微塑料在污水处理厂中的分布及对污染物四环素、铜的吸附研究

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塑料在全球范围内广泛使用,带来较为严峻的环境污染问题。其在环境中破碎分解成的微塑料随水体或大气迁移,产生一系列危害。污水处理厂被认为是环境中微塑料的一个重要排放源,弄清污水处理厂主要工艺单元中微塑料的分布情况及规律对控制微塑料排放有重要意义。微塑料对环境污染物有一定吸附性,微塑料与有害污染物共同存在时对污染物的吸附行为有待明确。本研究选取了成都市的两个典型污水处理厂,分析主要工艺单元微塑料存在情况,并选取污水处理厂中广泛存在的聚苯乙烯微塑料为研究对象,模拟了其对水环境中常见的污染物四环素、重金属铜的吸附行为及pH、盐度、溶解性有机质含量对吸附的影响,旨在:(1)探究污水处理厂主要工艺单元污泥中微塑料的分布情况;(2)揭示不同粒径的聚苯乙烯对铜、四环素的吸附行为及影响因素;(3)探究紫外光老化对聚苯乙烯的影响及老化后聚苯乙烯对铜、四环素的吸附行为差异。本论文研究结果为明晰微塑料在污水处理厂中的分布情况及其与污染物间相互作用后的生态风险提供理论参考,主要结论如下:(1)污水处理厂主要工艺单元污泥中都有微塑料检出,总体丰度为44.44-750n·kg-1,从形状划分主要以颗粒类(32.16%)、碎片类(28.14%)、纤维类(17.08%)为主;颜色主要为绿色(35.19%)、半透明(18.06%)、白色(16.67%)、红色(16.20%);粒径以大于1 mm为主,占比68.35%,粒径越大的微塑料越易被去除;成分主要有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。(2)粒径越小,聚苯乙烯有更高的比表面积及更大的吸附量,对四环素的吸附过程涉及疏水相互作用和静电相互作用、π-π相互作用。对铜离子的吸附属单层吸附,以静电相互作用为主。pH对吸附有明显影响,溶解性有机质的存在对吸附起抑制作用,盐度对四环素在微塑料上的吸附的影响有限。(3)在紫外光老化下,聚苯乙烯的疏水性随老化时间的增长而降低,老化使得材料的结晶度降低,表面产生微小的裂纹,在光氧化作用下产生新的含氧官能团,疏水性降低。老化时间越长,聚苯乙烯对四环素及铜离子的吸附量增加,吸附以离子交换为主,在非均质表面,老化的微塑料表现出多层吸附的趋势。pH和盐度在吸附中起重要影响。综上所述,污水处理厂污泥中的微塑料组成复杂,丰度较大,污泥的去向带来的微塑料污染需引起重视。在环境中,机械磨损导致的粒径变化与光致老化都会对微塑料表面带来物理、化学性质改变,使得微塑料能吸附更多的四环素与铜离子。
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