自来水中微塑料污染的危害及去除技术研究.pdf
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1、2023 年第 3 期 72 CITY AND TOWN WATER SUPPLY研究与探讨自来水中微塑料污染的危害及去除技术研究李文鹏王丽群颜雯雯张红贾勇(资阳市疾病预防控制中心理化实验室,四川资阳 641300)摘要:塑料工业的快速发展,废弃的塑料最终以微塑料的形式经各种途径进入水环境中,已逐渐引起了人们的关注。微塑料是一种广泛存在于水环境中的新型污染物,由于粒径小、数量多、具有吸附性,对人体构成潜在健康风险;有关自来水中微塑料危害的研究和去除技术的文献时有报道,本文总结了自来水中微塑料进入人体后造成的健康风险和致病机理,提出了尽快加强自来水中微塑料的去除技术的研究;根据国内外自来水中微塑
2、料去除技术的研究现状进行了综述,分析了各去除技术的优缺点,并对今后微塑料去除技术的研究方向进行了展望;通过改善现有水处理工艺提高微塑料去除效率、研发新的去除小粒径微塑料的新方法以及加强原水控制来达到去除微塑料的目标。关键词:自来水;微塑料;危害;毒性;去除技术引言随着塑料工业的发展,塑料已经成为人类生产生活中不可或缺的最大材料来源。但随着塑料被广泛使用和不当管理,塑料带来的危害越来越受到人们的关注。据统计,2020 年我国塑料总产量约为 0.76 亿吨1,进入环境的塑料占总产量的 6 成左右,并呈逐年增加的趋势23。塑料给人们的生产生活带来了极大的便利,但同时也带来了严重的环境污染问题。因塑料
3、降解缓慢,能长期在环境中存在,经光氧化降解、化学降解、物理磨损以及生物降解等外力综合作用下被分解为细小的塑料纤维、颗粒或薄膜,通常将直径 5mm 的塑料纤维、颗粒或薄膜被称为微塑料4。作为一种新兴的污染物,微塑料分布广泛,可在大气、海洋、陆地环境、淡水水体中迁移,毒理较为复杂,其中的某些添加剂,如壬基苯酚、多溴联苯醚、邻苯二甲酸盐、双酚 A 等会在塑料降解为微塑料的过程中释放到水环境中,难降解,可长期稳定的存在于淡水中。淡水是人类自来水的主要来源,在世界各地的淡水中都发现了微塑料,浓度在每立方米几个到几百万个颗粒范围内。微塑料能长时间稳定的存在于水体当中,随着微塑料在自来水中被发现,其可能会对
4、人体健康构成潜在风险,引发了人们对环境和健康问题的强烈关注5。微塑料因表面积大、疏水能力强,是有毒有害化学物质的优良载体,其危害程度会进一步加强。由于自来水中微塑料的浓度普遍较低,其潜在风险在短2023 年第 3 期 73 CITY AND TOWN WATER SUPPLY研究与探讨时间内不会造成明显健康损害,往往被忽视。有关于微塑料的报道较为少见,特别是自来水处理厂的原水和出厂水微塑料存在浓度和水处理工艺对微塑料去除技术方面的研究还十分有限。本文通过文献调研,对自来水中微塑料危害以及去除技术的研究进行了综述并作出了展望,可为自来水中微塑料的健康危害和去除技术研究提供理论参考。对明确自来水中
5、微塑料的危害、去除技术具有指导意义。一、自来水中微塑料的危害自来水与人体健康息息相关。随着微塑料在自来水中被发现68,微塑料对人体的健康风险评估得到越来越多的关注810。几种类型的微塑料已经在人类胃肠系统和进入血液和淋巴被观察到11。在 2018 年举行的欧洲肠胃病学术会议上,首次报告了在人体粪便中检测到多达 9 种微塑料,表明微塑料会最终进入人体内。2019 年 5 月世界自然基金会(WWF)发布的研究报告表明全球范围内人均每周摄入 5 克塑料。已有研究表明微塑料能够通过阻断和破坏生物的消化系统对其造成巨大的伤害12。微塑料在肠道内会破坏肠道菌群平衡,易导致营养不良、发育迟缓等现象。部分纳米
6、级微塑料可穿过生物膜屏障,进入生物体内引起组织13炎症或免疫反应损害免疫细胞14。微塑料不仅能通过食物链对人体健康造成潜在的危害,同时也是将有毒有机化合物和重金属转移到水生生物的潜在途径15。人体通过自来水摄入的微塑料可以在胃肠道富集,研究证明多种人体细胞都能够吸收微塑料1618,到达肠道的微塑料被小肠上皮细胞通过被动扩散、细胞渗透或主动的细胞摄取等方式吸收。进入生物体内的微塑料会影响消化系统和免疫系统19。纳米级的微塑料,对于肠道疾病患者,由于炎症感染引起的组织通透性,危害将显著提高18。同时,纳米尺寸大小的微塑料能进入人体血管,较大的塑料(2mm)可以留在肠道中。虽然低浓度微塑料能够进入血
