论文部分内容阅读
微塑料存在于环境中各个角落,其本身及协同其他污染物的特征使得微塑料污染越发严峻。本论文系统的研究了淮河流域王蚌区间农田-沟渠-河流系统中微塑料的分布特点,同时在实验室分析了4种典型微塑料,包括PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)和两种来源的PVC(聚氯乙烯,韩国进口和新疆天业)老化前后微观表征,开展了经不同老化方式及老化时间处理下共计40种微塑料对面源污染物氨氮、硝态氮及磷的动力学、等温学吸附实验及解吸实验,并分析了影响因子(pH值及土壤)对吸附的影响,以此探讨微塑料的吸附机制。通过研究得出以下几点结论:(1)在淮河流域,各采样点位均检测到微塑料,水体中微塑料含量要明显少于底泥及土壤,其丰度范围为22.2~108.8 ind/L,土壤中微塑料丰度范围为2880~10260 ind/kg,在底泥中,N3的微塑料丰度最大,达到13580 ind/kg。微塑料形状分为纤维、薄膜及碎片,以纤维状为主,但底泥中没有检测到碎片类的微塑料。各点位的微塑料尺寸在20~3000μm都有涉及,随着尺寸越大,微塑料含量越小。另外,被检出的微塑料颜色共计8种,其中透明微塑料含量最多,最高占总量的91%。(2)紫外线照射、双氧水氧化处理及高温-冷冻处理这三种老化方式均能有效老化实验所用微塑料,经过老化之后,微塑料光泽度下降、颜色发生变化,且本身发生粉化。随着老化时间的增加,微塑料变化的颜色会加深。从SEM图可以明显看出随着老化进行,微塑料表面变得越来越粗糙,其表层分裂出更小颗粒,出现片状或球状突起。老化程度随老化时间增加而加深,老化形成了大量的含氧官能团。(3)磷、氨氮和硝态氮在微塑料上的吸附行为可以用准二级动力学模型及颗粒内扩散模型很好的拟合。高温-冷冻老化、双氧水氧化及紫外老化三种形式的老化微塑料的吸附能力均大于原始微塑料,且随着老化时间的增长,吸附能力也越强,比表面积和含氧表面基团的增加是主要的原因。吸附过程受微塑料表面活性吸附位点、静电力等因素影响,物理和化学吸附同时发生。(4)磷、氨氮和硝态氮在各种老化处理下共计40种微塑料吸附下的吸附等温学数据都能用Linear和Freundlich等温模型很好的拟合。其中Freundlich模型的吸附强度指数n除个别情况外均大于1,为优惠吸附。Temkin模型拟合相关系数R~2在0.6以上,拟合效果不如前两者。(5)pH值对微塑料吸附磷、氨氮和硝态氮都有影响,碱性条件更有利于吸附进行。微塑料污染物在纯水中不会完全解吸,且解吸率较小,微塑料本身的疏水性不利于解吸。在土壤-微塑料系统中,微塑料含量的增加对土壤吸附污染物促进作用不明显,且不会因微塑料的含量或其他因素产生变化。(6)在研究微塑料对淮河水中污染物吸附时,各微塑料对总磷的吸附要小于氨氮、硝态氮和总氮。在各种老化方式下,随着老化程度的增加,微塑料吸附能力显著增强。这些结果清晰地揭示了微塑料与面源污染物相互作用的特征和机制,说明了微塑料的环境老化过程及其吸附污染物的特征,为理解其环境行为提供了依据,同时为更深程度的微塑料研究提供理论基础。图[89]表[60]参[123]