关键词： 微塑料   有机污染物   吸附   QSAR   多元线性回归  

摘要： 微塑料作为环境中的一种新兴污染物,由于具有较大的比表面积、容易吸附环境中的有机污染物,从而引起了广泛的关注。水环境中的微塑料颗粒可以携带污染物在水环境中迁移转化,不仅影响污染物在环境中的归趋,还有可能产生复合污染,因此,研究微塑料在水环境中对有机污染物的吸附具有重要的意义。本研究选取了两种常见的商品化微塑料聚乙烯(PE)、氯化聚乙烯(CPE)为研究对象,研究它们在淡水和海水环境下对13种有机污染物(萘、2,4-二硝基氯苯、硝基苯1,3-二硝基苯、2,4-二氯苯酚、2,4-二硝基甲苯、1,2,3-四氯苯、三唑酮、噻虫胺、菲、2-硝基甲苯、4-硝基甲苯和三环唑)吸附能力,分别获得有机污染物在在淡水和海水环境中的平衡分配系数(K)值。同时结合文献中收集到的其它污染物在微塑料上的K值,应用逐步多元线性回归的方法分别构建了49种有机污染物在淡水环境下和50种有机污染物在海水环境下被PE微塑料吸附的QSAR模型,以及13种有机污染物分别在淡水和海水环境下被CPE微塑料吸附的QSAR模型。具体结论如下:(1)无论是淡水还是海水环境下,PE和CPE两种微塑料对13种有机污染物的吸附能力表现出来的趋势是:多环芳烃和有机氯化合物>硝基芳烃类化合物>三种杀虫剂(三环唑、三唑酮和噻虫胺)。两种多环芳烃(萘和菲)和一种有机氯化合物(1,2,3,4-四氯苯)在两种微塑料表面表现出较强的吸附性,淡水环境下这三种有机污染物的log K值在2.93-4.83之间,海水环境下在2.81-4.10之间,比其它的有机物大,说明在水环境中疏水性有机物比亲水性有机物更容易被微塑料吸附。(2)在两种水环境中,疏水性较大的3种有机污染物(萘、菲和1,2,3,4-四氯苯)相对于PE微塑料而言更容易被CPE微塑料吸附,通过微塑料结构表征结果发现两种微塑料结晶度上的差异可能是它们吸附能力差异的主要影响因素。CPE微塑料的结晶度低于PE微塑料,对于疏水性较大的有机污染物来说,微塑料结晶度越低越有利于有机污染物的吸附。对于疏水性较低的有机污染物来说,结晶度影响就不明显,因此两种微塑料对于他们的吸附差异不大。(3)采用逐步多元线性回归方法分别建立了淡水和海水条件下有机污染物在PE微塑料表面平衡分配系数(log K)的QSAR模型,模型的决定系数R在0.859-0.876之间,说明模型具有较好的拟合优度;模型的交叉验证系数Q在0.770-0.856之间,说明模型具有较高的稳定性;验证集的拟合优度R在0.744-0.921之间,说明模型具有较好的预测能力。在淡水条件下,PE微塑料对有机污染物吸附能力的大小取决于有机污染物的疏水性参数(log K)和过量分子摩尔折射率(E),疏水性越强的有机污染物越容易被微塑料吸附。模型的自由度(d)为2,p<0.001;海水环境中微塑料对有机污染的吸附除受疏水性参数(log K)影响外,还受化合物极性/极化率(S)的影响。模型的自由度(d)为2,p<0.001。(4)分别建立了CPE微塑料在淡水和海水环境下吸附有机污染物的QSAR模型,淡水环境下模型参数为R=0.794,Q=0.567,Q=0.822,R=0.993,d=1,p<0.01;海水下的模型参数为R=0.905,Q=0.847,Q=0.823,R=0.900,d=1,p<0.001。由模型统计参数可以看出两种水环境条件下的模型都具有良好性能。此外,无论是淡水还是海水条件,log K都是影响有机污染物在CPE吸附最主要的因素,正的相关系数表明有机污染物疏水性越大,在CPE微塑料上的吸附就越多。QSAR模型的统计学参数表明本研究所构建的QSAR模型无论在拟合优度还是在预测能力上都表现出较好的稳健性,可以为有机污染物在淡水和海水环境条件下被微塑料吸附预测提供科学依据。

