市政污水中微塑料去向研究進展及其管控舉措初探

李金英，楊春維，湯茜

(1.吉林師范大學 吉林省高校環境材料與污染控制重點實驗室，吉林 四平 136000；2.吉林師范大學 環境科學與工程學院， 吉林 四平 136000；3.吉林師范大學 物理學院，吉林 四平 136000)

微塑料(microplastics)是指尺度小于5 mm的塑料及人造纖維顆粒[1-2]。由于檢測手段的進步[3-5]，近幾年來，人們已經在全球范圍各種地域、環境介質、生物體組織乃至人體糞便中檢出微塑料的存在[6-10]，我國在近海、湖泊等地表水系中也檢出了一定濃度的微塑料[11-14]。這種廣泛存在性加之其生物不可降解性、潛在的人體毒性及其與水中其他污染物可能存在聯合作用[15]，引起了人們對微塑料的關注[16]，目前已經被列為新興污染物之一。因此，近年來微塑料生物及生態毒性、溯源及其產生規律、污染分布特性及其最終處置方式與技術等問題已經逐漸成為環境領域研究的熱點。目前針對微塑料的研究仍以海洋污染研究為主[17-18]，對微塑料與土壤、空氣、陸地地表水及污水相互作用和分布規律的研究仍偏少。而陸地環境與人的接觸更加頻繁，且微塑料產生源頭仍在陸地環境中[19]，因此，針對土壤、空氣、地表水體及污水等環境體相中的微塑料特性研究勢在必行。而城市污水雖然水質不如大部分工業廢水惡劣，但因為水量大[20]，與人們生活接觸緊密，同時又是地表水體污染的重要污染點源，其處理工藝對微塑料的處理效能直接影響地表水體中微塑料的總量和分布[21-11]。因此，本研究通過文獻調研我國不同污水處理工藝對微塑料的處理處置能力，總結其處理效能特點，以期為我國管控微塑料這一新型污染物提供參考和建議。

1 城市污水中微塑料的來源

城市污水水質復雜，含有大量的有機物、氮、磷，以及各種固態半固態物質，其中塑料袋、塑料纖維、塑料制品/產品也是城市污水雜質的一種[22-23]。從來源上來看，城市污水中的微塑料可以分為兩類[24]，即：原生微塑料產品和塑料/纖維產品分解后的二次污染產物。城市污水中的原生塑料產品主要存在于個人衛生洗護用品[25]，如洗面奶、沐浴露等產品中，其作用主要是通過增加與皮膚的摩擦而提高洗滌效果，該種微塑料形狀以均勻球狀顆粒為主。而塑料/纖維產品分解的二次污染物主要是由于塑料/纖維制品處置處理過程中，不斷分解破碎而產生的。這種微塑料的數量較大，成分也十分復雜，根據其形狀可以分為顆粒狀、纖維狀、片狀等幾類[26]。

2 城市污水中微塑料的種類

城市污水處理廠中微塑料的種類研究目前仍在不斷開展中。有研究指出[27]，我國北京城市污水處理廠被檢出的微塑料主要成分為滌綸(polyethylene terephthalate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚丙烯(polypropylene)。其中主要來自于人們生活，如洗衣排水中的纖維等。而廈門地區城市污水廠中被檢出微塑料主要成分為聚丙烯、聚乙烯(polyethylene)、聚苯乙烯，性狀為透明或白色為主的顆粒[28]。可見，不同地域和城市污水處理廠出水中被檢出的微塑料呈現不同的種類和規律。這可能與當地人們的生活習慣及污水處理廠處理工藝的區別有一定關聯[29]，但其具體規律和機制仍需要進一步深入研究。

3 城市污水處理單元對微塑料的去除效果比較

目前我國城市污水處理技術雖然多種多樣，但仍以預處理+二級處理+深度處理組合工藝為主[30]，活性污泥法和生物膜工藝仍是目前國內主流污水處理技術[31-32]。國內城市污水處理廠常見的預處理單元主要有：格柵、沉砂池、沉淀池等[33]。其中格柵作用主要為去除尺度較大的固體物質，對小于5 mm的微塑料除去效果有限，一般不作為微塑料的有效處理單元考慮。沉砂池主要去除比重與水差異較大的固體顆粒物，針對密度與水相差較大的微塑料顆粒，可以部分甚至大量去除[34]。Yang等[27]研究表明，曝氣沉砂池可以去除水中60%左右的微塑料。沉淀池同樣也具有一定的去除效果，Gies[35]研究表明，初次沉淀池對污水中微塑料的去除率可達92.8%。而汪文玲[36]研究結果表明，預處理系統處理效果僅為36%左右。可見，預處理系統處理微塑料效果有一定的波動性，這與預處理系統的組成和微塑料組成與大小有著密切的關系。而傳統二級污水處理，如活性污泥法與生物膜法，對微塑料的去除效果有限[29]。

