地表水環(huán)境中微塑料污染的危害及防治措施淺談

地表水環(huán)境中微塑料污染的危害及防治措施淺談刁杰

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇南京210093)

隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的不斷加快，各式各樣的人為活動(dòng)造成微塑料通過(guò)各種途徑進(jìn)入到地表水環(huán)境中[1]，給水生生物的生長(zhǎng)和人類健康帶來(lái)了極大的威脅[2]。近年來(lái)微塑料污染幾乎無(wú)處不在，2022年美國(guó)羅德島大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)甚至在北極鉆取的冰芯中發(fā)現(xiàn)了大量的微塑料顆粒。

本文介紹了地表水中微塑料的來(lái)源，闡述了微塑料污染產(chǎn)生的危害，對(duì)可能的防治措施進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，為地表水中微塑料污染的預(yù)防和控制提供理論借鑒。

1微塑料污染的來(lái)源

塑料是世界工業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的材料之一，其產(chǎn)量近年來(lái)迅速增長(zhǎng)，2022年全球塑料產(chǎn)量接近3.6億噸[3]。隨著塑料產(chǎn)量的增加，并且大多數(shù)塑料僅能一次性使用且難以降解，當(dāng)這些廢棄塑料沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)，大量的塑料垃圾將不可避免地進(jìn)入環(huán)境。微塑料是指直徑小于5mm的塑料，通常分為兩類：初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料是指經(jīng)過(guò)河流、污水處理廠等而直接排入水環(huán)境中的塑料顆粒工業(yè)產(chǎn)品，如化妝品等含有的微塑料顆?；蜃鳛楣I(yè)原料的塑料顆粒和樹(shù)脂顆粒；次生微塑料是從大型塑料中分解出來(lái)的。自然界中的微塑料污染大多來(lái)自陸地的塑料垃圾，因此微塑料污染最為集中的區(qū)域就是近海水岸、工業(yè)區(qū)、港口區(qū)、排污區(qū)和河流入口區(qū)[4]。目前，科學(xué)界越來(lái)越關(guān)注微塑料的污染及防治研究。

地表水中微塑料最主要的來(lái)源是陸地上的各項(xiàng)人類活動(dòng)，包括工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)薄膜覆蓋等。水體微塑料的直接來(lái)源也包括船舶運(yùn)輸、旅游業(yè)、水上捕魚、生活廢水和污水處理廠的直接排放等。以長(zhǎng)江流域?yàn)槔?，長(zhǎng)江流域漁業(yè)資源豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江流域現(xiàn)有各類捕撈船只26萬(wàn)艘，專業(yè)漁民達(dá)到了35萬(wàn)人，在“10年禁漁”出臺(tái)前，捕魚對(duì)水體微塑料的直接輸送也是直接原因之一。長(zhǎng)江流域碼頭泊位數(shù)有一萬(wàn)多個(gè)，船舶運(yùn)輸不僅是微塑料的直接來(lái)源，也是微塑料在水體中遷移的重要途徑。研究指出，單件衣物洗滌時(shí)每次可產(chǎn)生>1900根合成纖維。生活廢水和工業(yè)廢水中的微塑料經(jīng)市政管道傳輸?shù)轿鬯幚韽S后，并不能被完全截留到污泥中，會(huì)有一部分微塑料隨出水排放，進(jìn)入水體當(dāng)中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江流域范圍內(nèi)有2萬(wàn)多個(gè)入河排污口，這是長(zhǎng)江流域水體微塑料污染的主要點(diǎn)源，較大的排污量造成大量微塑料隨污水直接進(jìn)入水體[5]。

2微塑料污染的危害

由于微塑料粒徑較小，易被水生生物吞食。研究人員已經(jīng)記錄了100多種無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物對(duì)微塑料的吞噬作用。對(duì)于某些生物體來(lái)說(shuō)，微塑料甚至?xí)茐乃鼈兊膬?nèi)分泌系統(tǒng)，引起炎癥，從而甚至影響它們的生殖能力[6]。

微塑料往往具有較大的比表面積，在環(huán)境轉(zhuǎn)化過(guò)程中，老化破碎的微塑料比表面積會(huì)進(jìn)一步增加，容易吸附環(huán)境中各種重金屬和其它有機(jī)污染物從而使其毒性增強(qiáng)。Jaeseong等人研究表明，微塑料污染會(huì)降低海洋生物的繁殖能力[7]。甚至有研究表明，微塑料會(huì)向環(huán)境中釋放有毒添加劑[8]。以下將從微塑料對(duì)水生生物、人體健康及生態(tài)環(huán)境三個(gè)層面分析微塑料污染的危害。