关键词： 太湖流域   工业点源污染   污染控制技术   微塑料   赋存特征  

摘要： 新型污染物（微塑料）产生的环境污染是当前面临的重大环境问题之一,在工业点源方面也涉及到大量的排放。本研究着眼于工业废水中微塑料污染问题,从工程控制技术的角度出发,在调研评估太湖流域工业污染控制技术与示范工程的基础上,探讨了太湖流域重点行业微塑料的分布特征及典型工业点源污染处理技术对微塑料的截留效应。为后续水环境污染深度治理及以微塑料为主的新型污染物工程控制提供理论依据与技术支撑。论文主要研究结论如下:（1）太湖流域工业污染治理技术评估结果表明:（1）典型印染废水污染治理技术对总氮、总磷、COD的去除率分别为80.0%～98.0%、84.0～98.0%、89.0%～95.0%,印染废水可达到较好的处理效果并满足回用标准,经处理后废水中锑毒害污染物也达到国家有关标准。化工废水经深度处理后,复杂难降解有毒化工废水出水生物毒性由Ⅰ级降为Ⅳ级;高效吹脱技术实现了高浓度氨氮废水中氨的资源化;对高浓度苯胺类废水中苯胺类化合物的回收率大于90.0%;将复杂乳化液的油水分离率提高至85.0%,残余絮体体积从45.0%～90.0%压缩到12.0%。电镀废水处理技术在保证水质稳定达标排放的基础上实现了铜、镍离子的资源化回收。混合废水处理技术方面,“强化内源反硝化的MBR脱氮除磷技术”解决了脱氮除磷对碳源需求的矛盾;污水厂尾水通过氧化塘或湿地深度处理后水质明显优于一级A标准。（2）从整体技术现场调研结果及评估结果来看:自水专项实施以来,研发的各项技术较传统工艺而言,均具有处理工程设备要求低、处理规模易扩大等特点,且产生了显著的经济和环境效益,但技术示范到工程中时却存在一定问题。工业废水治理示范方面,印染园区内进水水质发生较大变化时未及时上报并调整工艺流程,造成成本高、资源浪费的问题。此外,由于公司注销或缺乏后期维护导致工程停运或间歇运行。（2）太湖流域重点行业（印染、化工、电镀行业及污水处理厂）废水中微塑料浓度均明显高于自然水体,印染过程中由于机械作用使织物破碎脱落产生大量纤维微塑料,导致其废水中微塑料浓度显著高于其他行业水体。印染废水中微塑料多以透明条状为主,成分多为聚酯（PET）;废水中占比较大的粒径在1.00mm左右,3.5 mm以上微塑料占比较小,平均在8.0%以下。化工废水中微塑料成分复杂,多以条状为主;不同化工厂废水微塑料粒径并无明显特征。电镀废水中微塑料成分多以聚丙烯（PP）为主,粒径主要分布在0.2～1.5 mm范围内,条状微塑料占比最大。混合废水中微塑料粒径大多在1.0 mm以下,成分多为PP和PET;条状占比最高。（3）太湖流域重点行业工业污染治理技术对微塑料均有显著去除或截留作用（去除率为61.4%～98.4%）。其中印染废水处理方面,“磁性微球树脂吸附深度处理技术”对有色微塑料去除效果较好;“新型复合水解酸化技术”中的膜组合工艺对微塑料去除率可达98.4%,且相较于混凝沉淀作用,更适合实现对小粒径微塑料的去除;“特征污染物锑分级控制技术”对粒径为1.5～2.0 mm微塑料的去除效果较好。化工废水处理方面,“复杂乳化液高效破乳分离的磁性纳米粒子耦合膜分离技术”对PP去除效果较好;“复杂难降解有毒化工废水新型高效催化转化技术”对微塑料去除率达95.4%,在截留的同时能够降解微塑料;“两相厌氧+二级好氧低能耗处理技术”由于二级好氧段采用两次污泥回流,对微塑料去除率不高,为88.2%。由于离子交换树脂和螯合树脂作用时脱落微塑料,导致电镀废水出水中聚丙烯酸（PS）含量相较于进水中较高;“两级阳离子交换树脂+一级螯合树脂吸附技术”对微塑料没有去除效果;电镀废水进出水中微塑料形态比例无明显变化。混合废水处理方面,废水经一、二级处理已能去除大部分微塑料;“强化内源反硝化的MBR脱氮除磷技术对粒径为0.3～0.5 mm的微塑料去除率较好,可用来去除小粒径微塑料;“尾水湿地净化技术”对0～0.3 mm的微塑料去除效果不明显,但对片状及颗粒状微塑料去除效果较好。