Talvitie[37]研究指出，污水處理廠的三級處理對微塑料去除效率較高，如快濾池工藝處理市政污水，其微塑料去除率可達97%，溶氣氣浮法去除率可達95%，而以膜分離為主要分離手段的MBR工藝具有更高的處理效果，其工藝總體微塑料去除率可達99.9%。與MBR相比，常規的活性污泥處理工藝總體處理微塑料效果雖然有所下降，但也可達到98%以上[35，38]。

也有人研究指出[39]，單一的水處理單元對微塑料的去除均十分有限，需要多種技術集合，協同作用，才能更加有效的將水中微塑料脫除。適合我國國情和水質的專性脫除微塑料工藝技術仍有待進一步研究和開發。

由上文獻調研可見，目前我國城市污水處理廠工藝技術對污水中微塑料進行了有效的分流控制，城市污水中的微塑料源通過污水處理廠大部分轉移至污泥中[26，38，40]，少量排放到自然水體或者回用于工業和社會生活。值得注意的是，雖然污水處理廠微塑料去除效率普遍較高，但因為流量大，仍有巨額的微塑料隨著污水處理廠排水進入環境水相中，進而進入生態系統[2，41]。另外，污水廠污泥如果處理不當，如未經脫除微塑料而進行生物肥施用、作為垃圾而衛生填埋等，會導致進入污泥相原本較為穩定的微塑料顆粒重新進入土壤生態中。因此，如不對污水處理工藝和污泥處置進行有效管控，市政污水處理廠這一微塑料污染源，依舊存在污染風險。

4 城市污水處理中微塑料管控方法

4.1 源頭控制，減少微塑料污染源源強

微塑料如同其他眾多污染物一樣，一旦形成，其處理難度、處置費用就會提升，且處理效率也會受到技術的制約[42]。因此，如何對微塑料進行減量化，避免其進入城市污水系統，是其環境風險控制的重要手段之一。從國內城市污水中微塑料的源頭來看，主要是洗衣廢水、個人洗護品，其他塑料制品天然或人工破碎而引入城市污水的量較小。因此可以通過相關部門制定行業標準的方式，從而大量減少微塑料污染源強。如：強制洗衣機排水增設更密濾網、禁止個人洗護用品中的微塑料投加使用等。立法逐漸減少塑料日用品的使用，改用紙質、植物纖維制品等作為塑料替代品等方法，逐漸控制微塑料進入環境的總量，這也是目前歐美部分國家減少塑料污染的源頭控制方法之一。

4.2 更新現有污水處理工藝，進一步減少水體排放微塑料總量

雖然國內現有污水處理廠對微塑料的去除均在90%以上，但因為總量巨大，因此需要改進工藝，進一步降低微塑料排放總量。現有污水處理技術中，MBR技術及混凝-沉淀過濾技術對微塑料的去除效率最高，但因為MBR技術中膜成本費用和運行費較高，并不適合我國大部分城市污水處理廠推廣。因此，傳統預處理與深度處理工藝的合理組合，降低出水中微塑料的濃度，成為今后水處理技術的研究任務之一，微塑料組合處理技術的開發研究應該鼓勵開展。待技術成熟后，可以建議在污水處理廠提高氮磷排放標準以外，加入微塑料排放標準，倒逼污水處理企業進一步更新改進技術組合，控制排放水體中微塑料污染物的總量。

4.3 加強污泥管控，防止微塑料二次污染土壤環境

城市污水中大部分微塑料通過轉入污泥而去除。因此，富含微塑料的污泥處置是否得當，成為微塑料污染最終是否得以控制的又一關鍵所在。對于污泥干化后填埋、排海、污泥調理后制肥的處置方法應當嚴格評估其微塑料去向，保證其不會重新進入敏感環境系統，給人們的健康帶來潛在危害；對于污泥的焚燒處理可以評估其燃燒氧化產物的環境風險；作為建筑材料制磚制水泥等其他處置方法，可以適當評估其微塑料溢出風險。通過對污泥處置的嚴格綜合管控，實現防止微塑料二次污染的目的。

5 結束語

我國目前微塑料污染潛在風險較大，而城市生活污水因為水量大，成分復雜，成為重要的水污染排放點源。研究結果表明，國內城市污水處理常規工藝能夠去除水中90%以上的微塑料，將其轉移至污泥中而使其穩定化。但因為城市污水水量巨大，其出水中微塑料的進一步脫除勢在必行，膜分離技術及混凝-過濾技術可以作為備選工藝來滿足需求。同時適合我國國情的微塑料脫除組合工藝開發也是值得關注的技術研究方向之一。除了技術革新控制城市污水中微塑料排放量以外，污泥的有效處置從而避免其二次污染，對微塑料源頭的管控等方面也是今后環境管理的重要方向和任務。