地表水环境中微塑料污染的危害及防治措施浅谈

2023-01-16刁杰

江西化工 2022年1期

刁杰

(南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏南京 210093)

随着我国现代工业进程的不断加快，各式各样的人为活动造成微塑料通过各种途径进入到地表水环境中[1]，给水生生物的生长和人类健康带来了极大的威胁[2]。近年来微塑料污染几乎无处不在，2019年美国罗德岛大学的研究团队甚至在北极钻取的冰芯中发现了大量的微塑料颗粒。

本文介绍了地表水中微塑料的来源，阐述了微塑料污染产生的危害，对可能的防治措施进行系统的总结，为地表水中微塑料污染的预防和控制提供理论借鉴。

1 微塑料污染的来源

塑料是世界工业产业应用最广泛的材料之一，其产量近年来迅速增长，2018年全球塑料产量接近3.6亿吨[3]。随着塑料产量的增加，并且大多数塑料仅能一次性使用且难以降解，当这些废弃塑料没有得到适当的处理时，大量的塑料垃圾将不可避免地进入环境。微塑料是指直径小于5mm的塑料，通常分为两类：初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料是指经过河流、污水处理厂等而直接排入水环境中的塑料颗粒工业产品，如化妆品等含有的微塑料颗粒或作为工业原料的塑料颗粒和树脂颗粒；次生微塑料是从大型塑料中分解出来的。自然界中的微塑料污染大多来自陆地的塑料垃圾，因此微塑料污染最为集中的区域就是近海水岸、工业区、港口区、排污区和河流入口区[4]。目前，科学界越来越关注微塑料的污染及防治研究。

地表水中微塑料最主要的来源是陆地上的各项人类活动，包括工业生产、农业薄膜覆盖等。水体微塑料的直接来源也包括船舶运输、旅游业、水上捕鱼、生活废水和污水处理厂的直接排放等。以长江流域为例，长江流域渔业资源丰富，据不完全统计，长江流域现有各类捕捞船只26万艘，专业渔民达到了35万人，在“10年禁渔”出台前，捕鱼对水体微塑料的直接输送也是直接原因之一。长江流域码头泊位数有一万多个，船舶运输不仅是微塑料的直接来源，也是微塑料在水体中迁移的重要途径。研究指出，单件衣物洗涤时每次可产生>1900根合成纤维。生活废水和工业废水中的微塑料经市政管道传输到污水处理厂后，并不能被完全截留到污泥中，会有一部分微塑料随出水排放，进入水体当中。据不完全统计，长江流域范围内有2万多个入河排污口，这是长江流域水体微塑料污染的主要点源，较大的排污量造成大量微塑料随污水直接进入水体[5]。

2 微塑料污染的危害

由于微塑料粒径较小，易被水生生物吞食。研究人员已经记录了100多种无脊椎动物和脊椎动物对微塑料的吞噬作用。对于某些生物体来说，微塑料甚至会破坏它们的内分泌系统，引起炎症，从而甚至影响它们的生殖能力[6]。

微塑料往往具有较大的比表面积，在环境转化过程中，老化破碎的微塑料比表面积会进一步增加，容易吸附环境中各种重金属和其它有机污染物从而使其毒性增强。Jaeseong等人研究表明，微塑料污染会降低海洋生物的繁殖能力[7]。甚至有研究表明，微塑料会向环境中释放有毒添加剂[8]。以下将从微塑料对水生生物、人体健康及生态环境三个层面分析微塑料污染的危害。

(1)水生生物

由于微塑料粒径细小，极易通过消化道、呼吸道进入水生动物的肠胃、肺或腮，再到血液循环系统、肝脏或肾脏。进入体内的微塑料大部分会随粪便排出，但有少部分会继续存在于水生动物体内，这部分微塑料会导致动物新陈代谢紊乱、生理应激、免疫力下降、肠胃受损，甚至突破血脑屏障进入中枢神经系统引发神经系统毒性效应，最终导致生物死亡。暴露在含微塑料的水环境中的鱼类，其产卵量和存活率都大幅度降低，甚至出现畸形幼鱼；微塑料在生物体内富集后，在食物链中传递，产生一系列生理毒性效应。除此之外，微塑料可能还会吸附水中的其他物质(如双酚A、壬基酚、邻苯二甲酸盐酯等)引起协同毒性作用，干扰动物内源性激素的分泌，导致性腺发育迟缓，影响生殖能力。

微塑料不仅对水生动物有一定的毒害作用，同时也可能通过降低水生植物的光合作用，进而抑制水生植物的生长发育。粒径极小的微塑料会黏附在植物体表面，堵塞植物的气孔，或者被植物根系吸收，进入植物的各个组织中，降低光合色素含量等。张晨等人研究发现沉水植物暴露在含微塑料的水中时，植物叶片出现发黄、残叶现象，其生长和光合作用都受到了严重抑制[9]。此外，粒径较大的塑料细丝、纤维和碎片还会被海草等水生植物拦截，形成天然的纤维团块，阻碍植物的生长，在实际应用中也可以根据这一特性，利用水生植物来捕获微塑料，以实现对水中微塑料的去除。

(2)生态环境

微塑料污染对海洋环境、土壤环境和大气环境都会造成严重的危害。由于微塑料颗粒的直径和体积都比较小，这就使得相同单位下微塑料颗粒的比表面积更大，比表面积越大，其吸附污染物的能力就越强。海洋、土壤和大气中本身就存在多种有机污染物，这些有机污染物长期堆积和聚集，也不溶于水，一旦微塑料颗粒进入海洋、土壤和大气环境中，与这些有机污染物相遇，通过自身强大的吸附力，可以把这些有机污染物聚集起来，从而对环境带来更大的危害。

