微塑料
微塑料（英语：Microplastics），定义是直径小于5mm的塑料碎片或颗粒。由在环境中长期存在的难以降解的塑料，经过物理磨损、化学反应和生物降解进一步破碎形成的细小塑料碎片。根据微塑料的来源可以将微塑料分为初级微塑料和次级微塑料两大类。微塑料在环境中普遍存在，进入环境的途径多样，主要来源是人类生产、运输和工业排放。环境持久性、质量轻、移动方便等特性使其可以迅速传播并固定在全球生物圈中。由于体积小、吸附能力强，微塑料常吸附其它种类污染物，形成污染物聚集体，发生迁移转换。全球微塑料碎片已成为地球生物圈中严重的生态环境问题。微塑料具有多种生物毒性效应，造成动物炎症等多种病症，已在人体多种组织、器官及代谢物中均检测到微塑料的存在。
发现历史
从20世纪50年代开始，由于塑料具有优越的材料性能，被广泛应用于人类生活生产各个领域。海洋生物与持久性垃圾之间的相互作用最早记录在1960年代后期的文献中，1969年Kenyon和Kridler在夏威夷群岛信天鸽胃里发现了塑料。1972年Carpenter和Smit在《科学》杂志上发表论文，认为塑料颗粒可作为微生物载体，塑料颗粒可能是有毒化合物的来源，如：进入的塑化剂和多氯联苯（PCB）等，进入海洋食物网的来源。 2004年，普利茅斯大学的Thompson等人检测了17个海滩浮游生物样本，发现了大量塑料碎片，少数为颗粒状，大部分为纤维状，直径约20μm，颜色鲜艳。Thompson在《科学》杂志上发表了《Lost at Sea: Where Is All the Plastic?》论文，首次提出了“微塑料”的概念，并认为这类碎片是由抗生物降解性的较大物质通过机械作用逐渐分解形成的，会被海洋生物摄入，具有环境风险。
物质分类
微塑料按照来源进行分类，分为初级来源和二次来源，大多数微塑料来自次级分解。
初级微塑料
生产制造成微观尺寸的塑料被定义为初级微塑料，来源多样，常用于个人护理产品（牙膏、洗发水、沐浴露等），以及衣物纤维。洗涤合成服装和织物可能会在废水中释放微塑料纤维，用于空气喷射技术的初级微塑料常伴随重金属污染。日常使用的塑料制品产生的塑料碎片随着生活污水进入污水处理厂，因此污水厂出水是淡水水体中微塑料的重要来源。
次级微塑料
次级微塑料有颗粒状和纤维状，由较大塑料碎片分解形成，主要发生在海洋环境中。风化是塑性分解的主要过程，塑料颗粒容易受到机械力的破坏，例如磨损，波动和湍流，超过半数的废弃塑料漂浮在海面，会受到紫外线辐射和光氧化而发生分解，这种降解可能导致用于增强耐久性和耐腐蚀性的添加剂从塑料中浸出。温度、阳光、pH等环境因素，以及塑料材料的特性，如尺寸和密度，会影响大体积塑料（\u003e5mm）的降解速率。底栖带的低能量极端海洋环境含氧量非常低，在海洋深处和盐碱条件下，微塑料的降解速度显著减慢。
理化性质
沉降性
微塑料作为聚合塑料的碎片，主要组成物质为聚乙烯（PE），聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚丙烯（PP），聚氯乙稀（PVC）和PS塑料（PS）等。研究表明，PVC、尼龙和PET相较海水密度大，在水体环境中容易下沉，赋存在海洋沉积物中；PE、PP 和 PS 等密度较低的微塑料在海洋水体中以分散或悬浮固体颗粒的形式存在。微塑料表面的微生物吸附和积累会改变它的沉降性能。微塑料表面积越大，生物膜形成越快，生物膜表面定殖的硅藻等藻类有助于微塑料形成团聚体，沉降行为随之加快，当下沉至光照难以满足需求的深度，生物膜逐渐脱落，微塑料重新上浮。
