微塑料对污水厂活性污泥的影响研究综述

王雪琴

（重庆建筑科技职业学院，重庆 401331）

微塑料是指通过各种途径进入生态环境中直径小于5 mm的塑料颗粒。微塑料包括初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料主要来自个人洗护用品、车辆轮胎摩擦耗损、化纤衣物洗涤等。次生微塑料是生产、生活中使用的塑料释放到环境中被分解后，最终变成不计其数的小塑料颗。研究表明其广泛存在于水生态系统、土壤、沉积物中，甚至在饮用水、人类粪便、极地环境中。因微塑料具有粒径小、比表面积大、易吸附污染物、使用量大、光解能力弱、难降解等特点，其在环境中可以存在几百甚至上千年，是一种持久性的有机污染物。微塑料易被环境中不同生物营养级所误食，而在食物链传递和富集；同时随着微塑料在环境中的与日俱增，其对生物体及生态系统会产生严重威胁。微塑料主要通过呼吸作用、消化系统和皮肤进入机体，对组织和器官产生毒害效应；甚至还可能进一步导致生物体的遗传性病变、癌症等疾病。

1 污水厂微塑料研究现状

1.1 微塑料的处理与排放

污水处理工艺对微塑料具有很高的去除效果，可达到90%以上，这对于减少污水中的微塑料随出水排放进入自然水体具有重要意义，但由于生活污水排放量大，仍有大量的微塑料经污水处理厂出水进入水体中。所以，污水厂是微塑料进入环境的重要途径[1]。

根据研究，市政污水厂污泥富集约90%～98%的微塑料。但是，污水厂对微塑料的去除途径只包括沉降、吸附、诱捕、拦截等，这些过程也仅使微塑料从废水中转移到污泥中。此外，在污水厂污泥处理过程中，微塑料的表面理化特性也会发生显著变化，从而增强与重金属、有机污染物、致病菌的相互作用，进而加大污泥微塑料的生态风险。因此，污泥处置不当将导致这些微塑料再次进入环境中，造成微塑料的二次污染。

1.2 微塑料的类型及形态

污泥中微塑料主要来源于污水中微塑料的沉积与转移，其微塑料的组成类型总体与污水相似。相关研究显示，我国不同地域和城市污水处理厂被检验出的微塑料呈现不同的种类和规律，其主要成分是涤纶、聚苯乙烯，聚丙烯、聚乙烯，形状为透明或白色为主的颗粒。Li等[2]]研究发现，从颜色来看，污泥中微塑料的占比从高到底依次为白色、黑色、红色、橙色、绿色和蓝色等；对应的比例分别为59.6%、17.6%、9.0%、3.3%、2.3%、1.7%等；从形状组成来排序，分别为纤维状、杆状、薄膜状、薄片状，对应的比例分别为63%、15%、14%、7.3%；从化学组成来看，微塑料主要有聚烯烃、丙烯酸纤维、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯等。Mahon等[3]也发现，污泥中微塑料的类型主要有高密度聚乙烯（HDPE）、PE、丙烯酸、聚酯、PP、PET、PA等.挪威8个污水处理厂的污泥微塑料，发现微塑料的类型分别为微小球37.6%、薄片31.8%、纤维状28.9%。研究表明，未发现污泥中有粒径大于500 μm的微塑料，而粒径小于500 μm的微塑料主要为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚苯乙烯等。

1.3 对活性污泥中微塑料含量的研究

Li等[2]研究了我国28个污水处理厂，发现微塑料含量为1.6×103-56.4×103个／（kg干污泥），污泥中微塑料的平均含量为22.7×103个／（kg干污泥）。其他各国数据如下：德国污水厂污泥中，小于500 μm的合成塑料颗粒含量达到24 个／（kg干污泥）；俄罗斯污水处理厂中，污水中微塑料（纺织纤维）的数量为467 个／L。其中，1 L洗衣污水中大约有100多根纤维会通过洗涤衣物释放到污水处理厂中；瑞典污水厂中微塑料含量达（16.7±1.96）个／（g湿重污泥）；Mahon等[3]发现，荷兰污水厂污泥中微塑料的含量为4196-15385个／（kg干污泥）；通过挪威8个污水处理厂的污泥微塑料含量，计算出微塑料的平均丰度为6 077个／（kg干污泥）；Mason等对美国17个污水处理厂也进行了统计分析，结果表明，服务人口与污水微塑料颗粒含量呈显著正相关关系。

