城市污水处理厂中微塑料的迁移、赋存特征及深度去除研究

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微塑料(Microplastics,MPs)是一种新兴的环境污染物,在环境水体中广泛存在。由于微塑料体积微小且表面容易吸附有毒物质,严重威胁水生生物及人类健康安全,微塑料污染已成为全球关注的重点。为了防控水环境中的微塑料污染,需要对水环境微塑料进行溯源及迁移转化研究。城市污水处理厂作为微塑料的汇源,在微塑料的迁移中扮演着重要角色,被认为是水体微塑料的重要来源之一,因此,开展城市污水处理厂中微塑料迁移转化、赋存特征等研究具有重要意义。然而,目前开展微塑料污染研究难度大,主要原因是微塑料检测困难,没有统一的分析测定方法,结果重现性和可比性较差,对于城市污水,这个问题尤其突出,因为污水水质成分复杂,干扰因素多,特别是有机物的干扰。因此,本课题以镇江市某城市污水处理厂为研究对象,首先在对比研究常用消解方法的基础上,确定最适于城市污水微塑料测定水样消解的方法,然后采用所确定的城市污水微塑料测定方法,从时间和空间上对城市污水处理系统中微塑料的迁移、赋存和去除特征进行系统、全面的研究,最后使用真空膜蒸馏技术对城市污水处理厂尾水中微塑料的深度去除进行了探索研究。得到的主要结论如下:(1)H2O2(30%)消解法是最适于城市污水微塑料测定水样的消解方法,其最佳消解条件为:消解时间30 min,消解温度47℃,H2O2投加量和污水COD量的比值为2。相比KOH(100 g/L)消解法和HNO3(69%)消解法,经H2O2(30%)消解法消解的水样,加标微塑料回收率最高,同时微塑料的表面形貌破坏最小,消解效果最好。(2)微塑料在城市污水处理厂中主要以迁移为主,微生物的转化作用甚微。具体表现为:少量微塑料随污水处理进入到了格栅拦截的栅渣和沉砂池沉下的沉砂中,而大部分微塑料则随污水进入到了生化池,被活性污泥所吸附,但基本上不被微生物所降解,然后在二沉池中随活性污泥沉淀下来,污水中绝大部分(83.1%)的微塑料迁移到污泥中,并随剩余污泥的排放而被去除。(3)城市污水处理厂各工序污水中微塑料含量在夏季最少(平均183.7个/L),春季(平均205.3个/L)、秋季(平均196.7个/L)次之,而冬季最多(平均231.1个/L),但冬季微塑料去除率却最低。因此,冬季尾水微塑料浓度最高,环境危害最大。同时,城市污水处理厂各工序污水中微塑料的赋存状态也随季节而变化,主要表现为夏季丝状微塑料占比较少,而春季、秋季及冬季丝状微塑料占比较大。(4)采用真空膜蒸馏(Vacuum Membrane Distillation,VMD)深度去除尾水中的微塑料是可行的,VMD可以完全去除尾水中的微塑料。同时,尾水微塑料深度去除效果受膜孔大小和操作条件等的影响不大。在实验研究条件下,尾水中的微塑料均能被完全去除,但膜蒸馏通量随膜孔的增大、料液侧温度的升高、料液流量的增大和冷侧真空度的增大而明显增大。综合考虑,适宜的膜蒸馏操作条件为:进料温度80℃,进料流量325 L/h,真空度为0.09 MPa。
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