7、液循环,但难以通过细胞膜进入深层组织,它被脾脏清除20。随着微塑料尺寸的减小,它还可能进入外周组织和循环系统通过淋巴聚集进而扩散全身。Gopinath认为,微塑料可以穿过肠绒毛并进入血管,并证实了蛋白质塑料复合物(所谓的蛋白质电晕)的形成,与原始状态的微塑料相比,蛋白包被的微塑料具有更高的细胞毒性和遗传毒性。纳米级的微塑料扩散式穿过细胞膜进入细胞内2122,进而被胃癌细胞通过网格蛋白介导的途径吸收,引起蛋白质的变化形成聚结效应。另外,纳米微塑料具有细胞毒性,可以抑制细胞分裂,除了颗粒大小,细胞对微塑料的吸收也受到颗粒表面积、电荷、疏水性等因素的影响23。此外,进入人体的微塑料会被多种人体细胞吸
8、收后还有可能通过分娩转移,进而影响婴儿的健康。Wick24利用体外人体胎盘灌注模型,探究微塑料在胎盘屏障中的转运机制,发现小于 240nm 的微塑料颗粒可透过胎盘屏障转移至胎儿体内。微塑料颗粒毒性研究表明:在不同生物系统中,微塑料具有细胞毒性,同时还有炎症性效应和向毛细血管空间的转移。另一方面,微塑料的粒径小,但比表面积较大,是添加剂和有机污染物的优良载体。进入人体后,由于温度、酸度的不同导致被吸附的有毒物质被释放出来,造成健康的损害。如水中存在的多氯联苯、双酚 A、邻苯二甲酸酯类、壬基酚等持久性有机污染物,这些污染物易与微塑料吸附形成有机污染源,提高致癌风险2527。据报道,微塑料可捕获致癌
9、物,吸附水中多达 236ug/L 的多环芳烃。微塑料渗滤液的危险程度大约是苯和苯乙烯的 10002023 年第 3 期 74 CITY AND TOWN WATER SUPPLY研究与探讨倍。用多环芳烃捕获的微塑料的毒性等效量为88.21g。癌症风险为 1.2810-5,高于推荐值 10-6。S Selvam 等研究表明28地表水和地下水中的微塑料与毒性重金属之间存在相互作用。针对由 OSPRC 框架评估的传输路径得出:微塑料是一种水污染媒介。虽然早年并无太多对微塑料的研究,但如今许多相关的报道表明微塑料对人体的危害已不容忽视,因此建立起对微塑料的监测和管控系统迫在眉睫。二、微塑料的去除技术的
10、研究淡水是人类自来水的主要来源,在世界各地的淡水中都发现了微塑料,其中微塑料的浓度范围几乎从每立方米的空白含量到几百万颗粒不等29。城市水厂工艺与自来水水质息息相关。传统自来水处理工艺是确保自来水安全,去除物理、化学和生物污染物,如悬浮物 颗粒、重金属和微生物等。这些工艺在设计之初并未考虑到对微塑料的去除。且目前关于自来水中微塑料去除技术的研究较少,对自来水中微塑料存在的限量标准也未作规定。因此,在自来水中去除微塑料这方面仍存在着较大的挑战,水厂对微塑料的去除工艺和去除效率应当得到重视和发展。通常在经过混凝、沉淀、砂滤、臭氧处理和活性炭过滤等30净化工艺后,在自来水中仍能检测出微塑料,其含量从
11、空白含量到数千个颗粒不等31。考虑到微塑料对人体造成的健康风险,去除自来水中的微塑料不容忽视。目前,自来水采用传统处理工艺去除微塑料的报道有限。Kosuth 等32尝试了多种技术和方法从自来水中去除微塑料,并从检测进水中的微塑料含量和经自来水处理工艺后的流出水,以及研究不同处理工艺对微塑料去除效率的影响两个方面进行了评估。经过滤后,大量的微塑料得以减少,Pivokonsky 等人33调查了尺寸小于 1mm 的微塑料在水源水和经过 3 个自来水厂处理后的自来水中的含量。通过对混凝/絮凝和砂滤;混凝/絮凝、沉淀、砂滤和活性炭过滤;混凝/絮凝、气浮、砂滤和活性炭过滤等三种技术对微塑料去除效果的比较,
12、结果表明:经过三种工艺处理的水中微塑料含量显著降低,微塑料的去除效率分别达到 70%、81%、83%。但在文中没有研究单个处理步骤的效率,例如混凝/絮凝、沉降等。DJ Sarkar 等34采用混凝/絮凝和脉冲澄清相结合的方法可消除 62%的微塑料,通过砂滤可消除 23%的微塑料。针对水处理过程的单一环节,Zhifeng Wang 等30研究了自来水处理厂中每个处理单元的出水微塑料的特性,并探讨了微塑料的变化与处理过程去除性能之间的关系。总体而言,混凝结合沉淀和颗粒活性炭过滤在去除微塑料方面表现良好。前者的去除效率约为 40.5 54.5%,主要作用于纤维的去除,而颗粒活性炭过滤的存在使微塑料丰
13、度降低了约 56.8 60.9%,主要作用于小尺寸的微塑料。值得注意的是,与原水相比,沉淀出水中检出大量聚丙烯酰胺单体(PAM),这是由于使用了含有 PAM 的混凝剂造成的。特别是臭氧出水中 1 5m 微塑料的数量增加了 2.8 16.0%,导致臭氧化去除效率为负。微塑料的去除还取决于它们的物理特性(大小和形状),Baiwen Ma 等人27,35研究了不同粒径(50m。同时研究了微塑料在自来水处理厂中跨越多个工艺流程的去除效率,结果表明:混凝、沉淀和过滤过程去除了几乎所有大于 10m 的微塑料。对于粒径小于 1m 的微塑料,去除效率也可达到 80%。可以看出:对于较大颗粒的微塑料,传统的自来
