焚烧是塑料和微塑料的终结者吗？

小将生物降解材料研究院 2022-04-24

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2021年1月4日，来自上海多个关于环境和生态研究所的学者，一篇名为《Is incineration the terminator of plastics and microplastics?》发布在危险物质杂志上。

人们普遍认为焚烧可以永久消除塑料废物。其实不然，事实上仍然会有很多燃烧不掉的灰烬存在于底层灰中，那些灰烬就构成了焚烧炉里的固体残留物。本研究采用微傅里叶变换红外光谱技术，对12座大型焚烧炉、1座底灰处理中心和4座流化床焚烧炉中的微塑料进行了鉴定。

结果表明，底灰是一种被忽视的微塑料源，丰度为1.9~565n/kg，表明焚烧后每公吨废物产生360至102000微塑料颗粒。研究人员还确定了底灰中常见的九种类型的塑料，这九种塑料中以聚丙烯和聚苯乙烯为主要类型。尺寸在50μm至1mm之间的微塑料占74%。颗粒、碎片、薄膜和纤维分别占微塑料的43%、34%、18% 和5%。

微塑料的丰度与当地是否进行垃圾分类、当地人均国内生产总值和炉型有显著关系。研究人员对全球焚烧底灰微塑料排放量进行了估算。经过一系列研究，证明焚烧不是塑料垃圾的终结者，底层灰是微塑料的潜在来源。

研究过程：

他们从中国8个不同城市的16家垃圾焚烧厂和1个底灰处理中心收集底灰。在16个垃圾焚烧厂中，12个地点配备了大规模焚烧炉，其余4个地点使用流化床炉。7个地点的服务区实行了垃圾分类，10个地点没有实行垃圾分类（图 1）。

图1 底灰中MPs的丰度。(A)来自不同类型的焚化炉。n焚烧炉=75, n流化床炉 =18，●表示大型焚烧炉，●表示流化床炉。(B)没有或有进行垃圾分类的大型燃烧炉其中MPs就是多磺酸粘多糖

大型焚烧炉的容量为每天330吨~867吨，流化床炉的容量为每天350吨~400吨。大型焚烧炉底灰生成率（15%−25%)高于流化床炉底灰生成率(8%−10%）。在焚烧炉稳定运行期间，共采样31个底灰（采样情况见图1和表1）。随机抓取至少100kg底灰，混合成一个样品。每个样品取5 - 10kg底灰，均匀混合。每个样品取两个副本；一个密封在金属盒中进行MPS提取，另一个放入塑料袋中进行LOI测试。

表1 来自17个站点的大量MPs，LOI和丰度信息。“W/O”表示不进行源分类，“W”表示进行源分类。

经过从从底灰中提取MPs和用立体显微镜检查滤膜上的颗粒等一系列操作。在底灰中共发现9种塑料（图2）：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯(PES)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氨酯(PU)和环氧树脂。几个排序MPS的μ-FTIR光谱如图所示（图2）。除了来自M9的样品外，其余12个来自大型焚烧炉的样品都含有PE或PP。可以证明PE和PP是最常用的两种聚合物。包装是塑料废弃物的主要来源。

图2 不同形状和不同材料类型的MPs的丰度。（A）没有进行垃圾分类的大型燃烧炉产生的MPs（B）进行了垃圾分类的大型燃烧炉产生的MPs（C）流化床炉的MPs（D）所有MPs

由于塑料物品最终会碎裂形成MPs，所以他们还研究>5mm的塑料碎片。图3为底层灰中MPs的粒径分布。从大型焚烧炉中确定的MPs的尺寸范围为95μm~15cm，而从流化床炉中确定的MPs的尺寸范围为0.3mm~6mm。样本中有8%的塑料碎片大于5mm。根据粒径大小将MPs分为6类，其中50μm~0.5mm和0.5~1mm占主导，分别占48%和26%。MPs的丰度随粒径的减小而增加，说明底灰中未燃烧的塑料碎片经过破碎形成MPs(多磺酸粘多糖)。

图3 来自不同地点的MPs的大小分数。底部的红色数字表示未垃圾分类的场址，黑色数字表示已垃圾分类的场址。

为了描述颗粒的形状，MPs被分为四类：颗粒、碎片、薄膜和纤维（图4）。MPs的主要类型是颗粒，占43%，其次是碎片和纤维，分别占34%和18%。颗粒状MPs主要是PP，而碎片状MPs主要由PE和PS组成，这可能是包装袋的大量使用导致的。

图4 在底灰中观察到的MPs形状。（A，B）不同侧面的颗粒;（C，D）碎片;（E）膜和（F）纤维

而研究人员还发现，通常情况下，食物垃圾的比例会随着收入水平的提高而降低，高收入地区消费的商品中塑料比低收入地区更多。M10、M11和M13的人均GDP相对较低，且随着塑料垃圾的减少，城市生活垃圾的LHV也相对较低，这与底层灰中MPs的丰度较高有关（表1）。这表明MPS丰度与废弃物的组成密切相关。

结论：

首次报道了从垃圾焚烧炉底灰中提取MPS的数量。而MPS的丰度在1.9~565n/kg之间。结果表明，焚烧不是塑料废物的终结者，底灰仍然是MPs的潜在来源。底灰中 MPs的主要形态和类型分别为颗粒和PP。此外，MPs的丰度随着尺寸的减小而增加，这表明在焚烧的整个过程中，塑料碎片可能被粉碎成MPs。有垃圾分类的站点的MPs丰度明显低于没有垃圾分类的站点，这表明垃圾分类对管理MPs的积极影响。MPs丰度与人均GDP呈负相关，表明MPS丰度与废弃物的组成密切相关。据估计，每焚烧一吨垃圾就会在底灰中产生360 ~102000万MPs颗粒，因此有必要修订废物垃圾管理条例的MPs排放。

参考：Yang Zhan, Lü Fan, Zhang Hua, et al. Is incineration the terminator of plastics and microplastics?. 2021, 401:123429-.

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