【微塑料对环境的影响】微小却致命——微塑料对全球水环境的影响

2021-05-06 - 微塑料

中国是世界上最大的塑料生产国,全球塑料污染的27%归因于中国。据估计,2010年中国管理不当的塑料废弃物约为800万吨,其中约有300万吨被排放到水环境中。相比之下,印度每年向海洋排放的塑料废弃物大约在100万吨以内。

微塑料对环境的影响

作为一个全球性问题,微塑料污染在任何地方都可以检测到,其中包括海洋环境(中国和东南亚国家造成了大部分海洋中的塑料污染)、废水、地表水、土壤、沉积物、食品和空气。微塑料可以吸收有机污染物,且以持久性有机污染物为主,这些持久性有机污染物可以被生物体吸收并进入食物网。微塑料还会吸附病原体。纤维状微塑料经空气传播可能会进入我们的呼吸系统,对环境和人类构成危险。

微塑料对环境的影响

为了人类健康和地球环境的未来,我们亟需充分了解微塑料污染的概况,并找到解决方案。

最近,发表于Elsevier旗下期刊Journal of Environmental Chemical Engineering的研究报告《Microplastics in the global aquatic environment: Analysis, effects, remediation and policy solutions(全球水环境中的微塑料:分析、影响、修复和政策解决方案)》提供了微塑料对水环境污染的全面分析,并提出了有关解决方案的建议。

本文着重指出了当前和未来微塑料研究的主要问题和不足:化学分析、废水和饮用水处理厂的使命、环境和人类健康影响、以及补救策略。此外,为了限制塑料废弃物数量,作者也就减轻微塑料污染的相关政策提出了建议。

总体上来讲,由于无法获知德国饮用水中有多少1到10微米的微粒,想要对不同研究进行比较得出结论并不容易。作者调查了废水和饮用水处理厂相关文献发现,比较不同研究的微塑料数量时,需要仔细检查所有的实验条件,还需要采用多重分析方法进行分析。如果实验条件不清晰明确,最终微塑料数量的检测数据将失去意义。

经本次研究,作者建议科学界、政策界、产业界、贸易界和其他社会各界的相关责任者应该齐心协力、同舟共济,以避免责任转移;研究环境和人类的领域,从分析到结果,都需要进行更多研究和技术研习,最终制定出强有力的全球解决方案,以控制我们环境中的塑料废弃物数量。

目前污水处理厂污水和污泥中微塑料研究正成为国际上的研究热点之一,但我国污水处理厂微塑料的相关研究较少,可以下几方面加强相关研究。

(1)加强我国污水处理厂微塑料基础数据调研。深入研究我国不同区域污水处理厂进、出水微塑料类型及含量,以及不同处理工艺对微塑料的去除效果等研究,这对于定量剖析我国污水处理厂出水对自然生态系统微塑料的贡献,进而进行微塑料的源头控制,以及基于污水处理技术的强化微塑料削减具有重要意义。

(2)污水污泥微塑料分析方法需标准化。目前污水微塑料提取主要采用过滤法,然而过滤所用滤膜孔径通常不统一,导致统计所得微塑料含量差别。污泥微塑料提取主要是参考沉积物分析法,采用密度分离法进行,一方面提取所用药剂各有不同,可用NaCl、ZnCl2、NaI等,另一方面污泥有机物含量高,大量有机物絮体的存在不利于微塑料的提取,导致提取效率通常不高,有待进一步优化。

(3)污水、污泥微塑料与污染物相互作用机制不明。许多研究表明微塑料具有比表面积大、较强的疏水性,易吸附各类污染物,可作为污染物的载体。与自然水体相比,污水污泥中含有高浓度的重金属、致病菌、有机物等污染物,且研究表明经过污水污泥处理后,其表面理化特性变化显著,对污染物吸附潜力明显增强,但相关机制尚不清晰。

此外,污泥土地或农业利用过程中吸附各类污染物的微塑料可作为污染物的富集库,成为污染物释放到土壤或者生物体内的源头,进一步加污泥土地或农业利用中微塑料的生态风险评估具有重要意义。

2017年Orb Media发布了一项饮用水中微塑料的研究报告。研究者采集分析了全球14个国家159个饮用水样品,发现83%的样品中含有微塑料。其中美国有94%饮用水样品中检出了微塑料,微塑料在样品中的平均丰度为9.