化学稳定性
微塑料具有化学稳定性，可以在环境中持续很长时间，从数百年到数千年不等。微塑料进入自然环境后经历的机械摩擦、化学氧化等过程会造成表面粗糙度、电负性及官能团组成等理化性质发生变化，进而影响其稳定性。
微塑料的物化特性会被生产添加剂影响，难降解添加剂降低了微塑料的分解和矿化率。微塑料的电负性随着环境中金属离子强度的增强而减弱，稳定性下降，但当超过临界值后，环境中金属离子强度对微塑料稳定性的影响大大减弱。微塑料的稳定性受到表面官能团数量和种类的影响，随着紫外老化微塑料表面羰基增多，疏水性减弱，增大了微塑料的临界聚沉浓度，稳定性增强。生物膜形成导致的沉降行为使得微塑料难以接受足够光照进行光降解，稳定性增强。
吸附性
在微塑料迁移过程中的反应变化会不断改变微塑料的物理、化学性质，如颜色、表面形态、结晶度、粒径、密度、反应性、表面官能团组成和疏水性等，进而影响其对其他污染物的吸附性。对于微生物来说，微塑料为其提供了稳定的栖居环境和丰富的营养底质。微生物能在微塑料表面迅速定居并大量繁殖，形成一个由异养菌、自养菌和共生体等多样化微生物组成的群落，被称为“plastisphere”。以单一微塑料形成的生态位点，会改变微生物的群落结构和代谢形式，如微生物对氮物质的获取、利用和循环。随着生物膜的形成，微塑料表面附着的生物群体稳定性强，吸附污染物的能力随之增强，主要表现为对重金属和有机污染物的吸附。
生物膜形成后，重金属在微塑料上的吸附扩散由颗粒表面扩散机制转变为膜扩散机制，且生物膜上的可电离基团增强了微塑料与重金属的亲和性，通过强络合反应结合。此外，微生物分泌的EPS具有粘性，增大了颗粒集团的吸附能力。微塑料在水环境中主要通过与疏水性污染物的分子间分子间作用力、疏水相互作用、氢键、微孔填充机制和静电相互作用等方式吸附有机污染物。生物膜的形成增大了微塑料的比表面积，为污染物提供了更多的吸附位点，提高了污染物的有效扩散面积。生物膜是微塑料吸附有机污染物的活性层。
此外，微塑料可能携带致病菌大范围迁移、传播，造成严重的生态风险。附膜后的微塑料，其外观、气味和味道都更像食物，更易被海洋动物摄食而进入食物链。
生物积累性
由于微塑料具有高比表面积和疏水性，容易吸附重金属、多环芳烃、多氯联苯和双酚 A 等污染物。微塑料可作为各种溶解性污染物的载体，经过聚合物沉降后被沉积物中的微生物吸收。而这些微生物和水面上漂浮的微塑料又会被浮游生物（水蚤或普通水蚤）摄食消耗。而水相中的微塑料被淹没植物、漂浮植物吸收。鱼类和包括虾、瓣鳃纲、两性珊瑚的其他水生生物，以这些植物和微生物为食。沿海地区的生物体极易吞食微塑料，特别是滤食性和沉积性鱼类。这些微塑料在生物体的不同组织和胃肠器官积聚，水生生物暴露在具有高丰度的微塑料水体环境中。由于微塑料的形状和颜色与水生食物相似，生物无意中会摄入大量的微塑料。森林鸟类中微塑料的来源与水生生物相似，当鸟类在湿地寻找食物时，它们经常误食各种颜色的微塑料，并且微塑料对鸟类是致命的。随着食物链的移动，通过摄取、生物积累和生物放大的主要机制，微塑料最终迁归到高等级营养生物体内。
安全事宜
环境风险
