不同污水处理厂对微塑料去除效果对比研究

不同污水处理厂对微塑料去除效果对比研究

金辉1，,刘佳铭2，陈鸣,1

1南京市生态环境保护科学研究院，江苏 南京 210013；2东南大学土木工程学院，江苏 南京 210096

摘要：本研究选择了同一区域内两座不同性质污水处理厂，探讨了不同污水处理厂进出水及污泥忠中微塑料尺寸分布情况，对比分析了不同污水处理工艺对微塑料的去除效果。

关键词：微塑料；污水处理厂

前言

污水中含有大量来自个人护理品使用、化纤衣物洗涤、汽车轮胎磨损、塑料工厂生产等过程产生的微塑料。据报道污水中微塑料含量高达15.7个/L和180个/L[1]。有研究者提出自然环境中微塑料含量与人口密度具有重要的相关关系[2]。Wang等[3]研究了我国武汉市的淡水环境微塑料分布情况，发现水环境中微塑料含量和人类活动有很大的关系。

有研究表明污水处理工艺对污水微塑料具有很高的去除效果，达到90%以上。苏格兰污水处理厂污水中的微塑料经过处理后含量从15.7个/L减少到0.25个/L [4]。污水处理工艺会影响出水中的微塑料含量，与一级或二级处理的污水厂相比，具有三级处理的污水处理厂，其出水的微塑料含量通常较低。然而，也有研究表明，一些污水处理厂的三级处理没有进一步降低污水中微塑料的含量[5]。经过污水工艺处理后，污水中超过90%以上的微塑料可被去除，这对于减少污水微塑料随出水排放进入自然水体具有重要意义，但仍有大量的微塑料经污水处理厂出水进入水体中，被认为微塑料的重要来源[6]。

本研究通过采集同一区域内不同污水处理厂微塑料数据，对比分析不同污水处理工艺对污水中微塑料去除效果。

一、微塑料分析方法

本次试验采用的微塑料分析方法步骤如下：采样—过筛—消解—分离—鉴别统计。其中过筛步骤采用355μm、125μm、63μm和38μm四个孔径的不锈钢筛网，依次叠放；消解采用过氧化物氧化法进行加热蒸发；消解冷却后添加HCl和ZnCl2，并进行分离；最终采用体视显微镜对样品中的微塑料进行鉴别和数量统计。

二、污水处理厂工艺

选择位于同一个区域内的两座污水处理厂，其中一座为城镇生活污水处理厂（含10%左右工业废水），一座为纯工业污水处理厂。城镇生活污水处理厂为二级处理工艺，共设3个取样点X1、X2和X3，分别对应进水、一级处理出水和二级处理出水。具体工艺流程及采样点设置如下图所示：

污水     预处理     格栅      沉砂池      A2O池     消毒池     排放

              取样点X1              取样点X2               取样点X3

图2.1 城镇生活污水处理厂工艺流程图

工业污水处理厂为三级处理工艺，共设4个取样点位G1、G2、G3和G4分别对应进水、一级处理出水、二级处理出水和三级处理出水。具体工艺流程及采样点设置如下图所示：

污水     格栅井     沉砂池      生化池     二沉池      滤布滤池     排放

              取样点G1    取样点G2               取样点G3     取样点G4

图2.2 工业污水处理厂工艺流程图

三、试验结果讨论

3.1不同尺寸微塑料含量分析

通过本次试验采用的微塑料分析方法进行统计，可以得到两座污水处理厂进水不同尺寸范围的微塑料占比。

图3.1 城镇生活污水处理厂微塑料尺寸分布图

图3.1表明，城镇污水处理厂进水微塑料尺寸超过一半分布在63-125μm之间，占比为52%，分布在38-63μm之间的占比为28%，尺寸大于355μm的微塑料占比为6%，可能是由于尺寸较大的微塑料被进水格栅过滤掉的缘故。城镇污水处理厂出水微塑料尺寸分布占比最大的是63-125μm之间，占比为46%，其次是38-63μm之间，占比为35%。污泥中微塑料尺寸分布范围相对较为均衡。

图3.2 工业污水处理厂微塑料尺寸分布图

由图3.2可以看出，工业污水处理厂进水中微塑料尺寸分布在63-125μm的占比为46%，分布在38-63μm之间的占比为42%；污水处理厂出水中微塑料也是大部分分布在63-125μm和38-63μm两个区间，分别为38%和52%。污泥中微塑料尺寸分布与城镇生活污水处理厂分布较类似。

3.2微塑料去除效果分析

从图3.3和图3.4可以看出，城镇生活污水处理厂一级处理和二级处理对微塑料的去除率分别为66.8%和85.1%；纯工业污水处理厂一级处理、二级处理和三级处理对微塑料的去除率分别为54%、80%和26.9%。可以看出，污水处理厂去除微塑料主要依靠二级处理，其次是一级处理，三级深度处理对微塑料的截留去处效果最差。城镇生活污水处理厂和纯工业污水处理厂对微塑料总体去除率分别为95%和93.3%。

图3.3 城镇生活污水处理厂微塑料含量及去除率

图3.4 纯工业污水处理厂微塑料含量及去除率

可以看出，污水处理厂去除微塑料主要依靠二级处理，其次是一级处理，三级深度处理对微塑料的截留去处效果最差。城镇生活污水处理厂和纯工业污水处理厂对微塑料总体去除率分别为95%和93.3%。

四、试验小结

1、污水处理厂进出水中微塑料的尺寸主要分布在63-125μm和38-63μm两个区间；

2、污水处理厂对微塑料的去除效率可以达到90%以上，主要依靠二级处理。

参考文献

[1]ZHAO Y, LI X-G, ZHOU X, et al. Review on the graphene based optical fiber chemical and biological sensors [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2016, 231(324-40.

[2]YANG J, PANG Y, HUANG W, et al. Functionalized graphene enables highly efficient solar thermal steam generation [J]. ACS nano, 2017, 11(6): 5510-8.

[3]GE Z, WEI D, ZHANG J, et al. Natural pyrite to enhance simultaneous long-term nitrogen and phosphorus removal in constructed wetland: three years of pilot study [J]. Water research, 2019, 148(153-61.

[4]LI M, LIANG Z, CALLIER M D, et al. Nitrogen and organic matter removal and enzyme activities in constructed wetlands operated under different hydraulic operating regimes [J]. Aquaculture, 2018, 496(247-54.

[5]郭泓利, 李鑫玮, 任钦毅, et al. 全国典型城市污水处理厂进水水质特征分析 [J]. 给水排水, 2018, 6): 12-5.

[6] 吴小虎, 徐军, 董丰收, et al. 5种除草剂对土壤蔗糖酶和脲酶活性的影响 [J]. 农药学学报, 2015, 17(002): 179-84.