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中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (8): 166-175.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.025
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白水泉(
), 边佳诚, 王乐园, 杨家华, 邓亚峰()
收稿日期:2022-01-14
出版日期:2022-08-26
发布日期:2022-08-22
通讯作者:
邓亚峰（1978—），男，副教授，从事无线电能传输及应用研究，dengyafeng@th.btbu.edu.cn作者简介:白水泉（2001—），男，在读本科生，从事智能机械优化设计研究，BSQ20010710@163.com
基金资助:
BAI Shuiquan(), BIAN Jiacheng, WANG Leyuan, YANG Jiahua, DENG Yafeng()
Received:2022-01-14
Online:2022-08-26
Published:2022-08-22
Contact:
DENG Yafeng
E-mail:BSQ20010710@163.com;dengyafeng@th.btbu.edu.cn
摘要：
分析了微塑料的危害、来源及在世界范围内水体中的分布情况，综述了物理去除技术、化学去除技术、生物去除技术、联用技术等4大类微塑料去除技术，最后对水环境中微塑料去除技术未来的研究方向进行了展望。
中图分类号:
白水泉, 边佳诚, 王乐园, 杨家华, 邓亚峰. 水环境微塑料去除技术的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 166-175.
BAI Shuiquan, BIAN Jiacheng, WANG Leyuan, YANG Jiahua, DENG Yafeng. Research progress in removal technologies of microplastics in water environment[J]. China Plastics, 2022, 36(8): 166-175.
| 分类方式 | 微塑料种类 | 主要来源 |
|---|---|---|
| 粒径大小 | 纳米塑料（粒径<1 μm）［ | — |
| 小型微塑料（粒径<1 mm） | — | |
| 大型微塑料（1 mm<粒径<5 mm） | — | |
| 形状 | 规则颗粒微塑料 | — |
| 不规则多种形状微塑料 | — | |
| 产生途径 | 初级微塑料 | 工业生产［ |
| 次级微塑料 | 初级微塑料分解而来［ | |
| 进入水体的不同来源 | 直接来源微塑料 | 塑料垃圾［ |
| 间接来源微塑料 | 化妆品中的添加成分［ |
| 分类方式 | 微塑料种类 | 主要来源 |
|---|---|---|
| 粒径大小 | 纳米塑料（粒径<1 μm）［ | — |
| 小型微塑料（粒径<1 mm） | — | |
| 大型微塑料（1 mm<粒径<5 mm） | — | |
| 形状 | 规则颗粒微塑料 | — |
| 不规则多种形状微塑料 | — | |
| 产生途径 | 初级微塑料 | 工业生产［ |
| 次级微塑料 | 初级微塑料分解而来［ | |
| 进入水体的不同来源 | 直接来源微塑料 | 塑料垃圾［ |
| 间接来源微塑料 | 化妆品中的添加成分［ |
| 采样区域 | 微塑料丰度 | 微塑料分类方法 | 各组分含量（质量分数） | 检测 方法 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
印度 洋海域 | （1 029±1 134）个/m2 | 按成分划分 | 聚丙烯（PP）30 %、聚苯乙烯（PS）5 %、聚乙烯（PE）62 %、其他3 % | FTIR | ［ |
太平洋中 西部 | （34 039±25 101）个/km2 | 按形状划分 | 纤维/长丝57.7 %、碎片18.3 %、其他24 % | 拉曼 光谱 | ［ |