关键词： 太湖流域   农业面源污染   污染控制技术   微塑料   赋存特征  

摘要： 太湖流域经济发达,水环境问题突出,是我国十大重点污染治理的流域之一。本研究以太湖流域农业面源污染控制技术和示范工程为对象,梳理归纳“十一五”至“十三五”期间已有农业面源污染控制技术成果,并开展后续跟踪评估研究;在系统研究其对传统污染物的去除效果的基础上,探讨技术应用的长效性规律;同时,研究太湖流域农业面源污染中新型污染物（微塑料）的赋存特征以及典型农业面源污染控制技术对其截留效应,为太湖流域水环境污染深度治理及新型微塑料污染物的工程控制研究提供技术支撑和储备。论文主要结论:（1）太湖流域农业面源污染控制技术评估结果表明:（1）经几种典型种植业面源污染控制技术处理后TN去除率为20.0%～70.0%,TP去除率为40.0%～90.0%,COD去除率为20.0%～50.0%;经几种典型养殖业面源污染控制技术处理后TN去除率为50.0%～92.0%,TP去除率为65.0%～98.0%,COD去除率为40.0%～90.0%;经几种典型农村生活污水污染控制技术处理后出水满足农村生活污水处理设施污染物排放一级标准,农家乐处理后出水达到城镇污水厂污染物一级B排放标准。种植业、养殖业和农村生活污水污染控制从总体上来讲,技术研发初期、运行1-2年后出水均满足技术考核要求。（2）从现场实际运行情况来看,太湖流域大多数农业面源污染控制示范工程运行良好且得到了很好的维护,极大的减少了氮磷营养盐及COD的浓度;但仍有部分示范点监管不到位、缺乏后期维护导致项目停运,部分地区农村生活污水已纳管接入城镇污水处理厂进行处理。（2）太湖流域人类活动越密集、产业越发达的地方,地表河流、湖泊中的微塑料含量越高。所有微塑料样品中条状、片状、颗粒状分别占58.8%、26.5%、14.7%,各个采样点中微塑料的形态均以条状为主。微塑料样品中粒径小于等于2.00 mm的微塑料含量最多,占83.3%,且人流量大、塑料制品使用量多的地方容易产生大粒径微塑料。所有微塑料样品中,聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）含量最多,占42.0%,其次为PP,占14.0%。（3）太湖流域农业面源污染控制过程中进水微塑料浓度远高于太湖流域其他水体10.00个/（5L）;其中太湖流域养殖业面源污染控制技术进水微塑料浓度最高,平均为58.33个/（5L）;农村生活污水其次,为33.00个/（5L）;种植业最低,为14.50个/（5L）。经典型种植业、养殖业和农村生活污水面源污染控制技术处理后微塑料去除率分别为47.1%、67.8%、63.1%。太湖流域农业面源污染控制过程中进水微塑料形态主要为条状,远高于其他形态（片状和颗粒状）。微塑料粒径主要集中在2.00 mm以下,其中养殖业面源污染中微塑料粒径最大,为0.01 mm～2.80 mm,其次为农村生活污水（≤2.00 mm）,种植业中最低（≤0.80 mm）;且各个污染控制技术出水中微塑料粒径普遍小于进水。种植业面源污染控制技术进出水中微塑料均以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、赛璐酚（Cellophane）为主;养殖业面源污染控制技术进水中微塑料以PET、聚丙烯（PP）、PE为主,出水以PET、PE、Cellophane为主;农村生活污水污染控制技术进出水中微塑料主要由PET、PP、PE、Cellophane组成,但不同地区、不同技术中微塑料分布均有一定差异。

