《Process Safety and Environmental Protection》：Microplastics in Hydrologically Connected Himalayan Urban Lakes: Occurrence, Potential Sources, Wastewater Emissions and Human Exposure
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摘要本研究对西北喜马拉雅地区水文相连湖泊中微塑料的出现情况、丰度、空间分布、污水排放负荷、生态风险及人体暴露风险进行了基线综合评估。采用显微镜、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱（SEM/EDS）对地表水和污水样本进行了分析，以表征微塑料的丰
摘要
本研究对西北喜马拉雅地区水文相连湖泊中微塑料的出现情况、丰度、空间分布、污水排放负荷、生态风险及人体暴露风险进行了基线综合评估。采用显微镜、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱（SEM/EDS）对地表水和污水样本进行了分析，以表征微塑料的丰度、尺寸分布、聚合物组成和表面形貌。来自多个潜在点源和面源的污水排放表明，达尔湖（Dal Lake）的地表水中微塑料丰度（中位数 = 7,600 MPs/m3，四分位距 = 6,250 MPs/m3）高于尼琴湖（Nigeen Lake）（中位数 = 2,525 MPs/m3，四分位距 = 3,450 MPs/m3）。这导致与聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）、聚丁二烯（PBD）和聚酰胺（PA）等有害聚合物相关的生态风险升高，其污染危害指数（PHI）为（中位数 = 473.16，四分位距 = 1407.73），潜在生态风险指数（PERI）为（中位数 = 103.12，四分位距 = 299.98），将达尔湖置于低至高风险类别。而尼琴湖的评估则表明存在低至中等生态风险。对污水处理厂（WWTPs）的工艺评估显示，移动床生物膜反应器（MBBR）系统的微塑料去除效率（92.3%）高于序批式活性污泥反应器（SBR）系统（85.5%）（t = 2.663，df = 12.81，p = 0.020）。尽管去除效率较高，三座MBBR工厂和一座SBR工厂分别向受纳湖泊排放了约1.07亿和7800万个颗粒/天。这些发现首次提供了对水文相连的喜马拉雅湖泊中潜在来源特异性微塑料途径、污水排放及相关生态风险的定量综合评估。
引言
微塑料（MPs）在全球范围内的扩散已被公认为水环境中一种广泛存在的新型污染物问题，包括受关注程度不及海洋生态系统的水生淡水系统（Bexeitova等，2024；Jaikumar等，2025）。已有研究报告了微塑料几乎存在于每一个环境介质中，如高海拔冰川（Dar和Gani，2025）、湖泊和河流（Salikova等，2024）、大气（Luo等，2025）、地下水（Zhang等，2025）以及深海生态系统（Mossotto等，2025），表明塑料污染的普遍性。特别是湖泊，由于其有限的冲刷速率、高水文滞留性、强分层作用、与有机物的聚集、持续受到流域输入和本地人类活动的影响，长期充当微塑料的汇聚体，尤其是与其他淡水系统相比（Barone等，2024；Chen等，2024a）。研究表明，淡水湖泊中的微塑料丰度可以与近岸海水报告的丰度相当甚至更高，表明湖泊环境在全球微塑料循环中发挥着重要作用（Guo和Abolfathi，2024；Mahidev等，2024）。尽管亚洲通过其河流系统将大部分塑料垃圾从陆地输送到海洋，但它仍然是微塑料污染研究最少的地区之一（Lin等，2024）。在全球研究努力中，印度仅占已发表的淡水生态系统微塑料污染研究的约4%（Kye等，2023）。为了理解微塑料在水生生态系统中的行为和输运动力学，识别促进其从源头向汇体转移的潜在途径和机制至关重要（Guo和Abolfathi，2024）。
微塑料通过包括初级和次级来源在内的多种途径进入淡水系统。污水处理厂（WWTPs）被认为是主要的贡献者之一，因为它们靠近受纳水体并持续排放处理后的尾水，使其成为水环境中微塑料污染的重要贡献者（Ali等，2021；Menéndez-Manjón等，2022）。尽管污水处理厂并非专门针对微塑料去除而设计，但它们可以通过集成工艺截留一部分微塑料，使大量微塑料通过（Komorowska-Kaufman和Marciniak，2024）。微塑料的去除效率也可能在不同处理技术之间有所差异，如移动床生物膜反应器（MBBR）和序批式活性污泥反应器（SBR），因为反应器构型、水力条件和生物质分离在不同系统之间有所不同，这可能影响微塑料的滞留（Miino等，2024）。因此，比较这些技术的微塑料去除性能可以提高对其在限制微塑料向淡水环境排放中所起作用的理解。污水处理厂还将各种类型的微塑料聚合物释放到水生生态系统中（Rico等，2023）。除了污水处理厂外，暴雨径流、洗衣废水、城市排水管网、大气沉降和固体垃圾的直接倾倒也是重要来源，特别是在人口稠密和废物管理不足的城市（Niu等，2024；Sewwandi等，2024）。然而，周围有旅游区和划船活动的湖泊还可能从绳索、油漆、渔具和废弃包装中进一步接收微塑料（Islam等，2024）。
