一、引言

1.1研究背景

微塑料通常指粒径小于5mm的塑料颗粒、纤维或薄膜，具有化学稳定性强、难降解的特点，可在环境中长期累积。随着塑料制品的大量生产与使用，微塑料已成为全球关注的新型环境污染物，广泛存在于海洋、湖泊、河流及土壤等环境介质中。城市生活污水是微塑料进入水环境的重要来源，据统计，全球每年通过生活污水排放的微塑料总量可达数百万吨。

1.2研究意义

在理论层面，本研究通过对污水处理厂不同处理单元微塑料的系统监测，明确微塑料在污水处理过程中的形态变化、粒径分布及聚合物类型演变特征，完善微塑料在污水处理系统中的迁移转化理论，为后续微塑料污染机制研究提供基础数据。

在实践层面，研究结果可揭示典型污水处理工艺对微塑料的去除效率及关键影响因素，为污水处理厂优化工艺参数、提升微塑料去除能力提供技术支撑；同时，也能为含微塑料污泥的安全处置方案制定与水环境微塑料污染风险评估提供科学依据，对控制微塑料环境污染、保障生态系统与人类健康具有重要现实意义。

二、材料与方法

2.1研究区域概况

本研究选取我国东部某典型城市污水处理厂，该污水处理厂设计处理规模为20万m³/d，采用“预处理+A²/O（厌氧-缺氧-好氧）+二沉池+深度过滤”处理工艺，服务范围涵盖城市居民生活污水与部分工业废水（占比约15%，主要为食品加工与纺织废水），污泥处理采用板框压滤脱水工艺，脱水后污泥含水率约80%，部分用于园林绿化堆肥，部分送至垃圾填埋场处置。

2.2样品采集

于2024年3-4月，每月采集3次样品，每次采集涵盖污水处理厂关键处理单元，包括进水口（原水）、初沉池出水、曝气池混合液、二沉池出水、深度过滤出水及脱水污泥。污水样品采用有机玻璃采样器采集，每次采集10L，共采集9组污水样品；污泥样品从板框压滤机出口采集，每次采集1kg，共采集9组污泥样品。所有样品采集后立即放入棕色玻璃容器中，加入1%甲醛溶液固定，避光保存，并在24h内完成实验室预处理。

2.3样品预处理与分析

污水样品预处理：先采用孔径为5mm的不锈钢筛网过滤去除大颗粒杂质，再通过真空抽滤装置，依次使用孔径为1mm、0.1mm的玻璃纤维滤膜（提前经450℃灼烧4h去除有机杂质）过滤，截留不同粒径的微塑料；将滤膜置于500mL烧杯中，加入30%过氧化氢溶液，在60℃恒温水浴锅中消解24h，去除样品中的有机质；消解完成后，再次抽滤，将截留物转移至干净培养皿中，在40℃烘箱中烘干至恒重。

污泥样品预处理：称取10g污泥样品（干重换算），加入50mL去离子水，搅拌均匀后超声振荡30min，后续预处理步骤与污水样品一致。

微塑料分析：采用体视显微镜（放大倍数10-40倍）对预处理后的样品进行计数，统计微塑料的丰度、形态（纤维状、碎片状、颗粒状、薄膜状）与粒径分布（<0.1mm、0.1-1mm、1-5mm）；选取典型微塑料颗粒，采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR，分辨率4cm⁻¹，扫描范围4000-400cm⁻¹）分析其聚合物类型。

2.4质量控制与保证

实验过程中设置空白对照（仅用去离子水进行相同预处理步骤），空白样品中未检出微塑料，确保实验过程无外源性微塑料污染；对同一批次样品进行3次平行实验，微塑料丰度测定相对标准偏差（RSD）均小于10%，保证分析结果的准确性与可靠性。

三、结果与分析

3.1污水处理厂各单元微塑料赋存特征

3.1.1微塑料丰度分布

污水处理厂各处理单元微塑料丰度存在显著差异（表1）。进水口微塑料丰度最高，为（245.6±32.8）个/L，这与城市生活中洗涤剂、化妆品、纺织衣物等释放的微塑料密切相关；经过初沉池处理后，微塑料丰度降至（168.3±25.4）个/L，去除率为31.5%，主要去除的是密度较大、粒径较大的颗粒状微塑料；曝气池是微塑料去除的关键环节，经过厌氧-缺氧-好氧生物处理后，混合液中微塑料丰度降至（56.8±12.3）个/L，去除率达66.2%，这可能是由于微生物絮体对微塑料的吸附作用，以及生物降解对部分易降解聚合物微塑料的分解；二沉池通过固液分离，进一步将微塑料丰度降至（22.3±8.5）个/L，去除率为60.7%；最终经深度过滤处理后，出水微塑料丰度为（17.8±6.2）个/L，总去除率达92.5%。

