关键词：
微塑料
自来水
余氯
消毒副产物
腐殖酸
摘要：
微塑料（Microplastics,MPs）作为一类新兴污染物备受关注。MPs对自来水的污染已被诸多研究证实,然而其在供水系统中的污染行为和影响尚未完全阐明。本研究选取了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）和聚碳酸酯（PC）作为代表性MPs,通过模拟供水管网余氯环境,系统研究了MPs在余氯作用下的物性变化、向水中释放溶解性有机物（DOM）的行为以及生成消毒副产物（DBPs）的情况。同时,探究了MPs与溶解性腐殖酸（HA）的相互作用,及其对MPs生成消毒副产物的影响。主要研究结论如下:
（1）供水管网的余氯能够作用于MPs使其老化。研究考察了自来水中余氯对MPs的转化作用,以0.4 mg/L（以Cl2量计）氯投加量模拟自来水中余氯,分别考察作用时间为5 d、10 d、16 d时微塑料的表面特性变化,结果发现,在氯与ABS和PC两种微塑料作用5 d时,MPs的XPS图谱能够观察到其表面特性的变化,对于ABS,在286.3 e V附近出现了新的C-O特征峰,表明在氯的作用下生成了新的羟基。作用10 d时,C-O特征峰和C=O双键特征峰增强,表明引入了更多的O元素,且单键进一步被氧化为双键,同时π键峰逐渐减小,表明苯环在被逐渐氧化。作用16 d时,π键峰已经消失,而且286.5 e V左右的C≡N特征峰发生了降解,与此同时,C-O和C=O双键峰进一步增强,表明ABS表面持续被氧化。此外,PC微塑料也观察到类似变化。经过16 d的氯化后,两种MPs的颜色由原本的白色转变为黄色。通过扫描电镜观察到,ABS表面出现了褶皱和更多的孔洞,而PC表面则呈现出明显的褶皱和沟壑。同时,氯老化后的MPs接触角有所减小,这意味着MPs的表面极性增大,疏水性相应减弱。
（2）余氯作用于MPs使其在水中浸出的DOM溶的种类和数量增加。MPs在水中会浸出DOM,以0.3 g/L浓度的ABS与PC分别开展实验,在无氯时ABS浸出量第五天达到最大值0.5794±0.0246 mg/L,PC在第二天达到最大值0.5502±0.0236 mg/L,而在有余氯作用时,ABS浸出量第四天达到最大值0.9198±0.0615 mg/L,PC浸出量在第三天达到最大值1.0273±0.0289 mg/L,可见,余氯的作用使得MPs向水中释放的DOM量增大。除此之外,浸出DOM的浓度还与粒径、光照条件等相关。浸出量总体趋势呈现为:小粒径MPs略微高于大粒径,PC浸出量多于ABS。通过三维荧光以及液质联用分析发现,余氯作用促使MPs向水中释放的DOM的种类增多。
（3）MPs在供水管网中会与余氯反应生成消毒副产物（DBPs）。本研究考察了MPs在余氯作用下生成三氯甲烷（TCM）的情况。结果表明,在氯含量为0.4 mg/L、MPs浓度为0.3 g/L、反应7 d的情况下,ABS-100和ABS-600的TCM生成量分别为8.39和9.02μg/L,而PC-100和PC-600的TCM生成量为7.80和8.38μg/L。除了MPs种类外,TCM生成量还与MPs浓度、氯浓度等因素相关。同时,研究还考察了MPs浸出物与余氯反应4 d生成TCM的情况,与直接投入MPs相比,ABS-100、ABS-600、PC-100和PC-600的TCM生成量分别从4.87、6.09、4.89、5.97μg/L降到了3.31、3.60、2.39、3.21μg/L。通过对淡水离子环境的模拟实验,发现离子对TCM的生成具有负面作用,然而这种影响并不显著。
（4）MPs能够吸附HA并影响其与氯反应生成TCM的数量。MPs的浓度、粒径、老化程度以及环境因素中的离子浓度、p H等都会影响MPs对腐殖酸的吸附,通过动力学和等温线分析,两种MPs大致符合二级动力学模型和Freundlich模型。最后,考察了吸附了腐殖酸的MPs与余氯反应生成TCM的情况,结果表明,ABS-100、ABS-600、PC-100和PC-600的TCM生成量分别从未吸附腐殖酸时的8.33、8.78、7.73、8.22μg/L提升到了14.30、15.69、14.42、15.98μg/L。
本论文比较系统地研究了自来水中的微塑料在余氯作用下发生的老化现象及其浸出DOM、生成TCM、吸附腐殖酸等污染行为,以期为微塑料污染饮用水研究提供一定的基础数据,为进一步科学评价自来水中微塑料污染及危害提供科学依据,这对促进加强微塑料管控具有一定意义。
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