14、水处理工艺也能有效去除,但受到微塑料本身物理性质的影响较大。对于较小粒径的微塑料,可采用膜分离技术得到较高的去除率,MeirouWu等37研究了在压差作用下微滤膜用于拦截原水中的颗粒物可成功去除自来水中的细菌、悬浮固体和铁。该技术的提出为自来水中微塑料的去除提供了一种实用且可行的处理方法。纳滤膜和反渗透膜具有很强的选择性,可有效去除有机污染物、多价离子和消毒副产物,同时降低水的硬度,减少微塑料吸附的有毒有害物质。三、结论及展望目前,已在自来水中发现微塑料的存在,且数量差异较大,从每升体积水几个到数千个颗粒。微塑料对人体造成的健康风险,无论是原水引入,或是通过自来水处理过程所产生的微塑料,都应该
15、得到重视并加以研究。粒径小的微塑料会被人体摄入进入人体组织和细胞中,对人体健康造成潜在风险。对此,应设计出能有效去除自来水中微塑料的工艺,降低末端流出自来水中微塑料的浓度,减少其对人类健康的危害。但目前去除微塑料的研究自来水处理工艺还比较匮乏,对于粒径较大(大于 100um)的微塑料的整体去除效率为82.1 88.6%,较小粒径的微塑料的去除率更低。传统的水处理工艺并未考虑到微塑料的去除,因此,在现有的微塑料去除技术研究基础上,亟需针对微塑料进行去除方面的相关研究:一是开发新的自来水处理工艺,二是在传统给水处理工艺的基础上,优化絮凝与微滤或超滤组合工艺对微塑料的去除技术展开研究,加上膜分离技术
16、的大规模应用,改善现有的水处理工艺流程,三是加大对粒径小的微塑料(1um)的去除研究,因为传统的水处理工艺并不能有效处理小粒径的微塑料。因此,去除自来水中微米级、纳米级或更小粒径微塑料的污染问题将是未来研究的重要方向。参考文献:1 马占峰,姜宛君.中国塑料加工工业(2020)J.中国塑料,2021,35(5):1192 Geyer R,Jambeck J R,Law K L.Production,use,and fate of all plastics 2023 年第 3 期 76 CITY AND TOWN WATER SUPPLY研究与探讨ever madeJ.Science advanc
17、es,2017,3(7):e17007823 田妤,李悦,李伟英.自来水中微塑料的检测,存在水平与来源 J.给水排水,2020,46(8):152 1584 Hanke G,Galgani F,Werner S,et al.Guidance on Monitoring of Marine Litter in European Seas:a guidance document within the Common Implementation Strategy for the Marine Strategy Framework DirectiveJ.20135 Novotna K,Cermakov
18、a L,Pivokonska L,et al.Microplastics in drinking water treatmentCurrent knowledge and research needsJ.Science of the total environment,2019,667:730 7406 Kosuth M,Mason S A,Wattenberg E V.Anthropogenic contamination of tap water,beer,and sea saltJ.PloS one,2018,13(4):e01949707 Schymanski D,Goldbeck C
19、,Humpf H U,et al.Analysis of microplastics in water by micro-Raman spectroscopy:release of plastic particles from different packaging into mineral waterJ.Water research,2018,129:154 1628 Omann B E,Sarau G,Holtmannsptter H,et al.Small-sized microplastics and pigmented particles in bottled mineral wat
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