| 按粒径划分 | 1~2.5 mm 35.1 %、0.5~1 mm 28.5 %、其他36.4 % | ||||
| 按颜色划分 | 白色33.8 %、透明31.0 %、绿色24.6 %、其他10.6 % | ||||
| 按成分划分 | PP 39.1 %、聚甲基丙烯酸甲酯16.2 %、PE 14.1 %、PE 14.2 %、其他 16.4 % | ||||
| 大西洋 | 15 283~1 007 872 个/km2 | 按形状划分（加那利群岛地区） | 纤维27.4 %、碎片57.3 %、其他15.3 % | FTIR | ［ |
| 按形状划分（马德拉地区） | 纤维30 %、碎片47.5 %、其他22.5 % | ||||
| 按形状划分（亚速尔群岛地区） | 纤维：54 %、碎片：34.9 %、其他：11.1% | ||||
| 北极海冰 | 8~41 个/L | 按粒径划分 | <0.5 mm 85 %、0.5~1 mm 11.8 %、1~1.4 mm 3.0 % | FTIR | ［ |
| 中国南海 | （0.045±0.093）个/m3 | 按成分划分 | 醇酸树脂（AK）22.5 %、聚己内酯（PCL）20.9 %、其他56.9 % | FTIR | ［ |
| 中国东海 | （0.167±0.138）个/m3 | 按形状划分（长江入海口） | 纤维79.1 %、薄片9.1 %、小颗粒11.6 %、珠粒0.2 % | - | ［ |
| 按形状划分（中国东海海岸线） | 纤维83.2 %、薄片2.1 %、颗粒14.7 % | ||||
| 按粒径划分（长江入海口） | 0.5~1 mm 67.0 %、1~2.5 mm 28.4 %、2.5~5 mm 4.4 %、 >5 mm 0.2 % | ||||
| 按粒径划分（中国东海海岸线） | 0.5~1 mm 35.4 %、1~2.5 mm 29.9 %、2.5~5 mm 25.9 %、>5 mm 8.8 % | ||||
| 中国渤海 | （0.33±0.34）个/m3 | 按粒径划分 | >2.5 mm 7 %、0.5~2.5 mm 38 %、0.3~0.5 mm 55 % | FTIR | ［ |
| 按成分划分 | PP 51 %、PS 29 %、其他20 % | ||||
| 中国黄海 | （545±282）个/m3 | 按粒径划分 | <0.5 mm（表层海水） 35.7 %~83.5 %、<0.5 mm（沉淀物） 60.0 %~96.6 % | FTIR | ［ |
| 按形状划分（表层海水） | 薄片58.1 %±24.9 %、纤维39.1±22.3 %、珠粒58.1 %±24.9 %、小颗粒2.1±3.4 % | ||||
| 按形状划分（沉淀物） | 薄片61.4 %±14.2 %、纤维35.1 %±11.6 %、小颗粒3.6 %±7.4 % | ||||
| 按颜色划分 | 白色（表层海水）2.4 %~14.8 %、透明（沉淀物）50.0 %~88.9 % | ||||
| 按成分划分（表层海水） | PE 77.8 %、PP 11.1 %、其他11.1% | ||||
| 按成分划分（沉淀物） | PE 44.5 %、PP 33.3 %、其他22.2% | ||||
| 中国青藏高原 | 483~967 个/m3 | 按形状划分 | 纤维（地表水）69.0 %~92.7 %、纤维（沉淀物）53.8 %~80.6 % | 拉曼光谱 | ［ |
| 按粒径划分 | <1 mm超过70 %、>1 mm不到30 % | ||||
| 美国五大湖 | 43×103 个/km2 | 按粒径划分 | 0.355~0.999 mm 81 %、1.000~4.749 mm 17 %、>4.75 mm 2 % | SEM/EDS、FTIR | ［ |
| 按形状划分 | 碎片42.2 %、珠粒48.1 %、其他9.7 % | ||||
| 意大利伊索湖 | 4×103~9.3×105个/km2 | 按成分划分 | PE 41.3 %、PP 5.4 %、PS 1.8 %、发泡聚苯乙烯（EPS） 24.6 %、其他 26.9 % | FTIR | ［ |
| 意大利马焦雷湖 | 9×103~7.3×105 个/km2 | 按成分划分 | PE 48.0 %、PP 17.2 %、PS 4.9 %、EPS 9.0 %、其他20.9 % | FTIR | ［ |
