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整体环境科学755 (2021) 142658658

饮用水处理厂的膜过滤系统会释放纳米/微塑料吗？

要闻

• 化学清洗会导致有机膜老化和破裂。
• 微塑料可以在长期运行的饮用水处理厂中释放。
• 应进一步研究不同类型和尺寸的微塑料的毒性。
• 膜生命周期的设计需要考虑微塑料的释放。

文章信息

文章历史:

2020年6月26日收到

2020年9月10日收到修订表格2020年9月22日接受

2020年10月2日在线提供编辑:迪米特拉。Lambropoulou

关键词:

微塑料纳米塑料

饮用水处理厂有机膜

化学清洗

图形标签

摘要

饮用水处理厂被认为能够去除许多微污染物，包括纳米塑料和微塑料。然而，很少有研究关注水处理过程本身产生的纳米粒子和/或多磺酸粘多糖。本文讨论了饮用水处理厂有机膜释放氮磷和多磺酸粘多糖的可能性。分析了长期使用过程中物理清洗、化学试剂、机械应力、老化和磨损对破膜可能性的影响。基于膜老化机理和材料特性的进一步分析表明，膜过滤系统可以向饮用水供应网络释放纳米粒子/多磺酸粘多糖。虽然膜材料对人体的毒性有待进一步研究，但处理DWTPs中NPs/MPs释放应采取的行动不容忽视:(1)深入研究NPs/MPs的产生和释放机制；(2)膜生命周期设计的再思考；(3)通过毒性评价确定饮用水中的总磷/总磷浓度限值；(4)加快生物膜和无机膜材料的发展；(5)制定核电厂/主生产计划取样和测试标准。因此，需要进行更多的研究，以调查从废水处理厂释放出的纳米颗粒和/或多磺酸粘多糖。

2020 Elsevier B.V .保留所有权利。

⁎通信作者。

⁎⁎通信到:c。赵，三峡库区生态环境重点实验室，重庆大学，重庆400044。

网址:ZhenL77@163.com。刘，(丙。赵)。

饮用水处理厂应该确保水的安全，但星期一在自来水中检测到的纳米塑料和微塑料已经引起了公众的关注

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142658 0048-9697/copy; 2020 Elsevier B.V. All rights reserved.

(Mintenig等人。2019;Pivokonskyacute;等人，。2020;王等。2020). 在一些地方，每年从自来水中摄取的物质可达每人4.7 times; 103 MP项(张等，。2020). 当间接消费时，如啤酒(Kosuth等人，。2018)，瓶装矿泉水(Zuccarello等人，。2019)和食盐(张等，。2020年)，如果考虑在内，摄入量可能会更高。由于NPs和/或MPs的累积效应，甚至更小尺寸的低浓度塑料颗粒也可能在身体的次级器官中累积，这可能对免疫系统和细胞造成损害(Barboza等人，。2018;Prata等人，。2020). 因此，人们担心饮用水中的有毒物质和多磺酸粘多糖可能会对人类健康造成长期的潜在威胁。

研究人员普遍认为，自来水中的这种颗粒来自受污染的原水，但在一些DWTP工厂检测到多氯联苯，而废水中没有多氯联苯，这使得有必要重新思考多氯联苯在水处理过程中释放的可能性(Novotna等人。2019). 薄膜过滤系统已在世界范围内广泛应用于污水处理厂，其合成有机薄膜已成为阻止微污染物进入饮用水供应网络的最后一道屏障。纳米粒子和/或多磺酸粘多糖是否从这些有机膜材料中释放出来似乎值得进一步研究。