(1)水生生物

由于微塑料粒徑細(xì)小，極易通過(guò)消化道、呼吸道進(jìn)入水生動(dòng)物的腸胃、肺或腮，再到血液循環(huán)系統(tǒng)、肝臟或腎臟。進(jìn)入體內(nèi)的微塑料大部分會(huì)隨糞便排出，但有少部分會(huì)繼續(xù)存在于水生動(dòng)物體內(nèi)，這部分微塑料會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物新陳代謝紊亂、生理應(yīng)激、免疫力下降、腸胃受損，甚至突破血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)毒性效應(yīng)，最終導(dǎo)致生物死亡。暴露在含微塑料的水環(huán)境中的魚類，其產(chǎn)卵量和存活率都大幅度降低，甚至出現(xiàn)畸形幼魚；微塑料在生物體內(nèi)富集后，在食物鏈中傳遞，產(chǎn)生一系列生理毒性效應(yīng)。除此之外，微塑料可能還會(huì)吸附水中的其他物質(zhì)(如雙酚A、壬基酚、鄰苯二甲酸鹽酯等)引起協(xié)同毒性作用，干擾動(dòng)物內(nèi)源性激素的分泌，導(dǎo)致性腺發(fā)育遲緩，影響生殖能力。

微塑料不僅對(duì)水生動(dòng)物有一定的毒害作用，同時(shí)也可能通過(guò)降低水生植物的光合作用，進(jìn)而抑制水生植物的生長(zhǎng)發(fā)育。粒徑極小的微塑料會(huì)黏附在植物體表面，堵塞植物的氣孔，或者被植物根系吸收，進(jìn)入植物的各個(gè)組織中，降低光合色素含量等。張晨等人研究發(fā)現(xiàn)沉水植物暴露在含微塑料的水中時(shí)，植物葉片出現(xiàn)發(fā)黃、殘葉現(xiàn)象，其生長(zhǎng)和光合作用都受到了嚴(yán)重抑制[9]。此外，粒徑較大的塑料細(xì)絲、纖維和碎片還會(huì)被海草等水生植物攔截，形成天然的纖維團(tuán)塊，阻礙植物的生長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中也可以根據(jù)這一特性，利用水生植物來(lái)捕獲微塑料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中微塑料的去除。

(2)生態(tài)環(huán)境

微塑料污染對(duì)海洋環(huán)境、土壤環(huán)境和大氣環(huán)境都會(huì)造成嚴(yán)重的危害。由于微塑料顆粒的直徑和體積都比較小，這就使得相同單位下微塑料顆粒的比表面積更大，比表面積越大，其吸附污染物的能力就越強(qiáng)。海洋、土壤和大氣中本身就存在多種有機(jī)污染物，這些有機(jī)污染物長(zhǎng)期堆積和聚集，也不溶于水，一旦微塑料顆粒進(jìn)入海洋、土壤和大氣環(huán)境中，與這些有機(jī)污染物相遇，通過(guò)自身強(qiáng)大的吸附力，可以把這些有機(jī)污染物聚集起來(lái)，從而對(duì)環(huán)境帶來(lái)更大的危害。

(3)人體健康

塑料屬于高分子化合物，在生產(chǎn)過(guò)程中，為了增強(qiáng)塑料的性能，會(huì)添加各種化學(xué)制劑。人處于食物鏈的最頂端，隨著人們生活水平的不斷提高，大量水產(chǎn)品被端上人們的餐桌，這就使得微塑料顆粒進(jìn)入人體，進(jìn)而影響生命健康。調(diào)查研究顯示，存在魚類和貝類中的微塑料顆粒不會(huì)被人體消化系統(tǒng)所吸收，但也不會(huì)完全排出，這些微塑料顆粒堆積在人體內(nèi)，對(duì)人們的免疫系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)都會(huì)造成一定的危害。如果微塑料顆粒吸附有重金屬，就會(huì)直接影響人體腎臟，從而引發(fā)各類疾病。

總而言之，微塑料可以通過(guò)食物鏈富集，這些攜帶有毒污染物的微塑料可能被轉(zhuǎn)移到更高的營(yíng)養(yǎng)水平。因此，有必要對(duì)水體環(huán)境中微塑料污染進(jìn)行防治。

3微塑料污染的防治措施

(1)替代使用

要實(shí)現(xiàn)對(duì)微塑料污染的有效防治，首先就要減少對(duì)傳統(tǒng)塑料制品的使用，通過(guò)推廣一些可替代的可降解塑料和非塑料制品，在源頭上減少污染堆積。例如，金伯利與RWDC合作研發(fā)出可替代傳統(tǒng)塑料的可再生聚羥基鏈烷酸酯(PHA)源材料SolonTM，SolonTM是一種生物聚合物，使用后可完全分解為碳和水，可在日常一次性消費(fèi)品中代替塑料[10]。蘇治平等人以未分離的木質(zhì)生物質(zhì)、微晶纖維素和纖維素紙張為主要原料，對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)進(jìn)行熱加工改性，成功合成了多種具有塑料替代潛力的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性材料[11]。合成的全生物質(zhì)基動(dòng)態(tài)亞胺聚合物具有良好的熱加工性能和自修復(fù)性能，同時(shí)其還兼具優(yōu)異的阻水性、抗水性、耐溶劑性、抗酸堿腐蝕性和降解性能，在生物質(zhì)基塑料和可持續(xù)復(fù)合材料領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力。2022年，芬蘭研究人員利用木質(zhì)纖維和蜘蛛絲成分研發(fā)出一種新型生物基材料，未來(lái)有望用作塑料的替代品[12]。

