颗粒尺寸小于5mm的微塑料(microplastics,MPs)被视为环境新污染物,主要来源于塑料用品的风化磨损及个人护理品中塑料颗粒的释放等途径。MPs污染范围广泛,遍布世界各个角落,人迹罕至的两极环境都有分布。水环境是MPs的主要赋存区域,在不同的河流水质调查中,MPs呈现出不同含量:中国西北部的渭河水中检出的MPs含量为3670~10700个/m3、南部的珠江流域沿岸城市部分和河口检测到的含量分别为19860个/m3和8902个/m3,印度尼西亚Cisadane河中MPs含量为13.33~113.33个/m3,澳大利亚Goulburn河流域MPs平均含量为(400±270)个/m3。在新冠疫情影响下,口罩等防疫用品的普遍使用可能导致更多MPs进入环境水体,加剧MPs污染防控的严峻形势。
部分地区高浓度的水体MPs分布,给市政给水和污水处理带来了不小压力。目前,不论是水厂还是污水处理厂,均缺乏有效去除MPs的环节,这使得在处理后仍有部分MPs保留在水体中,带来水质安全和健康风险隐患。本文综述了水厂和污水处理厂中MPs的赋存情况,系统地介绍了现有工艺对MPs的去除作用,并进一步探索了MPs的新型处理技术。
一、水厂水体中MPs的赋存
水厂的原水主要取自淡水水体,包括江河湖泊和水库等地表水以及地下水。MPs污染在淡水生态系统中普遍存在。因此,水厂水体中的MPs污染状况不容乐观。
表1列出了部分地区水厂中MPs的赋存情况。不难看出,水厂原水中普遍存在MPs污染情况,且呈现出明显的地区差异,MPs种类主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚醚砜树脂(PES),形状以纤维和碎片为主。
深度处理工艺中,不同过滤类型对MPs的去除效果有较大差异,砂滤是最常见的过滤类型,对MPs的去除率在70.00%~84.60%。有些水厂在砂滤之后增加了活性炭过滤工艺,可使去除率提高到80.00%~93.00%,而印度尼西亚某水厂采用的砂和无烟煤双介质过滤工艺对MPs的去除率为54.10%。
表1 部分地区水厂水体中MPs赋存
柴然等在青岛市不同水源的自来水中取样发现MPs的检出率高达78.1%,MPs粒径主要集中在30μm内,这一结果与Tong等的研究结果相近:我国各城市38个地表水源的自来水样本中,有36个样本检测到了MPs,MPs数量在(440±275)个/L,且粒径小于50μm的MPs占绝对优势。此外,环境中纳米/亚微米级塑料的丰度要显著高于大粒径的塑料丰度,Pivokonsky等发现自来水原水中尺寸小于1μm的MPs含量非常高,为111~2181个/L,这些小粒径MPs的去除对现有技术提出了挑战。
二、污水处理厂水体中MPs的赋存
作为MPs重要的“汇”,污水处理厂每天需要处理大量含MPs的生活污水。但由于缺少针对性的处理工艺,粒径小于20μm的MPs和纳米塑料很难被去除,可能重新进入天然水生环境,Ruffell等统计了新西兰3座污水处理厂的出水,发现其中MPs含量可达到2.4×105个/d,据此推测,每年通过污水处理厂出水进入水体的MPs更是难以计数。
污水处理厂中MPs的赋存情况具有明显的时空分布差异性。Uoginté等研究了位于立陶宛的某座污水处理厂进水MPs含量,发现了明显的季节差异:春季进水的MPs含量最高,冬季最低,夏季和秋季相近,同时发现降水量对MPs含量有显著性影响。
表2列出了部分污水处理厂废水中MPs的赋存情况。由于采样的筛网和滤膜孔径不同,所统计的进水浓度也不尽相同,MPs含量为0.7~13813.3个/L。进水水体中MPs的类型多样,常见的有PE、PET、PP和PS,此外还有PVC、聚甲基丙烯酸甲酯(AC)、聚丙烯腈(PAN)等。
纤维是污水中最主要的MPs形状,在进水和出水中都占有相对较高的比例。污水处理厂去除MPs以二级和三级工艺为主,去除效率为21.8%~99.5%。
表2 部分地区污水处理厂废水中MPs赋存
注:-表示原文献中未标注。