关键词： 红树林   沉积物   微塑料   负载   多氯联苯  

摘要： 微塑料以粒径小、质量轻、比表面积大为特征,其表面容易负载重金属和有机污染物,可吸附环境中的微生物,亦可作为环境中毒害污染物迁移与传播的载体。因此,基于微塑料及其负载的有机污染物的研究在环境科学领域已被广泛关注。红树林生态系统作为微塑料和持久性有机污染物多氯联苯（Polychlorinated Biphenyls,PCBs）共同的“汇”,沉积物中的微塑料作为一种环境介质可与PCBs进行相互作用,但形成这种相互作用的因素目前还尚未阐明。针对这一科学问题,本文选取亚热带（雷州半岛）和热带（海南岛）海岸线分布最广泛和独特的红树林生态系统为研究对象,旨在揭示红树林沉积物中微塑料负载PCBs的污染特征。本文通过对该区域的17个红树林沉积物样品中PCBs、微塑料及其负载PCBs的分布特征进行了研究,采用气相色谱质谱联用仪测定沉积物中PCBs的分布特征以及微塑料上负载PCBs的分布特征,采用显微共聚焦拉曼光谱仪鉴定微塑料种类类别。根据同系物组成结构,采用主成分分析、相关性分析等方法,分析了PCBs的来源及其生态风险;根据采样点附近环境影响因素,判断微塑料的主要来源;根据沉积物中PCBs的量,证明了微塑料在红树林沉积物是负载PCBs重要载体,为后续PCBs在红树林中微塑料-沉积物的迁移转化提供新的视角。本文主要研究结果如下:（1）雷州半岛和海南岛红树林沉积物中测得微塑料的丰度范围为135.00-738.00 items/kg（干重,dw）,在其西海岸沉积物中所收集微塑料的丰度范围（平均丰度550±65.00 items/kg）比东海岸（平均丰度239±35.00items/kg,dw）高。根据拉曼光谱分析,聚丙烯（PP）占比最高,其次是聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）。各采样点的微塑料特征如下:纤维状的微塑料为其主要形状;1-5 mm的微塑料为其主要尺寸;而透明色和白色为微塑料的主要颜色。通过分析发现,红树林沉积物中总有机碳越高,微塑料的丰度越大。（2）雷州半岛和海南岛红树林沉积物中共检出8种主要PCBs的同系物,含量范围为9.80-13.91 ng/g（dw）,平均含量为12.17±1.32 ng/g,在所有同系物中四氯联苯对全部PCBs的贡献相对较高（占26.59%）。PCBs含量符合我国海洋沉积物质量标准的第一类标准,基于沉积物质量基准法的生态风险评价结果显示,该研究区域的红树林沉积物中的多氯联苯污染几乎没有生态风险。（3）本研究首次证明了在红树林沉积物中微塑料是负载PCBs的重要载体,其负载的量（平均含量为41.64±11.15 ng/g）远远高于沉积物中PCBs（平均含量为12.17±1.32 ng/g）的量,故红树林沉积物中微塑料对PCBs的吸附能力可能被低估;沉积物中微塑料负载PCBs的含量是与微塑料的形貌（纤维和泡沫）以及微塑料的类型（PP和PE）呈显著正相关（p＜0.05）。通过聚类分析发现其中负载PCBs的微塑料形貌（碎片和纤维）可能来自生活污水以及渔业活动;聚类分析还显示负载PCBs的微塑料形貌（薄膜和泡沫）与高氯代和低氯代的PCBs同系物之间存在相关性。

