摘 要

由于污水处理厂未对微塑料这一新型污染物有针对性的处理环节，污水厂的出水会携带大量微塑料进入其他环境中，导致污水厂成为了微塑料的一个排放途径。本文研究了光大水务南京有限公司污水厂进水、出水及CAST工艺曝气池污泥中微塑料的丰度、大小、种类、形态等。根据统计数据，纤维状是进出水中微塑料的主要形态。进水中含量最高的三种微塑料依次为聚丙烯（PP, 35.45%）、聚乙烯（PE, 22.47%）和聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET, 16.81%）；出水中微塑料的种类依次为聚乙烯（PE, 29.51%）、聚丙烯（PP, 24.19%）和聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET, 17.78%）；污泥中依次为聚乙烯（PE, 41.33%）、聚酰胺（PA, 25.69%）和聚丙烯（PP, 12.53%）。进水中微塑料的丰度为127n/L（n表示微塑料个数），出水中为51n/L，曝气池污泥中为32n/g（干重）。该污水厂日处理量为8万吨，据此估算微塑料总量由进水中101.6亿n/d降低至40.8亿n/d，去除率为59.8%。以上数据皆基于实验Ⅰ。此外，针对统计过程中出现的问题分析有机消解过程对微塑料统计结果的影响，部分样品不采用传统目检法而显微成像红外光谱仪（μ-FTIR）鉴定。

关键词：污水厂；微塑料；排放量；形态种类；去除率

The Investigation and Research on Microplastics from a Wastewater Treatment Plant

Abstract

The effluent from wastewater treatment plants will bring a great number of microplastics(MP) into other environment owing to wastewater treatment plants have not making well-directed treatments on such a new kind of contaminant, the wastewater treatment plants has become a releasing route to discharge MPs. This passage has researched MP in inlet, effluent and sludge from aeration tank in Everbright Water (Nanjing) Co., Ltd. Zhujiang Wastewater Treatment Plant. The abundance, size, type, form in MPs have been observed. The results show that most of MPs in inlet and effluent are fibrous. In inlet, 3 kinds of highest content of MPs in turn are PP(35.45%), PE(22.47%) and PET(16.81%). In effluent, the highest content of MPs in turn are PE(29.51%), PP(24.19%) and PET(17.78%). In sludge, the highest content of MPs in turn are PE(43.67%), PA(20.83%) and PP(12.53%). The abundance of MP in inlet is 127n/d(‘n’ means the number of MP), in effluent is 51n/d, in sludge is 32 n/g(dry weight). This wastewater treatment plant treats sewage as 80,000t per day, according to such statistic estimating that the total MPs decreases from 1.016×10¹⁰ n/d to 4.08×10⁹ n/d, the removal rate is 59.8%. The statistics above are based on Experiment І. In addition, pointing at some problems found in statistical process, the passage analyses the influence of the organic digestion to the statistical results in MPs, so part of samples cannot be counted by traditional Eye detection, but use microscopes fourier transform infrared (μ-FTIR) to appraise MPs.

Key Words: Wastewater Treatment Plants; Microplastics; Emissions; Type and Form; Removal Rate

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 微塑料的来源 1

1.1.2 城市污水厂微塑料赋存特征 1

1.2 样品预处理 2

1.2.1 样品采集 2

1.2.2 催化氧化法 2

1.2.3 酶促降解法 3

1.2.4 酸碱处理法 3

1.3 本课题的提出及研究内容 3

1.3.1 课题的提出及意义 3

1.3.2 研究内容 4

第二章 实验材料及方法 5

2.1 实验原料及试剂 5

2.2 实验仪器及设备 5

2.3 实验过程 5

2.3.1 水样与泥样采集 5

2.3.2 污水厂进水及出水预处理 6

2.3.3 曝气池污泥预处理 6

2.3.4 Fe² 溶液的配制 6

2.3.5 有机物的消解 6

2.3.6 滤膜过滤 7

2.3.7 显微镜观测 7

第三章 结果与分析 9

3.1 微塑料丰度及形貌特征 9

3.1.1 实验Ⅰ 9

3.1.2 实验Ⅱ 9

3.2 微塑料去除率 10

3.3 微塑料鉴别与分析 11

3.3.1 有机物消解对粒径统计的影响 11

3.3.2 污水厂微塑料种类与来源 13

第四章 结论与展望 17

参考文献 18

致谢 21

绪论

研究背景

微塑料的来源

微塑料（Microplastics, MPs）定义为直径小于5mm的塑料颗粒[1]。自20世纪70年代以来，人们多数关注的是海洋中的小型塑料颗粒污染。然而，直到这些小型塑料颗粒在海洋环境中的造成了危害性的生态影响才得到人们的关注，并于2004年首次提出“微塑料”一词[2]。最近，微塑料的研究重点越来越多的偏向淡水和陆地生态系统，因为海洋中80％的微塑料来源于陆地。

现在微塑料颗粒在海洋和淡水系统中普遍存在[3]。最近，人们开始关注其他环境中微塑料的出现，同时发现污水处理厂对微塑料具有高捕获效率[4]。Nizzetto等人[5]估计每年欧洲的农田会增加63000-430000吨微塑料，北美的农田为44000-300000吨。因此，农业土壤可能会成为微塑料的主要环境储层。少数研究已经对土壤中的微塑料和污泥样本进行了调查[6,7]，但是发现并没有标准化的方法。有机成分，固体基质的复杂性以及其他污染物的存在使小塑料颗粒的提取变得困难^[7]。准确评估地面环境中的微塑料的存储量、来源库存和排放率对于管理框架的定义以及陆地和海洋系统的保护至关重要。因此，我们迫切需要经过验证的分析方法来有效地表征该特定区域中的微塑料动力学。

由于污水处理厂进水来源复杂,主要针对水中COD、BOD、总氮、总磷等指标进行处理，并未对微塑料这一新型污染物有针对性的处理环节，大量微塑料富集在污水厂，同时由于污水厂对于微塑料去除率较低，因此污水厂的出水会携带大量微塑料进入其他环境中，污水厂成为微塑料的一个排放途径[8]。

城市污水厂微塑料赋存特征

微塑料在自然环境中广泛存在，包括海洋，淡水，沉积物和陆地环境，甚至在极地地区。最近的研究表明，污水处理厂的污水是微塑料的重要来源。洗面奶、牙膏和其他个人护理产品中使用的微型颗粒[9]，以及洗涤衣物的合成纺织纤维从原废水运输到污水处理厂，由于尺寸小，可能绕过污水处理厂并进入水生环境。据报道，中国大陆每年有209.7万亿颗微珠（306.9吨）被排放到水生环境中，80％以上的排放来自污水处理厂的污水[9]。实际上，污水处理厂可以有效地从市政污水中去除微塑料，并且去除率达到 98.41%。换句话说，原污水中的大多数微塑料都留在污水污泥中。据报道， 德国污水处理厂的污泥含有每公斤干污泥1.00~24.0×10³ 微塑料颗粒（大于10μm）[10]。然而，这些报告通常基于一些污水处理厂的有限污泥样本，目前，缺乏关于脱水污水污泥中微塑料特性的系统调查，例如其时空分布和可能的影响因素，尤其是缺乏中国的相关调查。

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