| 意大利加尔达湖 | 1.3×103~8.4×105 个/km2 | 按成分划分 | PE 45.4 %、PP 21.8 %、PS 1.9 %、EPS 21.7 %、其他9.2 % | FTIR | ［ |
| 采样区域 | 微塑料丰度 | 微塑料分类方法 | 各组分含量（质量分数） | 检测 方法 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
印度 洋海域 | （1 029±1 134）个/m2 | 按成分划分 | 聚丙烯（PP）30 %、聚苯乙烯（PS）5 %、聚乙烯（PE）62 %、其他3 % | FTIR | ［ |
太平洋中 西部 | （34 039±25 101）个/km2 | 按形状划分 | 纤维/长丝57.7 %、碎片18.3 %、其他24 % | 拉曼 光谱 | ［ |
| 按粒径划分 | 1~2.5 mm 35.1 %、0.5~1 mm 28.5 %、其他36.4 % | ||||
| 按颜色划分 | 白色33.8 %、透明31.0 %、绿色24.6 %、其他10.6 % | ||||
| 按成分划分 | PP 39.1 %、聚甲基丙烯酸甲酯16.2 %、PE 14.1 %、PE 14.2 %、其他 16.4 % | ||||
| 大西洋 | 15 283~1 007 872 个/km2 | 按形状划分（加那利群岛地区） | 纤维27.4 %、碎片57.3 %、其他15.3 % | FTIR | ［ |
| 按形状划分（马德拉地区） | 纤维30 %、碎片47.5 %、其他22.5 % | ||||
| 按形状划分（亚速尔群岛地区） | 纤维：54 %、碎片：34.9 %、其他：11.1% | ||||
| 北极海冰 | 8~41 个/L | 按粒径划分 | <0.5 mm 85 %、0.5~1 mm 11.8 %、1~1.4 mm 3.0 % | FTIR | ［ |
| 中国南海 | （0.045±0.093）个/m3 | 按成分划分 | 醇酸树脂（AK）22.5 %、聚己内酯（PCL）20.9 %、其他56.9 % | FTIR | ［ |
| 中国东海 | （0.167±0.138）个/m3 | 按形状划分（长江入海口） | 纤维79.1 %、薄片9.1 %、小颗粒11.6 %、珠粒0.2 % | - | ［ |
| 按形状划分（中国东海海岸线） | 纤维83.2 %、薄片2.1 %、颗粒14.7 % | ||||
| 按粒径划分（长江入海口） | 0.5~1 mm 67.0 %、1~2.5 mm 28.4 %、2.5~5 mm 4.4 %、 >5 mm 0.2 % | ||||
| 按粒径划分（中国东海海岸线） | 0.5~1 mm 35.4 %、1~2.5 mm 29.9 %、2.5~5 mm 25.9 %、>5 mm 8.8 % | ||||
| 中国渤海 | （0.33±0.34）个/m3 | 按粒径划分 | >2.5 mm 7 %、0.5~2.5 mm 38 %、0.3~0.5 mm 55 % | FTIR | ［ |
| 按成分划分 | PP 51 %、PS 29 %、其他20 % | ||||
| 中国黄海 | （545±282）个/m3 | 按粒径划分 | <0.5 mm（表层海水） 35.7 %~83.5 %、<0.5 mm（沉淀物） 60.0 %~96.6 % | FTIR | ［ |
| 按形状划分（表层海水） | 薄片58.1 %±24.9 %、纤维39.1±22.3 %、珠粒58.1 %±24.9 %、小颗粒2.1±3.4 % | ||||
| 按形状划分（沉淀物） | 薄片61.4 %±14.2 %、纤维35.1 %±11.6 %、小颗粒3.6 %±7.4 % | ||||
| 按颜色划分 | 白色（表层海水）2.4 %~14.8 %、透明（沉淀物）50.0 %~88.9 % | ||||
| 按成分划分（表层海水） | PE 77.8 %、PP 11.1 %、其他11.1% | ||||
| 按成分划分（沉淀物） | PE 44.5 %、PP 33.3 %、其他22.2% | ||||