关键词： 黄河流域   微塑料污染   法律防治机制  

摘要： 随着全球微塑料污染的蔓延和加剧,人们对微塑料污染问题的关注从海洋逐渐追寻到陆源水体,至此陆上流域的微塑料污染问题走入了人们的视野,众多大河流域内的微塑料污染问题慢慢被人关注和认识。黄河是中华民族的母亲河,重要性不言而喻。在2019年,“黄河流域生态保护和高质量发展”成为我国国家战略,中央及沿黄九省区都高度重视黄河流域的生态保护和生态治理,流域内的微塑料污染问题也映入了人们的眼帘,我国开始萌发了关注和治理黄河流域微塑料污染的萌芽。截至目前,我国在探索治理黄河流域微塑料污染的法治道路上有了一定的认识,取得了初步的收获,但距离有效治理的美好目标还非常遥远,道阻且长。良法是善治的前提。目前,我国黄河流域微塑料污染问题的法律治理、法治保障研究还处于起步阶段,黄河流域微塑料污染防治法律机制方面的研究匮乏,很多实质性问题有待认识和深入研究。经过调查发现,黄河流域在微塑料污染防治上存在法律机制不足的现实困境,导致出现黄河流域微塑料污染防治的法律监管机制尚不完善、企业微塑料污染防治机制存在不足、微塑料污染防治协作治理机制不健全等现实问题。介于此紧迫现状,文章关注黄河流域微塑料污染防治法律问题,深入探究微塑料与微塑料污染,细致分析黄河流域微塑料污染防治现状,探析出黄河流域微塑料污染防治的本质问题,并面对现实问题、响应时代所需,大力开展黄河流域微塑料污染防治法律机制研究,进一步学习其他国家在微塑料污染防治方面的先进经验和优秀成果,并结合黄河流域自身微塑料污染的实际情况,从健全法律监管机制、强化企业责任、健全协作治理机制三大方向出发,提出完善黄河流域微塑料污染防治法律机制的相关对策,力求通过法律机制解决黄河流域微塑料污染问题,为实现黄河流域微塑料污染防治的美好愿景提供有益的探索。

关键词： 微塑料   PSF   混凝   工艺参数  

摘要： 塑料制品虽然已成为人类生活中不可或缺的东西,但它们会向环境释放微塑料。微塑料一般是指尺寸＜5mm的塑料,对动植物及生态环境都有一定的危害性,微塑料污染也成为目前急需解决的问题。基于聚硅铁（PSF）的优异混凝沉降性能,本研究以模拟地表水、模拟生活污水和实际污水为实验水样,以聚合氯化铝（PAC）为对比研究了PSF混凝去除尼龙66（PA66）及混合微塑料（混微）的效果,考察了投药量、p H及PA66和混微含量对去除效果的影响,同时借助显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和纳米粒度仪对混凝絮体进行微观特征分析,然后应用响应面法对工艺参数进行优化实验,最后对PSF去除微塑料的混凝机理进行了简单探讨。研究结果如下:对于模拟地表水,投药量为0.14 mmol/L时,PSF对PA66及混微的去除率分别为92.8%及89.7%;水样p H在5～10时,PA66去除率均在80%以上,随p H值的升高,PSF对PA66的去除效果提高;随PA66含量的增加,其去除率增加。对于模拟生活污水,PSF去除PA66的较佳投药量为0.009 mmol/L,去除率为90.7%,去除混微的较佳投药量为0.007 mmol/L,去除率为87%;水样p H为6～10时,PA66去除率均在89%以上,且p H值越高,PA66去除率越大;同样地,PA66含量越大,其去除率越大。对于实际污水,较佳投药量为0.14 mmol/L时,PSF对PA66及混微的去除率分别为87.9%及83.3%,但随着微塑料含量的增加,去除率增长并不明显,这可能是由于实际污水成分较复杂并且含有的有机物质种类较多,PSF可能会优先与其他有机物质发生反应,再加上随着水中微塑料含量增加,相同投药量下的PSF去除效果有限,从而导致微塑料去除率增长不明显。上述三种水样中,相同投药量的PSF去除PA66和混微的性能均优于PAC。在优化混凝工艺条件实验中,通过单因素实验确定了较佳的混合速度为300 r/min,混合时间为1 min,絮凝速度为70 r/min,絮凝时间为8 min。通过响应面法工艺优化实验可知:混合速度的作用、投药量与混合速度的交互作用和混合速度与絮凝速度的交互作用均较显著,最佳的混凝工艺条件如下:投药量0.009 mmol/L,混合速度337.2 r/min,絮凝速度79 r/min,预测PA66去除率可达92.2%。通过普通显微镜及SEM的图像,与PAC所形成的絮体相比,PSF的絮体结构更紧密、尺寸更大且边界更清晰,且表现出更优异的混凝沉降性能。随着PSF投药量的增加,Zeta电位逐渐增加。结合PSF絮体结构、物理化学性质以及Zeta电位变化,表明实际混凝过程中,电中和、卷扫网捕和吸附架桥等机理的综合作用促进了微塑料污染的去除。

