英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
污水处理厂对塑料微粒的处理方法:
开发一种检验废水中塑料微粒的新方法
Shima Ziajahromi a， *, Peta A. Neale a, Llew Rintoul b, Frederic D.L. Leusch a
a Australian Rivers Institute, Griffith School of Environment, Griffith University, Gold Coast, QLD 4222, Australia
b School of Chemistry, Physics and Mechanical Engineering, Queensland University of Technology (QUT), Brisbane, QLD 4001, Australia
摘 要
预计废水排放将成为塑料微粒进入水生环境的一个途径，来自化妆品产品中的微珠和衣服中的聚合物纤维可能进入污水处理厂（WWTP）。迄今为止，很少有研究对废水中的塑料微粒进行了量化。 此外，缺乏标准化和合适的方法来识别复杂样品如废水中的塑料微粒，限制了对塑料微粒的准确评估，并可能导致错误的估计。本研究旨在开发一种经过验证的方法来对废水中塑料微粒样品进行采样和处理，并应用所开发的方法对三个使用初级，二级和三级处理工艺的污水处理厂的废水进行定量和表征。我们采用了大容量取样装置，对塑料微粒进行原位分级和有效的样品处理程序，以改善废水中塑料微粒的取样，并最大限度地减少非塑料颗粒的错误检测。取样装置在实验室测试中使用25微米times;500微米的筛网捕获92％-99％的聚苯乙烯塑料微粒。研究了三座污水处理厂中塑料微粒的类型，规模和可疑来源，以及二级和三级处理阶段的去除效率。 使用傅立叶变换红外光谱对可疑塑料微粒进行表征，发现可疑塑料微粒的22％至90％为非塑性颗粒。在三级，二级和初级处理的废水中分别发现平均每升废水中含有0.28，0.48和1.54塑料微粒。这项研究表明，尽管在污水中检测到的塑料微粒浓度很低，但由于大量排放到水生环境中的废水，污水处理厂仍有可能成为释放塑料微粒的途径。这项研究集中在一个单一的抽样运动，建议进行长期监测，以进一步表征废水中的塑料微粒。
1.介绍
塑料微粒是一种新兴的人造污染物，存在于不同的水生环境中，包括海洋，河流，湖泊和河口，以及城市径流和废水中（Eerkes-Medrano等人，2015）。除了广泛存在之外，塑料微粒还造成了环境问题，因为它们可能会对从浮游动物到哺乳动物的各种暴露的水生生物造成物理和化学伤害（Miranda and de Carvalho-Souza， 2016）通过阻断其消化道以及提供将微量有机污染物转移到生物体内的可行途径（Avio等，2015; Chua等，2014; Cole等人，2015）。 塑料微粒也可能通过受污染的海产品对人体健康构成潜在的威胁（Miranda and de Carvalho-Souza, 2016; Rochman 等人, 2015）。
尽管通过最近的努力在全球水生环境中检测到塑料微粒，但确定塑料微粒向环境释放的不同来源仍是具有挑战性的问题。塑料微粒可以以水生和陆地环境为来源（Hammer等人，2012）。 基于水生环境的塑料微粒包括通过风化，光解和微生物分解弃置的巨大弹性体而形成的碎片化颗粒（Hammer 等人, 2012; McCormick 等人, 2014）。塑料微粒的陆地通道包括城市径流和废水处理厂（WWTPs）的流出物（Eerkes- Medrano等人，2015; 瓦格纳等人，2014年）。 在过去的几年中，许多在海洋环境中检测到塑料微粒（包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）珠以及聚酯，丙烯酸，聚酰胺和尼龙纤维）的研究表明，废水流出是潜在的污染源（Browne 等人, 2011; Dris 等人, 2015b; Eriksen 等人, 2013; Gallagher 等人, 2016; McCormick 等人, 2014）。（ Browne 等人，2011）将在海岸线沉积物样品中检测到的塑料微粒与从海水废水处理场提取的塑料微粒相比较，并且在两种样品类型中发现主要是聚酯和丙烯酸类塑料。 此外，检测到的塑料微粒类似于污水处理厂出水收集到的塑料微粒，这表明相当大比例的检测塑料微粒纤维可能与废水流出有关。
