微塑料對污水廠活性污泥的影響研究綜述

王雪琴

（重慶建筑科技職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

微塑料是指通過各種途徑進入生態(tài)環(huán)境中直徑小于5 mm的塑料顆粒。微塑料包括初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料主要來自個人洗護用品、車輛輪胎摩擦耗損、化纖衣物洗滌等。次生微塑料是生產(chǎn)、生活中使用的塑料釋放到環(huán)境中被分解后，最終變成不計其數(shù)的小塑料顆。研究表明其廣泛存在于水生態(tài)系統(tǒng)、土壤、沉積物中，甚至在飲用水、人類糞便、極地環(huán)境中。因微塑料具有粒徑小、比表面積大、易吸附污染物、使用量大、光解能力弱、難降解等特點，其在環(huán)境中可以存在幾百甚至上千年，是一種持久性的有機污染物。微塑料易被環(huán)境中不同生物營養(yǎng)級所誤食，而在食物鏈傳遞和富集；同時隨著微塑料在環(huán)境中的與日俱增，其對生物體及生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴重威脅。微塑料主要通過呼吸作用、消化系統(tǒng)和皮膚進入機體，對組織和器官產(chǎn)生毒害效應(yīng)；甚至還可能進一步導(dǎo)致生物體的遺傳性病變、癌癥等疾病。

1 污水廠微塑料研究現(xiàn)狀

1.1 微塑料的處理與排放

污水處理工藝對微塑料具有很高的去除效果，可達到90%以上，這對于減少污水中的微塑料隨出水排放進入自然水體具有重要意義，但由于生活污水排放量大，仍有大量的微塑料經(jīng)污水處理廠出水進入水體中。所以，污水廠是微塑料進入環(huán)境的重要途徑[1]。

根據(jù)研究，市政污水廠污泥富集約90%～98%的微塑料。但是，污水廠對微塑料的去除途徑只包括沉降、吸附、誘捕、攔截等，這些過程也僅使微塑料從廢水中轉(zhuǎn)移到污泥中。此外，在污水廠污泥處理過程中，微塑料的表面理化特性也會發(fā)生顯著變化，從而增強與重金屬、有機污染物、致病菌的相互作用，進而加大污泥微塑料的生態(tài)風(fēng)險。因此，污泥處置不當(dāng)將導(dǎo)致這些微塑料再次進入環(huán)境中，造成微塑料的二次污染。

1.2 微塑料的類型及形態(tài)

污泥中微塑料主要來源于污水中微塑料的沉積與轉(zhuǎn)移，其微塑料的組成類型總體與污水相似。相關(guān)研究顯示，我國不同地域和城市污水處理廠被檢驗出的微塑料呈現(xiàn)不同的種類和規(guī)律，其主要成分是滌綸、聚苯乙烯，聚丙烯、聚乙烯，形狀為透明或白色為主的顆粒。Li等[2]]研究發(fā)現(xiàn)，從顏色來看，污泥中微塑料的占比從高到底依次為白色、黑色、紅色、橙色、綠色和藍色等；對應(yīng)的比例分別為59.6%、17.6%、9.0%、3.3%、2.3%、1.7%等；從形狀組成來排序，分別為纖維狀、桿狀、薄膜狀、薄片狀，對應(yīng)的比例分別為63%、15%、14%、7.3%；從化學(xué)組成來看，微塑料主要有聚烯烴、丙烯酸纖維、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯等。Mahon等[3]也發(fā)現(xiàn)，污泥中微塑料的類型主要有高密度聚乙烯（HDPE）、PE、丙烯酸、聚酯、PP、PET、PA等.挪威8個污水處理廠的污泥微塑料，發(fā)現(xiàn)微塑料的類型分別為微小球37.6%、薄片31.8%、纖維狀28.9%。研究表明，未發(fā)現(xiàn)污泥中有粒徑大于500 μm的微塑料，而粒徑小于500 μm的微塑料主要為聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚苯乙烯等。

1.3 對活性污泥中微塑料含量的研究

Li等[2]研究了我國28個污水處理廠，發(fā)現(xiàn)微塑料含量為1.6×103-56.4×103個／（kg干污泥），污泥中微塑料的平均含量為22.7×103個／（kg干污泥）。其他各國數(shù)據(jù)如下：德國污水廠污泥中，小于500 μm的合成塑料顆粒含量達到24 個／（kg干污泥）；俄羅斯污水處理廠中，污水中微塑料（紡織纖維）的數(shù)量為467 個／L。其中，1 L洗衣污水中大約有100多根纖維會通過洗滌衣物釋放到污水處理廠中；瑞典污水廠中微塑料含量達（16.7±1.96）個／（g濕重污泥）；Mahon等[3]發(fā)現(xiàn)，荷蘭污水廠污泥中微塑料的含量為4196-15385個／（kg干污泥）；通過挪威8個污水處理廠的污泥微塑料含量，計算出微塑料的平均豐度為6 077個／（kg干污泥）；Mason等對美國17個污水處理廠也進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，服務(wù)人口與污水微塑料顆粒含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