膜技术已经有几十年的历史，近年来发展迅速。全球薄膜市场预计在2017年达到263亿美元，并且以每年8.5%的速度增长(加利亚诺等人，。2018). 2015年，中国微过滤和超过滤工艺的水处理能力约为3.5 times; 106 m3/d，此后一直在持续增长(常等人，。2017). 在使用的各种膜材料中，由聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的合成膜在水处理中应用最广泛。值得指出的是，聚醚砜、聚氯乙烯和聚丙烯微塑料颗粒已在DWTPs中检测到(Novotna等人，。2019;孙等。2019;王等。2020). 目前，对有机膜的研究大多集中在开发新的膜材料或防止膜污染上。膜可能脱落的可能性通常被忽略。在任何DWTP操作过程中，膜需要定期清洗，以应对堵塞和污垢。用高压水和空气进行反冲洗会使膜承受很大的压差，从长远来看，据报道这会影响其弹性和抗拉强度(高等人，。2019). 随着膜机械性能的降低，破裂的可能性会增加。此外，试剂(氢氧化钠、过氧化氢、氯化钠等。用于化学清洗过程，提供强氧化环境，促进添加剂聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)从膜中溶解，伴随膜脆化(Robinson等人，。2016). 研究表明，在pH 8下暴露于350 ppm氯化钠144小时后，水渗透性约为原始聚醚砜膜的两倍(Pellegrin等人，。2015). 在用氯化钠和氢氧化钠清洗后，在扫描电子显微镜下可以观察到增加的膜孔径(从约200纳米到640纳米)(Rabuni等人，。2015;Robinson等人，。2016). 这种增加会削弱膜的屈服强度，最终导致破裂甚至膜降解(Awanis Hashim等人，。2011;Prulho等人，。2013;Ross等人，。2000). 以及薄膜过滤系统的支撑基础设施(填料、密封、外壳、垫圈等)。也会老化并可能因长期机械磨损而断裂。这也给膜技术的安全性带来了更多的不确定性。令人担忧的是，膜破裂通常不是膜组件需要更换的主要标志，而潜在的

不应再忽视核电厂/核电厂释放的tial。

值得注意的是，来自膜过滤系统的水流直接进入配水系统，然后从用户的水龙头流出。物理冲击、化学试剂、机械应力、老化、磨损以及其他因素可能会导致废水处理厂中的有机膜过滤器释放出纳米颗粒

and/or议员，从而对人类健康构成潜在威胁。此外，由于纳米粒子和多磺酸粘多糖的疏水性，它们可能会吸附化学清洗过程中产生的卤化副产物，并可能在长距离输水过程中造成二次污染(Cunha等人，。2019b丁等。2020;Kelkar等人，。2019;王等。2018). 在残留氯含量低、管壁光滑的管网中，塑料颗粒是微生物附着和繁殖的合适基质。这也增加了由膜纯化产生的任何纳米粒子和多磺酸粘多糖带来的风险。然而，关于水环境中由膜材料生成纳米粒子和多磺酸粘多糖的研究还很缺乏。

那么我们应该如何应对挑战呢？首先有必要进一步研究膜过滤系统在各种操作条件下释放核动力源和/或多磺酸粘多糖的可能性以及所涉及的机制。基于对颗粒尺寸释放分布的研究，在膜的设计中应考虑较小颗粒的减少，并且其生命周期也应考虑这一因素。还应评估后续处理，以捕获膜过滤中重新释放的颗粒。例如，微藻类的胞外聚合物已被证明能溶解多聚糖(库尼亚等人，。2019aCunha等人，。2020). 当然，需要深入研究各种类型和大小的塑料颗粒的毒性，特别是它们对人类的毒性。饮用水中的浓度限值就可以确定了。

同时，对生物和无机膜材料的研究

rials应该更新。例如，陶瓷膜应该能够在一定程度上取代有机膜。此外，应尽快制定核电厂和主生产计划的取样和测试标准。人们通常认为废水处理厂对原水的去除率很高，但事实上，由于当今检测方法的局限性，很难判断在处理过程中多氯联苯是否会转化为纳米颗粒。无论如何，我们需要迅速改变我们的想法，并进一步重视膜过滤系统本身在膜处理DWTP的长期运行过程中释放出纳米粒子和/或多磺酸粘多糖的可能性。

会议利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能会影响本文中报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(批准号:)资助的课题。22076015)，重庆市自然科学基金项目(cstc2019jcyj-msxmX0463)，中央大学基础研究基金(批准号。2019CDXYCH0027)，以及111项目(编号。B13041)。

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