6个/L,欧洲有72%样品中检出了微塑料,微塑料的平均丰度为3.8个/L。另一项关于瓶装水中微塑料的研究对全球9个国家19个地区11种不同品牌的259瓶瓶装水中的微塑料进行了检测,发现其中242瓶瓶装水中存在微塑料,微塑料平均丰度为325个/L,最大丰度达到10 000个/L,其中95%的微塑料尺寸分布在6.

5~100 μm。这两项报告虽然没有经过同行评议,但仍引起了公众的广泛关注。世界卫生组织(WHO)、美国环保署(US EPA)及欧洲国家都启动了对饮用水中微塑料的相关研究。

Oßmann等调查了德国21种品牌矿泉水中的微塑料分布,在32个矿泉水样品中都检出了微塑料。其中,一次性PET瓶装的矿泉水中微塑料个数为2 649±2 857个/L,可重复使用的PET瓶装矿泉水中微塑料个数约4 889±5 432个/L,玻璃瓶装矿泉水中微塑料个数在3 074±2 531个/L。

PET瓶中检出的微塑料约95%小于5 μm,50%小于1.5 μm。玻璃瓶中检出的微塑料约15%介于5~10 μm,约7%大于10 μm。

挪威水研究所(NIVA)对挪威24个饮用水厂原水、出厂水和管网水中的微塑料进行了研究。结果显示:24个水厂中仅4个水厂的原水中检测到微塑料,其平均丰度达到2.7个/L;这24个水厂的出厂水中仅1个水厂的出厂水中检出了微塑料,其平均丰度为2.

4个/L;在24个水厂的管网水中有5个水厂的管网水中微塑料丰度高于定量限,丰度在2~3.7个/L之间。值得注意的是,研究人员同时研究了空气暴露对水中微塑料的影响,发现没有微塑料的饮用水在室内空气中暴露24 h后,由空气进入的微塑料丰度可以达到4个/L。

通过检索国内外有关水体中微塑料污染的文献发现,目前大多数关于微塑料检测方法的研究集中在海水、淡水等介质中。其中,我国辽宁省于2017年颁布了地方标准《海水中微塑料的测定》(DB21/T 2751—2017)。

然而,涉及饮用水中微塑料检测方法和污染情况的文献十分有限,由于样品采集方法、前处理方法和检测方法各不相同,且个别方法可能带来假阳性的分析结果,导致检测结果存在较大差异。与海水相比,饮用水属于洁净水体,包含的微塑料粒径小,肉眼无法识别,已有的目视法和光学显微镜分析无法满足需求。

扫描电子显微镜在检测对象方面有绝对优势,分辨率可达到0.1 μm,但是样品制备严格,需要在高度真空条件下对待测物质镀膜处理,且其只能对滤膜上的粒子逐个分析鉴定,耗费时间太长。

热分析方法种类多样,可同时分析微塑料及添加剂成分,但是最大的缺陷在于会破坏样品。微拉曼和红外显微分别能检测到粒径>1 μm和粒径>20 μm的粒子,提供光谱比对以鉴别化学成分,可以满足检测饮用水中微塑料的需求。

与其他检测技术相比,微拉曼及红外显微分析技术不需要复杂的前处理过程:如果样品是固体沉积物,要求分析前进行清洗;如果样品是洁净的饮用水,则不需要清洗,重点在于过滤,尤其需注意滤膜的选择,需考虑材质、孔径等,尽量减少过滤时间,同时尽可能增强滤膜对微塑料的保留能力,降低滤膜本身对红外光波段的吸收或避免荧光效应。

饮用水中的微塑料已经引起了人们的广泛关注,从研究现状来看,未来亟待开展以下几个方面的研究:

(1)建立饮用水中微塑料前处理方法和分析方法。方法应能对微塑料的大小、形状、化学组成进行重现性好,准确度、精密度高的定性定量分析;

(2)探明饮用水水源水、出厂水和管网水中微塑料的丰度、尺寸分布和化学组成,进入环境的途径及环境行为;

(3)建立人体暴露剂量下微塑料的健康风险评价方法,对饮用水、食品及大气来源的微塑料进行风险评估。

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参考文献

李红岩, 张海峰, 李洁, et al. 饮用水中微塑料污染研究进展[J]. 净水技术, 2019(7).

李珊, 张岚, 陈永艳, et al. 饮用水中微塑料检测技术研究进展[J]. 净水技术, 2019(4):1-8.

李小伟, 纪艳艳, 梅庆庆, et al. 污水处理厂污水和污泥中微塑料的研究展望[J]. 净水技术, 2019(7).

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