湖泊系统中微塑料的环境行为受水动力学和地球化学过程的控制，这些过程与流水（lotic）环境中的过程不同。在温带单周期湖泊中，季节性分层和混合会在水柱中垂直和水平地重新分布颗粒（Sajad等，2024），而风力驱动的再悬浮、娱乐活动和间歇性流入事件可以重新移动先前沉积的微塑料，产生瞬态次级来源（He等，2021）。欧洲和亚洲湖泊的比较研究表明，聚合物密度、颗粒形态和场地特异性水文条件强烈控制沉降行为和沉积通量（Procop等，2024；Yang等，2022）。这些发现表明，静水系统不仅仅作为被动汇体，而是作为动态环境，其中水文、生物和人类过程影响微塑料的出现和空间分布。
就喜马拉雅湖泊而言，快速城市化、旅游业扩张和流域退化逐步加剧了严重的环境压力。该地区以往的研究已报道了地表水、沉积物和生物体中微塑料的存在，但主要集中在单个环境介质或特定污染源上，如洗衣废水和暴雨径流（Bhat和Gani，2024；Nazir等，2024；Shafi等，2025；Yaseen等，2025）。因此，对水文相连湖泊系统中多个潜在点源和面源途径对微塑料出现和空间分布的综合评估仍然知之甚少。然而，在现有科学文献中，将污水处理性能、微塑料排放负荷、聚合物特异性生态危害和人体暴露整合到单一研究中的情况仍然有限。这一知识空白在达尔湖和尼琴湖尤为明显，它们构成了北喜马拉雅地区社会生态最重要的淡水系统之一。
然而，在区域和全球尺度上，目前的研究并未充分考虑来自多个点源和面源的微塑料的综合影响，如采用移动床生物膜反应器（MBBR）和序批式活性污泥反应器（SBR）技术的污水处理厂、非并网定居点、商业房屋船、住宅浮动社区、传统社区洗衣场（dhobighats）、医院废水和密集的与旅游相关的岸线活动。在这些复杂条件下缺乏综合评估限制了我们理解水文相连湖泊生态系统中微塑料的出现、空间分布和潜在途径。为弥补这些空白，本研究旨在：(i) 调查微塑料的出现、丰度和空间分布，(ii) 评估多个潜在点源和面源途径的影响，(iii) 估算MBBR和SBR技术的污水处理厂排放和去除效率，(iv) 评估聚合物特异性生态危害和潜在人体暴露。
章节摘要
研究区域
达尔湖（Dal Lake，34°07′N，74°52′E）和尼琴湖（Nigeen Lake，34°07′N，74°50′E）是位于印度查谟和克什米尔地区斯利那加的城区湖泊。它们是北喜马拉雅地区最重要的淡水湖泊之一（图1）。这些湖泊水文相互连通，被分类为温带单周期湖泊。达尔湖面积约25.76平方公里，开阔水域面积约为10.5平方公里，而尼琴湖面积为2.5平方公里。这些湖泊的集水区总面积
微塑料的出现、丰度和空间分布
观测到的微塑料浓度在两个相连湖泊之间表现出明显的空间分布（图S5）。达尔湖记录的浓度中位数为7,600 MPs/m3，四分位距为6,250 MPs/m3，而尼琴湖的浓度中位数为2,525 MPs/m3，四分位距为3,450 MPs/m3。Welch独立样本t检验确认两个湖泊之间的差异具有统计学显著性，t统计量为3.734，自由度为17.66，p值为
结论
本研究提供了水文相连淡水生态系统中微塑料污染的最全面途径解析评估之一，整合了潜在点源和面源，在单一评估框架内评估了来源特异性模式、生态风险和人体暴露。观测到的微塑料空间分布表明污水处理厂和污水排放口是主要的潜在点源途径，约占微塑料总污染的33%–42%。而面源
资助
本研究获得了印度政府科学技术部查谟和克什米尔科学技术创新委员会（JKST&IC）的财政援助（资助号：JKST&IC/SRE/381-85）。
未引用参考文献
(Guo等，2024；Jachimowicz等，2025；Lindfors等，2025；Packiaraj和Tanushree, P., 2025；Rico等，2023；Singh等，2023；USEPA，1997；USEPA，1997)
CRediT作者贡献声明
Manzoor Ahamad Ahanger：写作 – 审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法学、经费获取、概念化。Khalid Muzamil Gani：写作 – 审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法学、经费获取、概念化。Asif Farooq：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原稿、可视化、验证、软件、资源、方法学、调查、形式分析、数据管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，这些关系可能被视为潜在的利益冲突：Manzoor Ahmad Ahanger和Khalid Mizamil Gani报告获得了查谟和克什米尔科学技术创新委员会（JKST&IC）的财政支持。如有其他作者，他们声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能对本研究有所影响。
致谢
我们感谢斯利那加国家科学技术研究所的湖泊保护管理局（LCMA）主任和中央研究与设施中心院长，为我们开展本项研究提供了必要的设施。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能对本研究有所影响。
Asif Farooq | Manzoor Ahamad Ahanger | Khalid Muzamil Gani