總之，不同國家、不同污水廠污泥的微塑料含量不一樣。但是，污水處理廠中大部分微塑料會進入不同處理單元的污泥中，其含量可能與人口密度、經(jīng)濟發(fā)達程度、造林面積、氣溫、降雨量等因素有關(guān)。同時，進水中工業(yè)廢水比例、生化處理工藝、污泥脫水方式等工藝也會影響污泥微塑料的含量。

2 微塑料對活性污泥性能及微生態(tài)的影響研究

林旭萌[4]考察了聚醚砜（PES）微塑料及2，4-二氯苯酚（2，4-DCP）對厭氧顆粒污 泥疏松胞外聚合物（LB-EPS）和緊密胞外聚合物（TB-EPS）組分的影響，并利用高通量測序技術(shù)對厭氧顆粒污泥的微生物群落及基因功能變化進行了分析。通過高通量測序發(fā)現(xiàn)投加了PES或2，4-DCP實驗組厭氧顆粒污泥的微生物豐度及多樣性均減少。基于PICRUST分析發(fā)現(xiàn)，PES或2，4-DCP實驗組中，污泥中能量代謝功能相關(guān)基因比對照組增多了0.25%-0.72%；而2，4-DCP實驗組污泥中膜運輸功能組相關(guān)基因豐度減少明顯。聚氯乙烯微塑料（PVC）在豐度為0-10，000個/ L時，其對污泥的短程硝化（PN）過程有影響。PVC通過抑制反應(yīng)堆中的氨的氧化細菌（AOB）和亞硝酸氧化細菌（NOB）活性來抑制PN過程，這可能是歸于PVC釋放的有毒化合物。由于AOB的抑制，微塑料的存在也減輕了N2O的溶解和氣體形式。厭氧顆粒污泥（AGS）對模型微塑料（聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET-MPs））產(chǎn)生本能的反應(yīng)。

實驗表明，PET-MPs在相對較低水平（15MPL-1）下不影響AGS性能，而當(dāng)含量為75-300MPL-1時，PET-MPs導(dǎo)致COD去除效率和甲烷產(chǎn)量降低，短鏈脂肪酸（SCFA）積累和顆粒破損增加。細胞外聚合物物質(zhì)（EPS）分析表明，高濃度的PET-MPs抑制了EPS的產(chǎn)生。而微生物群落分析顯示，關(guān)鍵產(chǎn)酸菌種群和產(chǎn)甲烷菌長期接觸減少。Wei等[5]研究了聚乙烯（PE）微塑料影響活性污泥厭氧消化的機理，結(jié)果表明，較低水平的PE微塑料并沒有顯著影響甲烷的產(chǎn)生，但較高水平的PE微塑料使甲烷產(chǎn)量降低了。相應(yīng)地，微生物群落朝著不利于厭氧消化的方向移動。Wei等聚氯乙烯（PVC）微塑料通過浸出含氧雙酚A，影響活性污泥厭氧消化的甲烷產(chǎn)生。研究表明，PVC微塑料含量為10 個/g TS時，甲烷產(chǎn)量顯著增加了5.9±0.1%，但較高水平的PVC微塑料（即20、40和60個/g TS）抑制了甲烷產(chǎn)量，這主要是因為雙酚A（BPA）浸出對水解酸化過程產(chǎn)生顯著抑制作用導(dǎo)致的。

總的來說，不同種類、不同濃度水平的微塑料在不同條件下對活性污泥厭氧消化過程的影響不一樣。

3 結(jié)論

綜上所述，污水處理廠污泥中微塑料研究正成為國際上的研究熱點之一，但我國對微塑料的相關(guān)研究尚處于起步階段，相關(guān)研究較少。而國內(nèi)外關(guān)于污水廠污泥中常見微 塑料對活性污泥厭氧消化性能的全面研究也比較缺乏；活性污泥微生態(tài)對于常見微塑料的響應(yīng)機制、微生態(tài)在微塑料影響下其群落結(jié)構(gòu)的演替變化研究相對空白。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)不斷去研究、發(fā)現(xiàn)，為我國的微塑料研究做出貢獻。