关键词： 海洋微塑料   知识图谱   自训练算法   ALBERT   双向长短期记忆网络   条件随机场  

摘要： 海洋占据了地球的绝大部分,地球一半以上的氧气都由生活在海洋中的浮游植物所产生,且海洋作为地球食物链不可分割的重要一环,为全球数以亿计的人口提供了赖以生存的食物资源,还有逾千万人依靠海洋渔业和旅游业就业,海洋资源的健康与人类生存息息相关。目前海洋塑料污染虽然危害大,但各国已经在推行积极的措施用以解决相关问题,而海洋微塑料并未引起足够的重视。由于微塑料肉眼无法观测,且不受体积的限制,因此污染范围不仅遍及内地水域、湖泊以及深海,甚至海洋食用品中还能被检测出微塑料污染物的存在,这种难以被察觉的污染对海洋浮游植物以及人类生命健康都造成了无法估量的危害。中共十八大以来,中共中央高度重视海洋强国的建设,更强调了海洋环境健康的重要性和发展智能海洋的必要性,因此采用科学的方法分析海洋微塑料污染能够对海洋生态风险评估起到重要作用。近年来,海洋微塑料污染逐渐引起了各国学者的注意,但相关研究多集中于成分分析与调查研究方面,而且当前针对海洋中微塑料的分析方法并不完善,分析结论也多以新闻、文献等较为离散的信息形式呈现。这种对于待分析区域的调研工作虽然能够直接反映出某地的微塑料详细信息,但耗时耗力,进展缓慢。因此如何将海洋微塑料相关的离散化信息转变为可被直接利用的知识数据成为当前领域亟需解决的问题。知识图谱通过将离散的数据链接起来形成网状知识结构,不仅能够帮助研究者发现数据之间的隐含关系,还可以实现可视化的表达,有助于研究者的进一步分析。基于此,本文将知识图谱与海洋微塑料研究领域相结合,通过模式层与数据层两个方面探究了海洋微塑料知识图谱构建工作,总结如下:(1)针对知识图谱模式层的构建工作,本文进行了本体、实体类型以及关系类型的定义。本体定义中,本文选择中国知网、维普数据、万方数据以及Web Of Science等代表性的文献数据库作为主要数据来源,并获取海洋微塑料相关文献的文本摘要。为高效获取文本中与海洋微塑料相关的实体名称,从而构建海洋微塑料本体,本文提出TF-IDF-PMI方法。首先将摘要分词后选用词频-逆文档概率与点互信息结合的方法进行海洋微塑料相关词汇的频率统计,再将微塑料领域研究专家的理论概述作为重要判断依据来筛选高频词汇,从而生成海洋微塑料本体。通过已定义的本体分支,进一步确定了海洋微塑料相关的实体类型,以及各实体间存在的关系类型。(2)针对知识图谱数据层的构建工作,本文提出SMMNER实体识别模型,对数据集进行海洋微塑料相关实体的识别。由于海洋微塑料预料库规模量较小,为加快模型训练速度,提高模型识别能力,本文提出SMMNER模型,选取轻量级的预处理模型ALBERT进行句子文本的嵌入表示,采用双向长短期记忆网络与条件随机场学习特征表示以及生成实体预测标签。由于人工标注耗时耗力,不利于大量数据的标注,因此本文提出一种基于自训练算法的半监督海洋微塑料实体抽取方法,利用该模型进行知识实体的抽取,构成海洋微塑料知识图谱的数据层。(3)根据模式层与数据层进行海洋微塑料知识图谱的构建,流程分为数据获取阶段、数据处理阶段、知识处理阶段以及图谱可视化及应用阶段。在数据获取阶段中,通过合并翻译后的英文文献与中文文献构成原始数据;在数据处理阶段中,通过数据增强、去重等操作对原始数据进行预处理后生成数据集,并进行命名实体识别处理以及实体间关系定义来获取实体与实体间的关联关系;知识处理阶段将获取的两两实体及其关系组成(头实体-关系-尾实体)形式的三元组,并对重复的头实体或尾实体进行融合操作,最终形成海洋微塑料知识图谱,并选用Neo4j图数据库进行图数据的存储;在图谱可视化及应用阶段中,本文将Flask框架与ECharts工具结合,进行应用平台的搭建以及图谱数据的动态展示。通过构建海洋微塑料知识图谱,能够将离散的信息关联起来,对于海洋微塑料来源分析、政策制定、学术研究等起到关键推动作用,有利于实现海洋生态风险的高效评估及防范。

