五家渠微塑料在城市废水系统中的迁移行为与去除技术

微塑料（Microplastics, MPs）是指粒径小于5毫米的塑料颗粒，因其持久性、生物累积性和潜在生态毒性，已成为全球关注的新兴环境污染物。城市废水系统作为微塑料进入水环境的重要途径之一，承载着来自生活洗涤、个人护理品、城市径流等多源输入的微塑料负荷。研究其在废水处理过程中的迁移转化规律及去除机制，对控制微塑料向自然水体的释放具有重要意义。本文综述了微塑料在城市废水系统中的来源、赋存特征、迁移行为，并系统分析了不同处理工艺对微塑料的去除效能，探讨了现有技术的局限与未来发展方向，为构建微塑料污染防控体系提供科学依据。

1. 引言

随着塑料制品的广泛使用，全球每年产生超过3亿吨塑料垃圾，其中大量通过城市排水系统进入污水处理厂。微塑料可来源于初级微塑料（如洗面奶中的塑料微珠）和次级微塑料（大块塑料降解形成），其密度、形状（碎片、纤维、颗粒、薄膜）、粒径（1 μm–5 mm）和化学组成（聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚酯PET、聚苯乙烯PS等）多样，导致其在水体中迁移行为复杂。尽管污水处理厂可截留大部分微塑料，但仍有部分随出水排入河流、湖泊甚至海洋，对水生生物和人类健康构成潜在威胁。因此，揭示微塑料在城市废水系统中的迁移路径并提升其去除效率，已成为环境工程领域的研究热点。

2. 微塑料的来源与赋存特征

2.1 主要来源

生活洗涤：合成纤维衣物洗涤释放大量塑料纤维（如聚酯、尼龙），单次洗涤可释放数万根纤维；

个人护理品：含塑料微珠的洗面奶、牙膏等直接排入下水道；

城市地表径流：轮胎磨损颗粒、道路标记涂料、塑料垃圾降解产物经雨水冲刷进入管网；

污水管网老化：PVC管道破损释放塑料碎片；

工业排放：塑料加工、印刷、纺织等行业废水携带微塑料。

研究表明，城市废水中微塑料浓度范围为1–10000个/L，其中纤维类占比高达60%~90%，主要成分为聚酯（PET）和聚丙烯（PP）。

3. 微塑料在城市废水系统中的迁移行为

微塑料在从源头到受纳水体的迁移过程中，经历多个环节，其行为受物理、化学和生物因素共同影响。

3.1 污水管网系统

微塑料随污水流动，部分沉积于管道低流速区或检查井；

生物膜可能吸附微塑料颗粒，影响其迁移速率；

雨污合流制系统在暴雨期间易发生溢流（CSO），导致大量微塑料未经处理直接排入环境。

3.2 污水处理厂内的迁移路径

典型污水处理流程包括：格栅 → 沉砂池 → 初沉池 → 生物处理（活性污泥法）→ 二沉池 → 消毒 → 出水。微塑料在各单元的分布如下：

预处理单元（格栅、沉砂池）：可截留粒径 >200 μm 的大颗粒微塑料，去除率约20%~40%；

初沉池：通过重力沉降去除密度大于水的微塑料（如PET），去除率可达50%~70%；

生物处理单元：微塑料表面易形成生物膜（“塑料际”Plastisphere），影响其密度与悬浮性；部分被活性污泥絮体吸附；

二沉池：吸附于污泥絮体的微塑料随剩余污泥排出，是主要去除途径；

出水：残留微塑料以小粒径（<100 μm）和低密度（如PP、PE）为主，易随排放进入自然水体。

研究显示，污水处理厂对微塑料的总体去除率可达70%~99.9%，但仍有每升数个至数十个微塑料随出水释放。

3.3 污泥中的富集与二次污染风险

约70%以上的微塑料最终富集于剩余污泥中。若污泥用于土地利用（如农肥、园林绿化），微塑料可能通过土壤-植物系统进入食物链；若填埋或焚烧，则存在长期环境滞留或大气排放风险。

4. 微塑料去除技术与效能分析

4.1 传统工艺的去除能力

处理单元 主要去除机制 去除率（%） 适用微塑料类型

格栅（1–6 mm） 物理拦截 10–30 大颗粒碎片、纤维团

沉砂池 重力沉降 20–40 密度大、粒径大颗粒

初沉池 沉降与絮凝 50–70 PET、PA等高密度微塑料

活性污泥系统 吸附、生物膜包裹 30–60 多数类型，依赖污泥浓度

二沉池 污泥絮体共沉降 60–80 已吸附的微塑料

4.2 高级处理技术的强化去除

为应对传统工艺对小粒径和低密度微塑料去除不足的问题，多种深度处理技术被开发应用：

膜过滤技术

微滤（MF, 0.1–10 μm）：可去除 >90% 的微塑料，尤其对 <100 μm 颗粒高效；

超滤（UF, 1–100 nm）：几乎完全截留微塑料，出水微塑料浓度可降至 <1个/L；

缺点：膜污染严重，运行成本高，需定期清洗或更换。

高级氧化技术（AOPs）

臭氧、Fenton、光催化等可降解微塑料表面官能团，促使其碎裂或矿化；

对纳米塑料有一定效果，但难以完全分解聚合物主链；

常作为辅助手段与其他工艺联用。

混凝-絮凝-沉淀/气浮

投加PAC、PAM等混凝剂，增强微塑料与絮体结合，提高沉降效率；

对疏水性微塑料（如PE、PP）效果较好，去除率可提升至85%以上。

生物滤池与人工湿地

利用填料截留和植物根系吸附，对纤维类微塑料有一定去除作用；

成本低，但效率不稳定，适用于分散式系统。

5. 挑战与优化方向

5.1 当前面临的主要挑战

检测方法不统一：样品前处理、显微识别与光谱分析（如μ-FTIR、Raman）标准尚未统一，影响数据可比性；

纳米塑料难以检测与去除：粒径 <1 μm 的纳米塑料更具生物穿透性，但现有技术难以有效拦截；

污泥处置风险：富集微塑料的污泥缺乏安全处置规范；

源头控制不足：缺乏对洗涤纤维释放、个人护理品微珠的强制性限制。

5.2 优化与发展方向

源头减量：推广洗涤机过滤器（如Coraball、Lint LUV-R）、禁止添加塑料微珠、发展可降解替代材料；

工艺升级：在污水处理厂末端增设膜处理单元（如MBR、UF），实现深度去除；

智慧监测：开发在线微塑料传感技术，实现动态监控；

政策与标准建设：制定废水中微塑料排放限值与污泥中微塑料含量控制标准；

循环经济路径：探索微塑料回收与资源化技术，如热解制油、催化转化等。

6. 结论

城市废水系统是微塑料从陆地向水环境迁移的关键节点。尽管现有污水处理工艺可去除大部分微塑料，但小粒径、低密度及纤维类微塑料仍存在显著逃逸风险。传统工艺需与膜技术、高级氧化等深度处理手段结合，才能实现高效截留。未来应坚持“源头减量—过程控制—末端强化—安全处置”的全链条防控策略，推动技术研发、标准制定与政策协同，切实降低微塑料对水生态系统的长期风险。