天津滨海新区环塘污水处理有限公司天津3000450
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，对污水处理厂中MPs的研究主要集中在污水处理厂进出水MPs浓度、类型等常规特征的表征。国内关于污水厂排放MPs的研究仍处于起步阶段，相关案例较少，特别是针对我国多城市普遍建设的集中式大型污水处理厂，其进出水MPs的分布特征及相关去除效果尚不清楚。因此，有必要针对污水处理厂进水及各处理工艺出水中MPs的浓度形态变化、相应的去除率差异及MPs在污水处理厂的归趋进行研究。
关键词：微塑料；污水处理厂；处理工艺；去除效率；归趋
引言
塑料垃圾是一种难降解，影响环境美观的污染物。污水处理厂出水是自然水体中微塑料（MPs）的重要来源。本文以上海市两个大型污水处理厂（WWTP）为研究对象，分析了进水及各处理工艺出水中MPs的浓度形态变化及相应的去除率差异，计算了MPs在污水处理厂的归趋。结果表明，WWTP1和WWTP2进水中MPs浓度分别为（226.27±83.00）个?L-1和（171.89±62.98）个?L-1；WWTP1对MPs的去除效率为63.25%，略大于WWTP2的处理效率（59.84%）；两个污水处理厂一级处理工艺对MPs的去除率占整个处理工艺的70%~80%。从污水处理厂的处理工艺来看，一级处理工艺和二级处理工艺分别将污水中（48.10%±1.62%）和（12.97%±0.05%）的MPs转移到污泥中。从整体来看，污水处理厂中的MPs，最终有（38.82%±1.55%）的MPs随出水进入到自然水体，剩余（61.18%±1.55%）的MPs进入到污泥中。
1材料与方法
1.1样品采集
本文选取上海市2个典型的大型三级污水处理厂为研究对象。WWTP1和WWTP2为上海市处理规模较大、处理工艺较典型的污水处理厂，日污水处理能力均在百万立方米以上，主要处理上海市的生活污水，处理出水排入长江口。WWTP1的服务范围主要包括黄浦区、静安区、长宁区、徐汇区、普陀区、闵行区及浦东新区，汇水区面积271.7km2，服务人口355.76万；WWTP2的服务范围主要包括普陀区、长宁区、静安区、闸北区、黄浦区、虹口区、杨浦区及浦东区，汇水区面积190km2，服务人口293万。两个污水处理厂均采用活性污泥法处理污水，在处理工艺上略有不同，WWTP1在一级处理中采用旋流式沉砂池，其后又进一步进行沉淀处理，二级处理采用A2O生物反应池；而WWTP2在一级处理中采用曝气沉砂池，出水直接进入生物池进行二级处理。
1.2样品处理
用超纯水将玻璃瓶中的水样全部转移至玻璃烧杯，然后将所有样品放在90℃的烘箱中烘干。在烘干后的样品中以1∶1的比例加入30～50mL（视有机物多少而定）、30%的H2O2和FeSO4，并于60℃～70℃下进行消解，即湿式消解法（WPO），以达到完全去除有机物的效果。然后将饱和NaCl溶液加入到样品中进行密度分离，最终将上清液过滤到膜上，自然风干膜上截留的微塑料样品，进行下一步鉴定。
1.3样品鉴定