关键词： 微塑料   污染现状   生态风险   大房郢水库   数据整合  

摘要： 自二十世纪以来,塑料制品因为制造成本低、质轻和耐腐蚀等优点被广泛应用于人类的生产和生活中,但其性质稳定难降解,未妥善处理的塑料制品将在环境中逐渐累积。这些塑料在物理、化学和生物因素等作用下,破碎分解为直径<5 mm的塑料微粒,被称为微塑料。微塑料不仅在海洋、湖泊和河流等生态系统中广泛分布,在偏远山区和南极也同样被检测到。同时因其特性容易吸附污染物,且随食物链迁移,危害人类健康。本研究选取大房郢水库作为研究区域,重点研究了表层水和沉积物中微塑料的污染分布和特征。通过消解、密度浮选法和抽滤等过程提取了样品中的微塑料,利用体式显微镜观察记录了微塑料的类型、粒径大小和颜色,并使用拉曼光谱仪对微塑料聚合物进行化学性质的鉴定。最后使用指数评估大房郢水库微塑料的生态风险,分析微塑料可能的来源和途径,同时对全球淡水生态系统中微塑料的研究进行数据整合,全面评估大房郢水库的微塑料污染现状。主要研究成果如下:(1)大房郢水库所有采样点都检测出微塑料,表层水中的微塑料丰度为8.8-32.05 n/L,平均丰度为18.62±7.12 n/L。沉积物中的微塑料丰度为897-2 480 n/kg(干重),平均丰度为1 620±574.46 n/kg(干重)。在空间分布上,靠近城市区域的微塑料丰度显著高于农村区域(p<0.05)。(2)在表层水和沉积物中,纤维类均是占比最高的微塑料类型,其次是颗粒类或微珠类,薄膜类微塑料占比最少。在两种采样类型中,微塑料的粒径分布表明,其丰度随着粒径的增加而减少。表层水中微塑料的颜色以透明、黑色和蓝色为主;沉积物中微塑料的颜色以透明黑色和白色为主。表层水中微塑料的生态风险为Ⅰ级风险,污染程度低;沉积物中微塑料的生态风险为中度风险。(3)对全球范围淡水生态系统中微塑料的研究进行数据整合,绘制微塑料污染分布图;在湖泊和河流这两种不同相的水体中,表层水和沉积物中微塑料丰度没有显著性差异;同时基于该数据评价大房郢水库微塑料污染程度,结果表明表层水和沉积物中的微塑料丰度偏高,需加以关注。