(2)加強(qiáng)管控

應(yīng)加強(qiáng)固體廢棄物處置和管理。水體中微塑料大部分可能來(lái)源于固體廢棄塑料垃圾。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些碼頭、旅游區(qū)、庫(kù)灣、濕地公園等人類活動(dòng)密集地區(qū)，塑料垃圾隨意丟棄的現(xiàn)象依然存在。固體廢棄物收集后在一些農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)依然隨意堆放，在大氣環(huán)流、風(fēng)力影響下成了微塑料污染的“點(diǎn)源”，因此需要加強(qiáng)這些固體垃圾的及時(shí)處置。垃圾填埋場(chǎng)中也需要將塑料垃圾分類撿出，循環(huán)利用，對(duì)無(wú)法分類和回收的塑料應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焚燒、填埋或者進(jìn)行其他處置，減少塑料垃圾在環(huán)境中的暴露時(shí)間。

用法律手段管理和限制塑料制品的使用，是減少環(huán)境中微塑料排放的重要措施。2022年，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購(gòu)物袋的通知》，但“禁塑令”在個(gè)體商戶之間形同虛設(shè)，塑料袋的使用量依然較大。2022年，國(guó)務(wù)院辦公廳頒布了《禁止洋垃圾入境推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革實(shí)施方案》，減少了“洋垃圾”的輸入。2022年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《垃圾強(qiáng)制分類制度方案》，該《方案》提出，到2022年底，重點(diǎn)城市生活垃圾得到有效分類，生活垃圾分類收集覆蓋率達(dá)到90%以上，生活垃圾回收利用率達(dá)到35%以上。但目前實(shí)施上較為困難，進(jìn)度較慢。針對(duì)塑料垃圾管理的法律法規(guī)仍然存在不完善的地方，應(yīng)該落實(shí)塑料垃圾的目標(biāo)責(zé)任制和處罰制度。例如，隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，快遞袋和外賣包裝袋等垃圾日益增多，應(yīng)出臺(tái)相關(guān)的制度，鼓勵(lì)使用非塑料制品，對(duì)于使用塑料包裝的實(shí)行“誰(shuí)污染誰(shuí)買單”的政策。

(3)科學(xué)回收降解

對(duì)于已經(jīng)存在的微塑料污染，要采取有效的集中處理方法，盡量避免微塑料顆粒進(jìn)入生物體內(nèi)，減小對(duì)自然界和生物的危害。例如，趙尚飛等人設(shè)計(jì)了一種新型的塑料垃圾回收處理平臺(tái)，該平臺(tái)主要由兩部分構(gòu)成：一是通過(guò)壓縮機(jī)和粉碎機(jī)將打撈船等工具打撈的水環(huán)境中的塑料垃圾進(jìn)行粉碎處理，二是通過(guò)反應(yīng)釜內(nèi)裂解提煉石蠟的化學(xué)反應(yīng)生成石蠟。該設(shè)計(jì)可以將水環(huán)境中的塑料垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫氖瀃13]。目前，比較成熟的海洋垃圾處理裝置主要包括海洋垃圾桶、海洋垃圾回收船、自動(dòng)化收集器等。未來(lái)，地表水中微塑料垃圾的清理工作會(huì)持續(xù)推進(jìn)。

對(duì)于地表水環(huán)境中已經(jīng)存在的塑料垃圾或者是微塑料顆粒，可以采取生物降解技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的治理，通過(guò)生物降解來(lái)減少?gòu)U棄塑料的生物毒性，降低微塑料顆粒的含量，有效治理微塑料污染?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，自然界中的一部分真菌、細(xì)菌和細(xì)小生物都具有降解聚氨酯塑料的能力，比如，黃粉蟲可以啃食泡沫塑料，腸道微生物可以降解聚乙烯[14-15]。然而，生物降解微塑料的實(shí)際應(yīng)用范圍較小，降解效率不高，當(dāng)前需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題是生物降解技術(shù)如何應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，從根源上消除微塑料污染。

(4)提高公眾參與意識(shí)

公眾參與塑料垃圾及微塑料污染治理的意識(shí)較弱、行動(dòng)分散、環(huán)保知識(shí)薄弱，丟棄習(xí)慣的改變、垃圾分類處置的行為養(yǎng)成以及綠色消費(fèi)觀念的普及都需要社會(huì)一定的引導(dǎo)和激勵(lì)。環(huán)保部門可制定明確的公眾參與微塑料污染防治問(wèn)題的統(tǒng)一規(guī)范，使公眾明確自己的責(zé)任和義務(wù)。同時(shí)，可適當(dāng)發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的作用，科普垃圾分類和環(huán)境安全知識(shí)，努力讓公眾做到知行合一，塑料垃圾得到有效分類和管理。總之，地表