总之，不同国家、不同污水厂污泥的微塑料含量不一样。但是，污水处理厂中大部分微塑料会进入不同处理单元的污泥中，其含量可能与人口密度、经济发达程度、造林面积、气温、降雨量等因素有关。同时，进水中工业废水比例、生化处理工艺、污泥脱水方式等工艺也会影响污泥微塑料的含量。

2 微塑料对活性污泥性能及微生态的影响研究

林旭萌[4]考察了聚醚砜（PES）微塑料及2，4-二氯苯酚（2，4-DCP）对厌氧颗粒污 泥疏松胞外聚合物（LB-EPS）和紧密胞外聚合物（TB-EPS）组分的影响，并利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥的微生物群落及基因功能变化进行了分析。通过高通量测序发现投加了PES或2，4-DCP实验组厌氧颗粒污泥的微生物丰度及多样性均减少。基于PICRUST分析发现，PES或2，4-DCP实验组中，污泥中能量代谢功能相关基因比对照组增多了0.25%-0.72%；而2，4-DCP实验组污泥中膜运输功能组相关基因丰度减少明显。聚氯乙烯微塑料（PVC）在丰度为0-10，000个/ L时，其对污泥的短程硝化（PN）过程有影响。PVC通过抑制反应堆中的氨的氧化细菌（AOB）和亚硝酸氧化细菌（NOB）活性来抑制PN过程，这可能是归于PVC释放的有毒化合物。由于AOB的抑制，微塑料的存在也减轻了N2O的溶解和气体形式。厌氧颗粒污泥（AGS）对模型微塑料（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET-MPs））产生本能的反应。

实验表明，PET-MPs在相对较低水平（15MPL-1）下不影响AGS性能，而当含量为75-300MPL-1时，PET-MPs导致COD去除效率和甲烷产量降低，短链脂肪酸（SCFA）积累和颗粒破损增加。细胞外聚合物物质（EPS）分析表明，高浓度的PET-MPs抑制了EPS的产生。而微生物群落分析显示，关键产酸菌种群和产甲烷菌长期接触减少。Wei等[5]研究了聚乙烯（PE）微塑料影响活性污泥厌氧消化的机理，结果表明，较低水平的PE微塑料并没有显著影响甲烷的产生，但较高水平的PE微塑料使甲烷产量降低了。相应地，微生物群落朝着不利于厌氧消化的方向移动。Wei等聚氯乙烯（PVC）微塑料通过浸出含氧双酚A，影响活性污泥厌氧消化的甲烷产生。研究表明，PVC微塑料含量为10 个/g TS时，甲烷产量显著增加了5.9±0.1%，但较高水平的PVC微塑料（即20、40和60个/g TS）抑制了甲烷产量，这主要是因为双酚A（BPA）浸出对水解酸化过程产生显著抑制作用导致的。

总的来说，不同种类、不同浓度水平的微塑料在不同条件下对活性污泥厌氧消化过程的影响不一样。

3 结论

综上所述，污水处理厂污泥中微塑料研究正成为国际上的研究热点之一，但我国对微塑料的相关研究尚处于起步阶段，相关研究较少。而国内外关于污水厂污泥中常见微 塑料对活性污泥厌氧消化性能的全面研究也比较缺乏；活性污泥微生态对于常见微塑料的响应机制、微生态在微塑料影响下其群落结构的演替变化研究相对空白。因此，相关技术人员应不断去研究、发现，为我国的微塑料研究做出贡献。