关键词： 微塑料   聚苯乙烯   聚对苯二甲酸乙二醇酯   铜   吸附特性  

摘要： 近年来,人们越来越关注微塑料污染问题,以及微塑料在环境中吸附和运输其他污染物的潜力,其中,海洋微塑料对共存重金属污染物的吸附特性还有待进一步探究。因此,本研究选择聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为典型微塑料污染物,在模拟海水实验条件下探究两种微塑料对重金属铜(Cu)的吸附行为,并考察了各种外在环境因素(温度、p H、盐度、共存离子)及微塑料高温老化处理后对铜离子吸附性能的影响。结合吸附动力学、等温吸附模型、热力学分析以及微塑料表征分析等手段,进一步揭示了微塑料对重金属铜的吸附特性与机理,为探究海洋微塑料与重金属污染物的相互作用提供理论依据,对深入了解微塑料在真实海洋环境中的迁移转化过程、界面行为及其载体作用具有重要意义。本文所得出的主要结论如下:(1)研究发现PS和PET微塑料颗粒的不同添加量对Cu的吸附行为有明显的影响,本研究中吸附实验选择了2 g/L为最佳微塑料用量。不同类型以及不同粒径的微塑料对Cu的吸附量顺序依次是PET-25μm>PS-25μm>PET-180μm>PS-180μm,小粒径的微塑料颗粒具有更强吸附能力,PET对Cu的吸附亲和力比PS颗粒相对强些。(2)准二级动力学和Freundlich等温模型可以很好地拟合Cu在PS和PET微塑料上的吸附行为,吸附过程可能包括颗粒内外扩散机制、多层吸附和静电相互作用,其中物理吸附是吸附过程的主要机制。热力学分析表明吸附过程是吸热自发进行的,温度的升高有助于提高PS和PET微塑料的吸附能力。(3)PS与PET微塑料对Cu吸附性能在溶液的p H为7时最好,高盐度的条件显著地降低了两种微塑料对Cu吸附容量。在共存体系溶液中,铅离子(Pb)的存在对Cu在PS和PET微粒上的吸附行为有明显的影响,证实了它们之间存在吸附竞争效应。(4)PS与PET微塑料在不同环境介质中暴露高温老化处理后,表面形貌变得更粗糙,结晶度降低,且表面一些官能团的红外光谱强度发生变化。老化处理提高了微塑料对重金属铜的吸附能力,其中在空气介质中高温老化后的PS与PET微塑料对重金属铜具有更强的吸附亲和力。

关键词： 微塑料   老化   有机污染物   吸附  

摘要： 微塑料作为一种新型污染物在环境中普遍存在,并因其对有机污染物的携带作用而受到广泛关注。进入自然环境中的微塑料受到机械磨损、太阳辐射、化学氧化等作用而发生老化,自身的物理和化学特性会发生改变,进而对其环境行为产生影响。本文选用两种不可降解微塑料聚酰胺（PA）、聚氯乙烯（PVC）和一种可降解微塑料聚乳酸（PLA）作为吸附剂,两种性质结构不同的有机污染物双酚A和菲为吸附质,研究原始和老化微塑料对污染物的吸附行为变化。为探究不同水环境条件对微塑料老化的影响,实验中设置的老化条件为:将微塑料放置在两种不同的介质溶液（p H值为6的溶液和硝酸钠溶液）中,在500W汞灯下持续照射60h。通过对原始和老化微塑料的微观表面形态、元素组成、表面官能团、结晶度和聚合物的非晶态域表征实验,对比原始和老化微塑料物理化学性质的变化,发现老化均增加了三种微塑料的表面粗糙度,而不同微塑料之间或在不同介质溶液中老化的的同一种微塑料,其表面极性、官能团、结晶度和玻璃化转变温度的变化不尽相同。本文通过吸附热力学实验和吸附动力学实验,研究老化对微塑料吸附污染物的影响,结果表明吸附热力学行为能够被Frendlich和Langmiur模型拟合,吸附动力学行为能被准二级动力学方程拟合。结合模型拟合参数与吸附等温线和吸附动力学曲线,发现不同微塑料的老化对同一种污染物的吸附、同一微塑料的老化对不同污染物的吸附性能均呈现差异性,这归因于其老化后的特性,如比表面积、疏水性、含氧官能团、结晶度等的不同变化。同时,本文探究了硝酸根离子对微塑料老化后吸附有机污染物的影响,实验发现由于硝酸根离子能够促进酚类有机物在水体中的光解反应,使双酚A在与微塑料的混合溶液中含量降低,从而导致在硝酸钠溶液中老化后的微塑料比原始微塑料和在p H6溶液中老化的微塑料对双酚A的吸附量更低。