CREST | 西北农林科技大学郭学涛团队：污水厂中微（纳）塑料的来源及与污染物的交互作用

导读

 

西北农林科技大学郭学涛团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“污水厂中微（纳）塑料的来源及与污染物的交互作用（Sources of micro(nano)plastics and interaction with co-existing pollutants in wastewater treatment plants；DOI: 10.1080/10643389.2022.2095844；Published online: 06 Jul 2022）”的综述。

污水厂（WWTPs）是自然环境中微（纳）塑料（MNPs）和污染物（如化学物、抗生素抗性基因和病原体）的重要来源，关于污水厂中MNPs的污染特征及其与污染物的相互作用受到广泛关注。本论文概述了污水厂中MNPs的来源，阐明了MNPs与不同污染物的作用特征及其机制，总结了污水处理条件（如pH值、温度）和污水组分（如溶解性有机物、盐度和悬浮颗粒物）对MNPs和污染物相互作用过程的影响。此外，揭示了MNPs本身的物理损伤及其与污染物作用引起的复合污染风险。研究结果可提高对自然环境中MNPs污染特征及复合毒性风险的认识。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

污水厂是MNPs重要的“汇”，主要来源路径包括药物和个人护理产品、衣物洗涤、地表径流和大气沉降等；其中，衣物洗涤和大气沉降是污水厂MNPs污染最重要的来源，占比分别达到63.9%和27.9%（图2）。污水厂中MNPs污染类型主要包括聚乙烯微球、聚酯纤维、聚丙烯碎片和轮胎磨损颗粒等，粒径以<500 μm为主。除了上述来源路径，污水厂本身使用的塑料设备（如塑料管和包装材料）也是MNPs的潜在来源。尽管污水厂可高效去除MNPs，但由于较高的污水日处理量，仍然有大量的MNPs排入自然环境介质。针对污水处理技术的优化以进一步提高MNPs的去除效率对源头降低自然环境MNPs污染具有重要意义。

图2 污水处理厂中MNPs的来源

污水厂中MNPs可与抗生素抗性基因（ARGs）和微生物以及持久性有机物、抗生素和重金属等相互作用，造成复合污染风险。MNPs对ARGs和致病微生物具有较高的富集性能，甚至可独特地富集某些微生物作为其碳源和能源；生物膜以及微生物分泌的胞外聚合物是导致高富集性能的重要因素。MNPs还可吸附持久性有机物、抗生素和重金属等，主要机制包括π-π、疏水、静电和氢键等作用（图3）。此外，MNPs和污染物的作用过程受到污水处理条件（如pH值、温度）和污水组分（如溶解性有机物、盐度和悬浮颗粒物）以及MNPs本身理化性质和污染物化学特征等影响。例如，溶解性有机物可与污染物竞争MNPs表面有效吸附位点，降低MNPs对污染物的吸附。盐度可影响MNPs的表面电荷，降低其与污染物的静电作用力等。

图3 污水厂中MNPs与污染物的相互作用

一旦从污水厂排放到自然环境，MNPs可通过本身的物理损伤效应及其联合污染物引起的复合污染对生物体造成毒性风险（图4）。小尺寸MNPs可通过内吞和吞噬作用穿透胃肠道黏膜，进入肝脏、血液和胚胎等组织。具有较大比表面积的MNPs易吸附在细胞膜上，对细胞膜与外部营养物质的交换和运输产生不利影响。对于复合风险，MNPs可潜在影响污染物的生物累积性和可利用性，因为游离态和吸附态污染物的生物利用性不同。此外，MNPs可富集丰富的ARGs和病原体，频繁的物理接触可直接强化ARGs在不同病原体间的水平转移几率，造成ARGs污染风险。一旦携带ARGs的MNPs被生物摄食，通过食物链传播会对当地生态系统造成潜在的更高的风险。

图4 MNPs和污染物的复合毒性风险

总结与展望

本研究重点关注污水厂中MNPs的污染特征，及其与污染物的相互作用过程以及潜在复合污染风险。研究结果可提高对自然环境中MNPs污染特征及复合毒性风险的认识。未来研究应关注小尺寸MNPs尤其是纳米塑料的定量技术、污水厂MNPs的有效去除技术、MNPs和ARGs的相互作用机制以及MNPs和污染物对土壤生物的复合毒性效应，从而深入了解MNPs的污染特征，降低其污染风险。

作者简介

第一作者简介：

刘鹏，西北农林科技大学副教授，硕士生导师，主要从事污染物环境化学行为及复合污染风险研究。主持国家自然科学基金青年项目、博士后基金特等资助和面上一等资助等国家/省部级科研项目6项；在Environ. Sci. Technol.、Water Res.、Crit. Rev. Environ. Sci. Technol.、J. Hazard. Mater.等知名期刊发表论文20余篇，其中入选ESI高被引论文3篇，热点论文1篇。

通讯作者简介：

郭学涛，男，博士，教授、博士生导师。入选陕西省青年科技新星，西北农林科技大学“青年英才”引进计划。主要从事污染物的环境地球化学行为及污染控制方面的研究。近年来以第一/通讯作者在Environmental Science & Technology、Water Research、Applied Catalysis B: Environmental、Journal of Hazardous Materials、中国环境科学等国际国内期刊发表论文60余篇，入选ESI高被引论文8篇，热点论文2篇。主持国家自然科学基金2项，国家重点研发计划子课题及省部级项目等10项。担任Science of the Total Environment 编委，Biochar和Carbon Research青年编委。

|撰稿：西北农林科技大学郭学涛团队

|编排：曾镜羽

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