| 中国青藏高原 | 483~967 个/m3 | 按形状划分 | 纤维（地表水）69.0 %~92.7 %、纤维（沉淀物）53.8 %~80.6 % | 拉曼光谱 | ［ |
| 按粒径划分 | <1 mm超过70 %、>1 mm不到30 % | ||||
| 美国五大湖 | 43×103 个/km2 | 按粒径划分 | 0.355~0.999 mm 81 %、1.000~4.749 mm 17 %、>4.75 mm 2 % | SEM/EDS、FTIR | ［ |
| 按形状划分 | 碎片42.2 %、珠粒48.1 %、其他9.7 % | ||||
| 意大利伊索湖 | 4×103~9.3×105个/km2 | 按成分划分 | PE 41.3 %、PP 5.4 %、PS 1.8 %、发泡聚苯乙烯（EPS） 24.6 %、其他 26.9 % | FTIR | ［ |
| 意大利马焦雷湖 | 9×103~7.3×105 个/km2 | 按成分划分 | PE 48.0 %、PP 17.2 %、PS 4.9 %、EPS 9.0 %、其他20.9 % | FTIR | ［ |
| 意大利加尔达湖 | 1.3×103~8.4×105 个/km2 | 按成分划分 | PE 45.4 %、PP 21.8 %、PS 1.9 %、EPS 21.7 %、其他9.2 % | FTIR | ［ |
| 分类 | 处理工艺 | 原理 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 物理去除技术 | 过滤 | 截留、重力分离、膜分离 | 能耗低、分离率高 | 小粒径微塑料去除效果差 | ［ |
| 磁分离 | 效率高、无二次污染 | 去除率较低 | ［ | ||
| 吸附 | 对小粒径微塑料去除能力较高 | 去除率随丰度增高而降低 | ［ | ||
| 溶胶⁃凝胶 | 不受水体pH值影响 | 去除适应性研究有待深入 | ［ | ||
| 密度分离 | 工艺简单 | 部分饱和盐溶液价格偏高 | ［ | ||
化学去除 技术 | 光化学氧化 | 氧化/还原降解、光化学老化、电解/化学絮凝 | 成本低、环境友好 | 部分工艺需紫外线光源 | ［ |
| 混凝 | 经济节能、对环境无污染 | 小粒径微塑料去除能力差 | ［ | ||
| 高级氧化 | 降解产物毒性低 | 需在密闭实验环境下进行 | ［ | ||
生物降解 技术 | 真菌降解 | 利用生物代谢降解、同化塑料高分子 | 效率高、运行成本低、无二次污染 | 处理效率不稳定，对环境依赖性大 | ［ |
| 细菌降解 | |||||
| 联用技术 | 超滤⁃混凝 | 物化去除结合生物降解 | 去除效率高 | 设备成本较高，操作复杂 | ［ |
| 膜生物反应器 | 抗冲击能力强、控制灵活 | 容易形成膜污染 | ［ |
| 分类 | 处理工艺 | 原理 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 物理去除技术 | 过滤 | 截留、重力分离、膜分离 | 能耗低、分离率高 | 小粒径微塑料去除效果差 | ［ |
| 磁分离 | 效率高、无二次污染 | 去除率较低 | ［ | ||
| 吸附 | 对小粒径微塑料去除能力较高 | 去除率随丰度增高而降低 | ［ | ||
| 溶胶⁃凝胶 | 不受水体pH值影响 | 去除适应性研究有待深入 | ［ | ||
| 密度分离 | 工艺简单 | 部分饱和盐溶液价格偏高 | ［ | ||
化学去除 技术 | 光化学氧化 | 氧化/还原降解、光化学老化、电解/化学絮凝 | 成本低、环境友好 | 部分工艺需紫外线光源 | ［ |
| 混凝 | 经济节能、对环境无污染 | 小粒径微塑料去除能力差 | ［ | ||
| 高级氧化 | 降解产物毒性低 | 需在密闭实验环境下进行 | ［ | ||
生物降解 技术 | 真菌降解 | 利用生物代谢降解、同化塑料高分子 | 效率高、运行成本低、无二次污染 | 处理效率不稳定，对环境依赖性大 | ［ |
| 细菌降解 | |||||
| 联用技术 | 超滤⁃混凝 | 物化去除结合生物降解 | 去除效率高 | 设备成本较高，操作复杂 | ［ |
| 膜生物反应器 | 抗冲击能力强、控制灵活 | 容易形成膜污染 | ［ |
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