污泥样品中微塑料富集现象明显，脱水污泥中微塑料丰度为（1825.3±156.7）个/kg干重，主要来源于污水处理过程中被污泥吸附的微塑料，表明污水处理厂产生的污泥是微塑料的重要“汇”。

表1污水处理厂各处理单元微塑料丰度与去除率

3.1.2微塑料形态与粒径分布

污水处理厂中微塑料形态以纤维状和碎片状为主（图1）。进水口纤维状微塑料占比最高，达48.2%，主要来源于纺织衣物洗涤过程中脱落的纤维；碎片状微塑料占比35.6%，可能是塑料制品老化破碎产生；颗粒状与薄膜状微塑料占比相对较低，分别为10.3%和5.9%。随着污水处理工艺的推进，纤维状微塑料占比逐渐下降，在深度过滤出水中占比降至32.1%，而碎片状微塑料占比略有上升，达42.5%，这可能是由于纤维状微塑料更易被污泥吸附去除。

微塑料粒径主要集中在0.1-1mm，进水口该粒径范围微塑料占比67.3%，<0.1mm的微小粒径微塑料占比22.5%，1-5mm的大粒径微塑料占比10.2%。经过处理后，出水中<0.1mm的微塑料占比显著上升，达58.3%，而1-5mm的微塑料基本被去除，表明污水处理工艺对大粒径微塑料去除效果较好，但对微小粒径微塑料去除能力有限，这也是导致部分微塑料随出水排放的主要原因。

3.1.3微塑料聚合物类型

通过FTIR分析可知，污水处理厂中微塑料聚合物类型主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）（图2）。进水口中PE占比最高，达35.2%，主要来源于塑料薄膜、包装材料等；PET占比28.6%，与纺织纤维（如涤纶）密切相关；PP占比22.3%，常见于塑料容器、管道等；PS和PVC占比相对较低，分别为8.5%和5.4%。

在污水处理过程中，PE、PP等化学稳定性较强的聚合物微塑料占比逐渐上升，在出水中PE和PP占比分别达42.1%和28.3%；而PET、PS等相对易降解的聚合物微塑料占比下降，PET在出水中占比降至18.5%，表明生物处理工艺对部分易降解聚合物微塑料具有一定的降解作用。

3.2微塑料在污水处理厂中的迁移规律

微塑料在污水处理厂中的迁移主要遵循“吸附-分离-富集”的路径（图3）。进水进入污水处理厂后，首先在初沉池中，部分密度较大、粒径较大的颗粒状微塑料通过重力沉降作用被去除，进入初沉污泥；剩余微塑料随污水进入曝气池，在曝气池内，微生物絮体通过静电吸附、范德华力等作用，将微塑料吸附在絮体表面，形成“微生物-微塑料”复合体；随后，“微生物-微塑料”复合体在二沉池中通过重力沉降实现固液分离，大部分微塑料随活性污泥排出，进入剩余污泥；二沉池出水中残留的微塑料（主要为微小粒径微塑料）经深度过滤处理，部分被滤膜截留，少量仍随最终出水排放。

污泥中的微塑料在后续处理过程中，一部分随污泥堆肥用于园林绿化，进入土壤环境；另一部分随污泥填埋，在填埋场中缓慢降解或随渗滤液再次进入水环境，形成微塑料的二次污染。

四、结论与建议

4.1结论

（1）典型城市污水处理厂进水微塑料丰度较高，达（245.6±32.8）个/L，主要形态为纤维状和碎片状，粒径集中在0.1-1mm，聚合物类型以PE、PET和PP为主。

（2）污水处理工艺对微塑料具有较好的去除效果，总去除率达89.3%-92.5%，其中曝气池生物吸附与二沉池固液分离是去除微塑料的关键环节，但对<0.1mm的微小粒径微塑料去除能力有限，仍有（17.8±6.2）个/L的微塑料随出水排放。

（3）污泥是微塑料的重要富集载体，脱水污泥中微塑料丰度达（1825.3±156.7）个/kg干重，其处置过程可能导致微塑料进入土壤或再次污染水环境。

4.2建议

（1）优化污水处理工艺，在深度处理环节增设超滤或纳滤装置，提升对微小粒径微塑料的去除能力，进一步降低出水微塑料排放浓度。

（2）加强污泥中微塑料的管控，研发污泥微塑料降解技术（如热解、高级氧化等），减少污泥处置过程中微塑料的二次污染风险。

（3）从源头控制微塑料排放，推广可降解塑料制品使用，限制含微塑料的洗涤剂、化妆品生产与销售，减少生活污水中微塑料的输入量。

参考文献

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