净水技术 | 某水厂中微塑料的赋存及去除特性

微塑料(microplastics)通常是指尺寸小于5 mm的塑料颗粒。1972年，研究者首次 道了微塑料在海洋环境中的赋存。近年来，全球范围内的海洋环境、河流湖泊等淡水环境、极地环境均有不同尺寸和丰度的微塑料检出，甚至在海产品、食盐、啤酒、瓶装水以及饮用水中检出。由于比表面积大、吸附能力强、化学性质稳定等特点，微塑料可吸附多种持久性有机污染物，并作为有机物载体广泛迁移扩散，造成严重的环境污染。同时，环境中的微塑料易被各种营养级的生物误食而进入食物链，造成更大的生物危害。微塑料污染日益受到关注。

Part 1 材料和方法

1.1 试验水样

该水厂日处理量为20万m3/d，工艺流程如图1所示。对原水及每个工艺出水采样进行微塑料检测。采样日当天的原水常见水质数据如表1所示。

图1 处理工艺流程

表1 采样日原水水质参数

1.2 样品预处理

在水样中添加30%过氧化氢(H2O2)并消化24 h，以去除有机物。消化后的水样分别通过0.2 μm的Al2O3膜(47 mm，Whatman，UK)和0.22 μm的聚四氟乙烯(PTFE)膜(47 mm，Merck Millipore，USA)过滤，以对颗粒进行定性和定量分析。随后，将滤膜保存在玻璃培养皿中，并在30 °C的烘箱中干燥24 h。

1.3 检测方法

用LabSpec 6软件(Horiba Scientific, France)操作的XploRa Plus型显微拉曼光谱仪(HoribaScientific, France)对微塑料进行定性分析。

采用扫描电子显微镜(SEM，Hitachi S-4800，Japan)对微塑料进行定量分析。

1.4 质量控制

试验过程尽量避免使用塑料制品，以减少样品与塑料之间的直接接触。此外，3个空白样(超纯水)与实际水样进行平行分析。空白样中检测到的微塑料含量低于实际水样的5%，因此，背景污染忽略不计。

Part 2 结果和讨论

2.1 水厂中微塑料污染现状

在所有水样中均检测到微塑料，表2总结了原水和出厂水中检测到的微塑料的详细信息。

表2 该水厂原水及出厂水中的微塑料特性

原水及出厂水中均检测到聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)以及聚氯乙烯(PVC)。原水中，PET含量最高，而PS的含量最低。与原水相比，出厂水中不同成分微塑料的占比没有显著变化。

2.2 水厂中微塑料的去除

该水厂微塑料的总体去除率为80.1%,与国外其他水厂原水和出厂水中的微塑料含量及水厂中微塑料的去除率数据对比如表3所示。活性炭滤池对微塑料的去除效果详见2.3.2节。

图2为原水及出厂水中不同特性(尺寸、形态及化学成分)微塑料的去除效果。总体而言，水厂对不同形状及不同成分微塑料的去除率未表现出明显的差异性。

表3不同水厂对微塑料的去除率（注：a所有水样的微塑料浓度为0～7个/L，平均浓度为0.7个/L；b文献中未统计）

图2 原水及出厂水中的微塑料分布 (a) 尺寸；(b) 形状；(c) 成分

2.3 各工艺单元对微塑料的去除

分析各工艺单元对微塑料的去除率以及每个工艺单元对不同特性微塑料的去除效果差异。混凝沉淀、O3-BAC以及砂滤3个工艺单元对不同特性微塑料的去除率如图3～图5所示。

图3 各工艺单元对不同尺寸微塑料的去除率

图4 各工艺单元对不同形状微塑料的去除率

图5 各工艺单元对不同成分微塑料的去除率

2.3.1 混凝沉淀

如图5所示，混凝过程中不同成分的微塑料同样表现出不同的去除率。去除率的差异可能与不同成分微塑料的沉降性有关。例如，密度高的微塑料在混凝沉淀过程中表现出更高的去除率（表4）。此外，混凝沉淀过程中不同成分微塑料的去除差异同样受到其形状的影响。

表4 不同成分微塑料的密度及去除率

简而言之，混凝沉淀中微塑料的去除效果受其物理特性的影响，例如尺寸、形状及密度。此外，对混凝沉淀过程中微塑料去除效果的优化应关注对小尺寸微塑料的去除，例如调整混凝剂的种类、投加量等参数，以提高小尺寸微塑料的去除率。

2.3.2 O3-BAC工艺

如图6所示，对于不同成分的微塑料，活性炭滤池均表现出较高的去除率。

图6 沉淀池、臭氧接触池以及活性炭滤池出水中不同尺寸微塑料的浓度

2.3.3 砂滤

砂滤工艺被广泛应用于颗粒物的去除，其去除率受多种机制影响，如阻力截留、重力沉降、接触絮凝等。此外，滤料粒径、滤床孔隙率、滤速等都会影响砂滤池对颗粒的去除率。未来的研究应致力于改善其运行参数以提高微塑料的去除率。

Part 3 结论

江苏某饮用水厂原水中微塑料的含量高达5 652个/L，以小尺寸微塑料(1～50 μm)、纤维状微塑料及PET为主。出厂水中的微塑料含量为1 125个/L，其中，1～10 μm微塑料占比为99.6%。该水厂对微塑料的去除率达80.1%，且不同特性微塑料的去除率受其物理性质(如尺寸、形状、密度)的影响。

混凝沉淀对微塑料具有良好的去除效果，去除率为40.8%。混凝沉淀更易去除大尺寸、纤维状微塑料，且对PET和PVC表现出较高的去除率。O3-BAC工艺单元去除率最高，约为50.2%,且对小尺寸、球状的微塑料表现出更高的去除率。砂滤对微塑料的去除率最低，约为32.8%。其中，1～10 μm微塑料的去除率仅为14.8%。

更多信息

许 龙1，王志峰2

(1.上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司，上海 200092;2.河海大学环境学院，江苏南京 210098)

排版：张蕾

本 道由净水技术整理 道，转载请联系lx@jsjs.net.cn。未经允许的侵权行为我社将追究法律责任。