ii) 识别大气塑料聚合物浓度偏高的设施；以及(iii) 调查塑料再生厂PM_2.5中塑料聚合物与HFRs的共同存在情况，并评估对PM_2.5结合态塑料和橡胶聚合物的潜在职业吸入暴露。本研究提供了所调查废物处理设施大气PM_2.5结合态塑料和橡胶聚合物的现场观测数据，有助于改善对其分布特征和潜在职业暴露问题的理解。

章节摘要

采样活动与样品采集

本研究调查了四类废物处理设施：垃圾填埋场（LF）、垃圾焚烧厂（WIP）、塑料再生厂（PRP）和污水处理厂（WWTP）。此外，选取位于中国广州市南沙区的一个城市对照点作为与非设施类城市条件进行对比的参考，详细场地信息汇总于表S1。

对于垃圾填埋场，在工作区（LF-W，n = 5）和生活区（LF-L，n =

PM_2.5结合态目标聚合物分布谱

在PM_2.5中定量检测的12种目标聚合物的总质量浓度在所调查的设施间差异显著，顺序为：塑料再生厂（中位数8560?ng/m³；范围4930–15000?ng/m³）> 垃圾填埋场工作区（964?ng/m³；713–1370?ng/m³）> 垃圾焚烧厂（930?ng/m³；552–1040?ng/m³）> 污水处理厂（646?ng/m³；402–996?ng/m³）> 南沙区（520?ng/m³；446–591?ng/m³）（图1，表S11-S14）。中位数浓度相差约一个数量级

结论

本研究对四类废物处理设施的大气PM_2.5结合态塑料和橡胶聚合物进行了调查，并以城市对照点作为对比。目标聚合物总浓度在所调查的采样点间存在差异，其中塑料再生厂车间的最高，其次是垃圾填埋场工作区和垃圾焚烧厂，而污水处理厂的浓度与对照点相近。聚合物组成

环境意义

本研究提供了废物处理设施大气PM_2.5结合态塑料和橡胶聚合物的基于现场的证据。所调查塑料再生厂的车间显示出最高的目标聚合物大气浓度，在所调查条件下构成了一个局部热点。这些升高的浓度可能与回收活动相关。卤代阻燃剂与目标聚合物在车间空气中的共同存在表明

CRediT作者贡献声明

赵世镇（ZHAO SHIZHEN）： 写作——审阅与编辑、监督、资源获取、项目管理、调查、资金获取、概念构思。何坤（Kun He）： 写作——原稿撰写、可视化、调查、数据管理。陈多宏（Duohong Chen）： 资源获取。Abdul Qadir： 资源获取。张甘（Gan Zhang）： 写作——审阅与编辑、监督、概念构思。马建初（Jianchu Ma）： 方法论、调查。田乐乐（Lele Tian）： 验证、方法论、调查。赖森超（Senchao Lai）： 资源获取。李军（Jun Li）： 资源获取。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知经济利益冲突或人际关系。

致谢

本研究受中国科学院战略先导专项（XDB1560201）、国家自然科学基金（42473070）、广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515020067和2023B0303000007）以及广州市基础与应用基础研究计划（2025A04J7204）资助。作者感谢所有参与现场采样和后勤支持的参与者。

何坤|赵世镇|马建初|田乐乐|赖森超|李军|陈多宏|Abdul Qadir|张甘

中国科学院广州地球化学研究所先进环境技术重点实验室，中国广州 510640