城市路面积尘微塑料污染累积及其径流迁移机制研究

With the huge use of plastics, the microplastics(MPs) pollution from city non-point source has been a critical problem that needs to be resolved. As a result, the study on the accumulation during dry days as well as its transport into stormwater during rainy days is of great importance. This project is planned (1) to find out the existence characteristics of MPs in terms of colour, category, abundance, size, surface character, reveal the spatio-temporal distribution of MPs pollution and to identify the anthropogenic influence mechanisms on MPs accumulation in road deposited dust based on the investigation into road deposited dust; 2) to reveal the relationship between the migration of MPs with different type and size and rainfall characteristics (rainfall depth, rainfall intensity and rainfall duration) and determine the output load of MPs from non-point source via the study on the MPs in stormwater. Finally, based on the data obtained, we will identify the significant factors affecting the accumulation in the road deposited dust over dry days and the migration into stormwater during rainy days of MPs by using statistic methods. Also, the result can benefit the city non-point reduction via giving support to the improvement of city management and design of pollution control units.

随着塑料制品的广泛使用，城市非点源微塑料污染成为一个亟待解决的关键科学问题。研究微塑料在不透水路面积尘中的累积以及通过雨水径流迁移的过程意义重大。本项目研究涉及两个方面的内容：（1）通过对路面积尘的研究，明确城市路面积尘中微塑料的赋存特征（颜色、类型、丰度、粒径分布、表面微观特征），揭示城市路面积尘微塑料污染的时空分布规律，阐释城市路面积尘中微塑料积累对人类活动的影响机制；（2）通过对降雨径流的监测，揭示不同类型、不同粒径范围的微塑料在降雨径流过程中的输出过程与降雨特征（降雨量、降雨强度、降雨历时）的耦合机制,确定城市非点源微塑料污染的输出负荷。通过所获数据，采用多元统计方法揭示城市路面积尘中微塑料积累与迁移的关键驱动因子是本项目要研究的关键科学问题。本文的研究成果也可为以城市非点源污染控制为出发点的城市管理方法的优化和污染控制技术的设计改进提供关键性的理论依据。

作为石化工业的重要产品，塑料具有许多优良的特性，其已经被广泛使用到工农业生产以及人们日常生活中。塑料制品的大量使用导致微塑料污染问题日益严重。城市区域人类活动频繁且强度高，微塑料可能会大量积累，而城市径流冲刷导致微塑料进入水环境。研究微塑料在不透水路面积尘中的积累以及通过雨水径流迁移的过程意义重大。本项目系统研究了城市路面积尘微塑料的污染特征及影响因素，并探讨了降雨径流过程中微塑料的迁移机制。. 路面积尘中微塑料的分离是开展相关研究的基础 。通过大量查阅文献，借鉴水体沉积物微塑料的分离方法，建立了水体沉积物和路面积尘微塑料的分离方法。该方法采用氯化钠和氯化锌复合溶剂作为提取液，具有成本低和效率高的优点。通过现场研究发现微塑料光存在于城市路面积尘中，主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。统计发现，PP和PE占比最高。尽管微塑料的粒径分布具有一定的季节性变化特征，但在春夏秋冬四个季节粒径在1000μm的微塑料数量百分比均超过60%，以碎片（颗粒）类和纤维类为主，多为黑色或绿色。现代城市道路的清扫模式已经改变了路面污染物的积累过程，频繁的清扫导致积累在路面积尘中的微塑料不再随干期天数的增加而增加。土地类型影响积尘中微塑料的含量，文教区和商业区含量最高、交通主干道最低。路面积尘中的微塑料主要由大塑料破碎而成，表面粗糙程度较高，可结合Ca、K、Fe、Al、Mn、Na、Mg、Ti等元素。降雨径流过程中微塑料的输出收到微塑料本身的性质（类型、大小、形状）和降雨情况的双重影响。微塑料来自于衣物的纤维微塑料只要有径流即可迁移，而密度较大、粒径的微塑料的移动则需要较大的降雨强度。降雨过程中纤维类微塑料较容易发生初期冲刷效应。室内模拟发现雨水-积尘-微塑料体系内，微塑料可吸附一定量的重金属，且粒径越小、老化程度越高吸附能力越强。