本研究鉴定微塑料使用的是体视显微镜观察并结合拉曼光谱分析，对微塑料形态按照纤维、小球、碎片和颗粒，颜色按照黑色、黄色、红色、蓝色、绿色、白色和透明，进行统计分析。需要注意的是，在对照光谱库进行样品识别时，由于光谱库的样品都是干净理想的样品，而现实中通常是不存在，因此需要建立更符合环境样品的光谱库。同时，还可以通过识别样品中的官能团来确认样品的化学结构。每个样品先在显微镜下挑取具有代表性的微塑料24～60个，具体数量视样本情况而定，记录其颜色、形态。然后将这些微塑料放置载玻片上，进行拉曼光谱鉴定，记录其成分。由于水样膜上的样品很多，无法一一鉴定。然后在拉曼光谱鉴定的基础上，对膜上剩余的可疑微塑料进行统计计数。然后根据拉曼光谱鉴定的结果，按照比例计算统计数中的真实微塑料总数。最终将统计有效数和鉴定有效数相加即为实际微塑料总数。泥样的可疑微塑料数较少，将可疑微塑料全部进行拉曼光谱鉴定，因此泥样实际微塑料总数即为鉴定有效数，本研究拉曼光谱共鉴定了440个可疑微塑料，其中只有175个为微塑料，各样品的检出率为16%～81%。
1.4MPs采集及检测过程质控
所有用于保存或检测样品的容器均为不锈钢或玻璃材质。采样前事先用纯净水和超纯水（MilliQ）二次清洗所有接触容器，并进行密封保存。采样过程中穿着棉质衣物以避免纤维衣物的可能污染。采集样品在无尘室中进行处理及检测，以避免大气沉降的干扰。在实验过程中同样穿着全棉质实验服。在样品检测前，对高速摄像仪及红外光谱的工作台进行消毒清洗。同时，设置空白实验对实验环境及整个实验流程中可能造成的MPs污染进行检测，从而排除环境因素的干扰：取2L超纯水作为实验空白组，加入NaOH调整至1mol?L-1，再在40℃条件下消解8h，然后将消解后的水样过滤到0.45μm的滤膜上，再把滤膜放置在高速摄像仪下进行检测，并进行红外检测。在空白实验中未检测到MPs。
2结果与讨论
2.1微塑料去除率
对于微塑料总体而言，污水厂处理水中的微塑料去除率基本与粒径呈正比，1~5mm的去除率为58.33%，0.355~1mm为56.16%，0.125~0.355mm去除率为53.47%.对于非纤维状微塑料呈现同样趋势.随着粒径增加，去除率依次为56.94%，65.96%，91.67%.然而对于纤维状微塑料，随着粒径增大，去除率呈现下降趋势，分别为51.54%，48.80%和25.00%.由于纤维状微塑料的去除率随着粒径增加而下降，而非纤维状微塑料去除率随着粒径增加而增加，总体的去除率由于这两者的加和略显平稳，但整体而言随着粒径增加呈逐渐上升趋势.
2.2污水处理厂中MPs的归趋
从工艺流程的角度来说，污水处理厂处理后的MPs最终归宿为污水和污泥[40]。从检测数据计算可知，一级处理过程中有48.10%±1.62%的MPs被格栅和沉砂池拦截到污泥中；二级处理过程中有12.97%±0.05%的MPs转移到污泥中。污水中的MPs经污水处理厂处理后，38.82%±1.55%的MPs随出水进入到自然水体，61.18%±1.55%的MPs进入到污泥中。以本研究中进水MPs的浓度、去除率，以及两个污水处理厂处理污水量为基础，对这两个大型污水处理厂排入水体中MPs的总量进行估算，每天约有3.06×1011个MPs颗粒被释放到水体中。大量的MPs排入到受纳水体后，会对受纳水体造成巨大的冲击，甚至会造成该区域微生物群落的改变。这些MPs不仅会对该区域造成影响，它们会随水流继续流动，最终汇入海洋，对整个生态系统产生不利影响。
结语
我国污水处理厂在去除微塑料方面还有很大的提升空间。但目前国内关于污水处理厂微塑料的研究较少，急需对该方面工作的完善，后续研究可针对不同工艺流程、污水处理程度、污水厂服务人口以及污水类型等方面，对污水厂微塑料进行对比研究，分析污水处理厂中微塑料的来源和归宿，从而针对其来源提出减少微塑料的措施。
参考文献：
［1］龙邹霞．微塑料污染研究进展和问题［J］．应用海洋学学报，2017，26（4）：586-596．
［2］郑宁来．去年塑料制品行业稳中向好［J］．合成技术及应用，2018，2（33）：28．