最近的一些研究也在流出的废水中发现了塑料微粒。Talvitie等人（2015）指出废水可以作为塑料微粒进入环境的途径，因为他们在芬兰的污水处理厂三级处理和芬兰湾的海水中都检测到相似类型的塑料微粒，大多数是纤维和合成颗粒。 此外，Murphy 等人 （2016）最近的一项研究表明尽管苏格兰污水处理厂二级处理工艺中塑料微粒的去除率为98%，但每天仍有6.5times;107的塑料微粒进入水生环境。相反，Carr等人（2016）发现三级处理工艺可有效去除塑料微粒，在所研究的污水处理厂的最终三级流出物中没有观察到塑料微粒纤维或颗粒。 进一步Carr等人（2016）发现二次处理过程去除塑料微粒也是有效的，去除率大于99.9％，每1400升处理过的废水平均排放一个塑料微粒。 这项研究表明，二级和三级处理后的废水中流入水生环境的塑料微粒负荷最小。
尽管海洋样品中塑料微粒的取样和分析方法已被广泛公布（Claessens 等人, 2013; Masur 等人, 2015; Nuelle 等人, 2014）我们在有机废水等微生物样品的标准取样和处理方法方面的知识仍然不足。最近的研究显示了从废水中提取塑料微粒的新的采样技术（Carr 等人, 2016; Mintenig 等人, 2017; Talvitie 等人, 2015）。但是，这些方法的效率没有被研究。此外，尽管许多研究使用傅立叶变换红外（FT-IR）光谱或拉曼光谱等光谱技术来确定可疑塑料微粒的存在，但是样品中非塑性颗粒的识别通常未被报道。此外，一些研究仅通过视觉观察确定塑料微粒，典型地报告形式（Magnusson and Nore#39;n, 2014; McCormick 等人, 2014）。缺乏适当的表征可能会导致非塑性颗粒的错误检测。Dris 等人 (2015a)用观察方法证明自然和合成纤维之间存在不可避免的偏差，导致倾向于高估或低估计数粒子的数量。进一步，Eriksen等人（2013）确认地表水中大约20％的塑料微粒实际上是来自煤灰中的硅酸铝。Mintenig等人（2017）也发现污水处理厂出水样品中视觉检测到的纤维只有一半是合成纤维。因此，为了准确估算污水处理厂排出的塑料微粒到水生环境中的程度，重要的是要有一种来收集和处理样品，尽量减少偏差的方法。
在这项研究中，我们的目标是开发一种新的验证方法来对废水中的塑料微粒进行采样和处理，并应用所开发的方法对来自分别使用初级，二级和三级处理工艺的三个污水处理厂的废水中的微污染物进行定量和表征。为此开发了一种具有多个筛网的大容量取样装置，用于从废水流出物中收集各种尺寸的塑料微粒。这与使用有机物消解，密度分离和染色的有效样品处理方法相结合，在使用傅立叶变换红外光谱确定废水中塑料微粒之前，消除非塑料颗粒。所开发的方法被用于提供不同废水处理过程的塑料微粒去除效率的快照。
2.材料与方法
2.1.塑料微粒采样装置的设计和验证
由于缺乏标准化的方法从废水中采样塑料微粒，因此设计了一种取样装置来对基于废水的塑料微粒进行采样。采样装置包括四个可移动的不锈钢网筛（普通荷兰编织），尺寸为500,190,100和25微米（澳大利亚A1金属筛网），直径为12厘米。筛网固定在基座上，以便在取样时提供支撑，并且这些单元彼此堆叠在一起，顶部有最大的筛网（补充材料中的图S1）。 将堆叠的单元放置在由聚氯乙烯（PVC）制成的覆盖物内，取样的水流过该装置。这种设计可以在一次采样过程中同时进行大范围塑料微粒的原位分馏，并且具有根据废水质量连续采样大量废水的能力。 设备头部的流量计能够准确测量取样废水的体积。
