南开大学环境学院林岩教授团队EST:污水处理厂经河流向海洋排放的微塑料综合建模

文摘   2025-01-25 18:09   浙江  
2025年1月,南开大学环境科学与工程学院林岩教授团队的论文“A Comprehensive Modeling of Microplastic Emission from Wastewater Treatment Plants to the Sea via Rivers in China”,发表于*Environmental Science & Technology*期刊。该研究通过构建模型和数据库,量化了中国污水处理厂微塑料排放及其经河流入海的通量,为微塑料污染治理提供关键数据支持。
微塑料(MPs)是指尺寸小于5mm的塑料颗粒,自2004年被提出后,因其在环境中的广泛存在和对生态系统、人类健康的潜在危害而受到关注。污水处理厂(WWTPs)作为城市和工业废水处理的关键环节,却成为了微塑料排放的重要源头尽管现代污水处理厂对特定尺寸范围微塑料的去除率可达95 - 99%,但较小尺寸微塑料的去除效率较低,且大量废水的处理仍导致相当数量的微塑料进入水环境。此前研究多聚焦于污水处理技术对微塑料的去除效率和排放浓度评估,缺乏对污水、污水处理厂微塑料总量及其入海通量的综合评估。现有塑料通量模拟研究多以人均为计算单位,且对河流截留采用固定比例假设。本研究基于实际污水处理量进行输出计算并模拟基于机制的传输过程,构建数据库并利用蒙特卡罗模拟估算微塑料排放,进而深入分析微塑料排放特征和传输规律。
污水处理厂是微塑料排放的重要源头。为量化污水处理厂潜在的微塑料排放,本研究构建了包含中国10000多家污水处理厂且估算了微塑料排放率的数据库,并基于斯托克斯定律对排放后微塑料碎片和纤维在河流中的截留情况进行了估算。结果显示,污水处理厂排放的微塑料质量为(4.48±7.48)x10^7kg ,而未经处理污水排放的微塑料质量为(4.55±3.00) x 10^7kg ,与处理后废水的排放量相当,这表明污水处理能力有待进一步加强。经河流截留后进入海洋的微塑料通量在4.08x 10^7kg 至8.20 x 10^7kg 之间,其中14 - 27%的微塑料在距离海岸20公里范围内直接排入海洋。

图 1.(a) 流域和流域中污水处理厂数量的示意图(带阴影线的六边形代表不参与 MP 沉积计算的内流河流域,流域中产生的 MP 仅在内陆循环。六边形的颜色表示河流的上游和下游关系,其中浅色流域流入深色流域)。(b) 污水处理厂中各种处理过程的微塑料截留率。(c) 不同国家每 10,000 人的废水量。

图 2.(a) 污水处理厂排放的微塑胶和未经处理的废水的数量。(b) MP 前 10 大排放流域。
Shi, X., Ma, Y., Ma, Y., Lin, W., Zhu, L., Li, D., Tong, Y., & Lin, Y. (2025). A Comprehensive Modeling of Microplastic Emission from Wastewater Treatment Plants to the Sea via Rivers in China. *Environmental Science & Technology*. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c07345  

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