【摘要】 本文解析LDIR和LC-MS/MS联用技术在污水处理厂微塑料检测中的应用，揭示去除机制与分布特征。科学指南针提供专业微塑料检测服务。

微塑料污染已成为全球环境问题的焦点，污水处理厂作为微塑料进入水环境的重要通道，其去除效率备受关注。近期发表于《Journal of Hazardous Materials》（IF=11.3）的研究，通过激光红外成像光谱（LDIR）与液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）联用技术，系统解析了污水处理厂中微塑料的迁移规律和去除机制，为微塑料污染控制提供了重要科学依据。

 

研究背景与技术路线

该研究以北京市某污水处理厂为对象，聚焦两种典型处理工艺（MBR和OD）中微塑料的归趋行为。研究采用LDIR和LC-MS/MS两种互补分析技术，建立了从采样、前处理到检测的完整技术路线。

技术路线特点：

  • LDIR技术：实现微塑料的快速识别和物理特征分析

  • LC-MS/MS技术：提供高灵敏度的定量检测

  • 双技术互补：全面揭示微塑料的数量浓度与质量浓度特征

研究团队在污水处理工艺的不同阶段设置采样点，系统收集进水、各级处理单元出水和最终出水样品，确保数据的代表性和可比性。

Fig.1：污水处理厂处理系统流程及采样点示意图（a），用于LDIR分析的废水样品预处理流程（b），用于LC-MS/MS分析的废水样品预处理流程（c）

 

微塑料去除效率分析

研究表明，两种污水处理工艺对微塑料均表现出较高的去除效率。MBR工艺（系统A）基于数量浓度的去除率达到95.7%，OD工艺（系统B）去除率为97.0%。尽管去除率较高，但出水中微塑料的绝对数量仍然可观，存在环境泄漏风险。

去除机制分析：

  • 初级处理：主要依靠沉淀分离作用

  • 二级处理：通过吸附和截留机制去除

  • 高级处理：消毒和过滤进一步净化

MBR工艺在二级处理阶段表现优异，膜分离技术对微塑料的截留效果显著；OD工艺在初级处理阶段去除效率较高，但二级处理效果相对较弱。

Fig. 2：通过 LDIR 分析得到的污水处理系统 A (a) 和 B (c) 中总微塑料的数量浓度（柱状图）与去除率（折线图）（n = 3），(b) 和 (d) 分别是 (a) 和 (c) 图中微塑料数量浓度的局部放大图（n = 3）

 

数量浓度与质量浓度的关联性

研究首次系统比较了基于数量浓度和质量浓度的微塑料去除率评估差异。发现两种计算方法在数值和趋势上存在显著差别，凸显了多维度评估的重要性。

关键发现：

  • 10-500μm粒径范围内，数量浓度与质量浓度高度相关（R²=0.9193）

  • 1-1000μm更宽粒径范围内，相关性仍保持较强（R²=0.8879）

  • 小粒径颗粒（10-50μm）在数量上占主导，但中等粒径颗粒贡献主要质量

这一发现说明，仅依靠数量浓度评估会低估大粒径微塑料的实际污染负荷，需要结合质量浓度进行综合判断。

Fig. 3：污水处理系统 A (a) 和 B (b) 中微塑料的质量浓度（柱状图）与去除率（折线图）（n = 3）。(c) 10–500 µm 尺寸范围内微塑料总数量浓度与总质量浓度的相关性；(d) 1–1000 µm 尺寸范围内微塑料总数量浓度与总质量浓度的相关性

 

微塑料特征分析

聚合物类型分布

LDIR分析共鉴定出16种聚合物类型的微塑料。聚丙烯（PP）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚氯乙烯（PVC）等是主要成分。处理过程会改变聚合物的组成比例，不同工艺对特定类型微塑料的去除效率存在差异。

粒径分布特征

研究表明，10-50μm的小粒径颗粒在数量上占绝对优势（68.8%-88.2%），但在质量贡献上，10-500μm的中等粒径颗粒更为重要（32.3%-80.5%）。这种粒径分布的差异性对风险评估和控制策略制定具有重要启示。

形状特征

碎片是微塑料最主要的形态（86.6%），其次是纤维（11.8%）和珠状颗粒（1.6%）。形状分布在处理过程中保持相对稳定，说明现有工艺对微塑料形状的选择性去除效果有限。

Fig. 4：污水处理系统 A (a) 和 B (b) 中各处理阶段检测到的微塑料类型组成比例

Fig. 5：通过LDIR分析的微塑料尺寸特征 (a) 和形状特征 (c)；通过LC-MS/MS分析的微塑料尺寸特征 (b)

环境排放与风险评估

通过每日排放量估算发现，尽管去除率较高，但污水处理厂出水中微塑料的绝对排放量仍相当可观。系统A每日排放微塑料1.52×10^9个，质量0.26kg；系统B每日排放3.22×10^9个，质量0.75kg。

环境风险关注点：

  • 残留微塑料的生态毒性效应

  • 作为其他污染物的载体作用

  • 长期累积对水生态系统的影响

Table 1：估算微塑料（MPs）每日排放到环境中的量

 

技术启示与应用价值

本研究展示了多技术联用在微塑料研究中的优势。LDIR提供快速的筛查和物理特征信息，LC-MS/MS实现精准的定量分析，两者结合为微塑料的全方位表征提供了可靠方案。

实际应用价值：

1.为污水处理工艺优化提供依据

2.指导微塑料监测方案的制定

3.支持环境风险评估和管理决策

 

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技术特色：

  • LDIR检测：实现微塑料的快速识别和物理表征

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