采样装置的效率使用含有塑料微粒的自来水样品进行验证。通过使用混合切割工具对96孔聚苯乙烯（PS）板（CELLSTAR，Greiner Bio-One GmbH，Austria）进行磨光来制备塑料微粒。为了获得适当的尺寸范围，磨碎的塑料微粒通过一堆筛目尺寸从60到500微米的筛子。这产生了范围为60-125,125-250，250-500和大于500微米的塑料微粒。每个质量的颗粒数量也使用解剖显微镜下的子样本方法计算，每个大小部分采用四个子样本，代表了总分数的10％ w/w。为了确定采样器的效率，将来自不同尺寸部分的60-200 mgPS塑料微粒与4升自来水单独混合，然后在重力作用下通过取样装置。随后将网筛取出并在60℃的烘箱中干燥30分钟（图S2）。根据公式（1）得到回收的塑料微粒数量计算采样器效率。
效率实验重复两次，计算每个网格的大小的平均效率。 包括阴性对照以测试取样装置的背景，并且未检测到PVC颗粒。
2.2 抽样地点
废水样本来自澳大利亚悉尼的三个主要污水处理厂。 第一座工厂（A）接收来自100多万居民的废水，并采用初级处理工艺，包括筛分（筛孔尺寸为5豪米），除砂和沉淀，深海排放。第二污水处理厂（B）采用初级和二级工艺，包括初级筛选（筛孔尺寸为3 mm），除砂和沉淀，然后进行二次曝气，沉淀和紫外线消毒，处理过的流出物排入海洋。 第三个污水处理厂（C）通过应用初级，二级和三级处理工艺，包括筛分（筛孔大小为3mm）和沉淀，生物处理，絮凝，消毒/脱氯工艺，超滤，反渗透（RO）和 脱碳处理，将处理后的废水排入城市河流。
2.3 采样
2015年10月从三个研究污水处理厂的不同处理阶段开始进行了3天的抽样。采样点包括A污水处理厂的初级处理，B污水处理厂的初级和二级处理后以及C污水处理厂的初级，三级和反渗透处理。根据废水的类型（一级，二级或三级），在重力下对不同体积的处理过的废水进行采样，采样量在3到200L之间（表1）。每次采样过程大约需要1小时，最大流量为10 L / min。一级和二级流出物中有机物含量很高，迅速阻挡了25微米的筛网，因此应目视检查并移除，并且继续取样剩余的筛目尺寸。为了尽量减少样品的污染，采样后立即将网筛取下，并放在干净的培养皿中的铝箔上，然后用铝箔包裹。样品被运送进行进一步处理。为避免交叉污染，取样装置在两次取样之间用自来水清洗三次。
2.4 样品处理
样品处理程序是专门为计算废水中塑料微粒设计的。将筛网上的采样材料（图S3）用100-500mL超纯水（Sartorius，18.2 MU cm）冲洗到玻璃烧杯中，主要取决于筛网的污垢。通过在90℃的烘箱将所有样品干燥而浓缩至100mL（Masur等，2015）。 （初级，二级，三级）出水类型分别使用0,10,20和50mL30％过氧化氢（H2O2）溶液（Chem-Supply，Gillman，Australia）消化有机物（图S4）（Nuelle等，2014）。将样品在60℃下用磁力搅拌棒搅拌并每小时检查一次，直至H2O2完全蒸发。 将十毫升密度为1.49g/mL碘化钠（NaI）溶液（99.99％，Sigma Aldrich，澳大利亚）加入到干燥的样品中以进行密度分离，因为具有较宽密度范围的聚合物将会在NaI挥发 （Nuelle等，2014; Rocha-Santos和Duarte，2015）。将样品转移到15mL离心管中并在3500g下离心5分钟。浮力颗粒使用25mm切割的不锈钢筛网（纯荷兰编织，澳大利亚Al Metal Mesh筛网）过滤，
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[464933]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