(3)人体健康

塑料属于高分子化合物，在生产过程中，为了增强塑料的性能，会添加各种化学制剂。人处于食物链的最顶端，随着人们生活水平的不断提高，大量水产品被端上人们的餐桌，这就使得微塑料颗粒进入人体，进而影响生命健康。调查研究显示，存在鱼类和贝类中的微塑料颗粒不会被人体消化系统所吸收，但也不会完全排出，这些微塑料颗粒堆积在人体内，对人们的免疫系统、淋巴系统、神经系统、生殖系统、内分泌系统都会造成一定的危害。如果微塑料颗粒吸附有重金属，就会直接影响人体肾脏，从而引发各类疾病。

总而言之，微塑料可以通过食物链富集，这些携带有毒污染物的微塑料可能被转移到更高的营养水平。因此，有必要对水体环境中微塑料污染进行防治。

3 微塑料污染的防治措施

(1)替代使用

要实现对微塑料污染的有效防治，首先就要减少对传统塑料制品的使用，通过推广一些可替代的可降解塑料和非塑料制品，在源头上减少污染堆积。例如，金伯利与RWDC合作研发出可替代传统塑料的可再生聚羟基链烷酸酯(PHA)源材料SolonTM，SolonTM是一种生物聚合物，使用后可完全分解为碳和水，可在日常一次性消费品中代替塑料[10]。苏治平等人以未分离的木质生物质、微晶纤维素和纤维素纸张为主要原料，对木质生物质进行热加工改性，成功合成了多种具有塑料替代潜力的动态自适应性材料[11]。合成的全生物质基动态亚胺聚合物具有良好的热加工性能和自修复性能，同时其还兼具优异的阻水性、抗水性、耐溶剂性、抗酸碱腐蚀性和降解性能，在生物质基塑料和可持续复合材料领域都具有巨大的应用潜力。2019年，芬兰研究人员利用木质纤维和蜘蛛丝成分研发出一种新型生物基材料，未来有望用作塑料的替代品[12]。

(2)加强管控

应加强固体废弃物处置和管理。水体中微塑料大部分可能来源于固体废弃塑料垃圾。调查发现，一些码头、旅游区、库湾、湿地公园等人类活动密集地区，塑料垃圾随意丢弃的现象依然存在。固体废弃物收集后在一些农村乡镇依然随意堆放，在大气环流、风力影响下成了微塑料污染的“点源”，因此需要加强这些固体垃圾的及时处置。垃圾填埋场中也需要将塑料垃圾分类捡出，循环利用，对无法分类和回收的塑料应及时进行焚烧、填埋或者进行其他处置，减少塑料垃圾在环境中的暴露时间。

用法律手段管理和限制塑料制品的使用，是减少环境中微塑料排放的重要措施。2007年，国务院办公厅发布了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》，但“禁塑令”在个体商户之间形同虚设，塑料袋的使用量依然较大。2017年，国务院办公厅颁布了《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，减少了“洋垃圾”的输入。2016年，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部发布《垃圾强制分类制度方案》，该《方案》提出，到2020年底，重点城市生活垃圾得到有效分类，生活垃圾分类收集覆盖率达到90%以上，生活垃圾回收利用率达到35%以上。但目前实施上较为困难，进度较慢。针对塑料垃圾管理的法律法规仍然存在不完善的地方，应该落实塑料垃圾的目标责任制和处罚制度。例如，随着我国互联网经济的快速发展，快递袋和外卖包装袋等垃圾日益增多，应出台相关的制度，鼓励使用非塑料制品，对于使用塑料包装的实行“谁污染谁买单”的政策。

(3)科学回收降解

对于已经存在的微塑料污染，要采取有效的集中处理方法，尽量避免微塑料颗粒进入生物体内，减小对自然界和生物的危害。例如，赵尚飞等人设计了一种新型的塑料垃圾回收处理平台，该平台主要由两部分构成：一是通过压缩机和粉碎机将打捞船等工具打捞的水环境中的塑料垃圾进行粉碎处理，二是通过反应釜内裂解提炼石蜡的化学反应生成石蜡。该设计可以将水环境中的塑料垃圾转变为可利用的石蜡[13]。目前，比较成熟的海洋垃圾处理装置主要包括海洋垃圾桶、海洋垃圾回收船、自动化收集器等。未来，地表水中微塑料垃圾的清理工作会持续推进。

对于地表水环境中已经存在的塑料垃圾或者是微塑料颗粒，可以采取生物降解技术实现有效的治理，通过生物降解来减少废弃塑料的生物毒性，降低微塑料颗粒的含量，有效治理微塑料污染。科学研究发现，自然界中的一部分真菌、细菌和细小生物都具有降解聚氨酯塑料的能力，比如，黄粉虫可以啃食泡沫塑料，肠道微生物可以降解聚乙烯[14-15]。然而，生物降解微塑料的实际应用范围较小，降解效率不高，当前需重点关注的问题是生物降解技术如何应用于工业化生产，从根源上消除微塑料污染。

(4)提高公众参与意识

公众参与塑料垃圾及微塑料污染治理的意识较弱、行动分散、环保知识薄弱，丢弃习惯的改变、垃圾分类处置的行为养成以及绿色消费观念的普及都需要社会一定的引导和激励。环保部门可制定明确的公众参与微塑料污染防治问题的统一规范，使公众明确自己的责任和义务。同时，可适当发挥互联网的作用，科普垃圾分类和环境安全知识，努力让公众做到知行合一，塑料垃圾得到有效分类和管理。总之，地表水环境中微塑料治理是一项系统工程，需要充分调动各治理主体的能动性，形成国际组织、政府、企业、社会团体和公众参与的合力，从而提升整体决策能力以及资源配置效率。