微塑料的生态风险主要分为两个方面，首先是微塑料自身的危害，作为合成高分子材料，部分微塑料难降解，被认为具有生物惰性。并在生产过程中会添加表面活性剂、润滑剂、阻燃剂等额外添加成分，这些成分会随着微塑料老化、降解而浸出；另一方面基于微塑料良好的吸附能力，极易吸附环境污染物，形成集各种污染物于一体的多组分、高浓度、难降解的微塑料－污染物复合体，具有对生态环境的联合毒性。微塑料吸附有机污染物的浓度较海底沉积物高100倍，较海水浓度高100万倍。
生物危害
植物危害
水环境中微塑料影响浮游植物的酶活性、基因表达以及光合作用等生命活动。微塑料会降低藻类叶绿素抑制正常光合作用。微塑料团聚附着在植物根系上，塑料颗粒降低了根细胞的活力，抑制了植物与环境的物质交换，减少植物营养吸收，造成植物生长缓慢。
动物危害
微塑料被浮游动物、鱼类等误食后会产生一定的危害和毒性效应，低营养级生物特别容易受到摄入微塑料的影响。微塑料粒径越小，环境风险越大，能够穿过细胞膜进入生物细胞内部。低密度微塑料在海面漂浮易被表层鱼类、鸟类、藻类摄食；密度较大的微塑料沉降至底质环境，被底栖生物摄食。海洋生物摄食微塑料，会对生物体造成机械损伤，堵塞食道，或引起假性饱腹感，减少对其他食物的摄入，导致维持机体活动能量缺乏，器官功能衰退，甚至死亡。研究发现，微塑料在消化道积累会导致肠道上皮细胞变形，出现排泄紊乱；微塑料在消化腺的溶酶体系统中富集会造成生物体炎症反应。此外，还可能造成生殖障碍、内分泌干扰、呼吸困难、代谢紊乱、肝脏损伤等症状。
人类危害
环境中微塑料可通过吸入、摄入、皮肤接触等直接途径进入人体，威胁人体健康。微塑料的生物持久性和累积性是导致人体健康风险的重要因素。微塑料能产生活性氧，激活部分酶，影响生物体机能，如通过抑制乙酰胆碱酯酶引起神经毒性。部分微塑料颗粒停留在人体肺部，或通过呼吸系统进入血液，激发免疫细胞的反应，可能导致局部炎症和癌症。微塑料还会通过直接摄食可食用藻类和经食物链间接摄食进入人体，微塑料通过食物链向高营养级转移并累积，表面吸附的污染物会对各级生物和人类造成危害。有机污染物和微塑料的复合会提高食物链的生物吸收度，最终进入人体，危害人体健康。
2024年3月29日，浙江大学医学院附属第一医院钱鹏旭、浙江大学良渚实验室黄河等人在“Cell Discovery”期刊上发表了一篇题为“Microplastics dampen the self-renewal of hematopoietic stem cells by disrupting the gut microbiota-hypoxanthine-Wnt axis”的研究论文。该研究显示，微塑料会对造血系统造成严重损害，抑制造血干细胞的自我更新和重建能力。
去除方法
物理法
沉淀法
沉淀是污水处理工艺中的常规一级处理单元，主要通过物理方法去除污水中的悬浮颗粒物质。微塑料属于微小悬浮物，沉淀对微塑料的去除起主要作用，对整个水处理工艺流程去除微塑料的贡献率可达70% ～80%，沉淀法对于微塑料的去除与碎片形状、尺寸、水力条件相关，不同微塑料的去除率差异性较大。
膜技术
膜技术主要是利用物理截留去除颗粒尺寸大于滤膜孔径的微塑料。水体中密度较低，沉降性能差的微塑料，主要利用动态膜技术去除。原理是在其支撑膜上新形成滤饼层，由废水中的固体杂质组成作为过滤污染物颗粒的二级屏障，不需要额外添加化学试剂，避免了水体二次污染。膜技术对微塑料的去除效率高，能耗低，操作灵活简单，稳定性好，但膜的成本较高，应用过程中需要考虑膜更替的经济性问题。
煮沸法
如果水质较硬，即水中碳酸钙含量较高的话，将水煮沸去微塑料的效果能达到近90%。这是因为硬质水在煮沸、冷却后，水中的碳酸钙会变成固态，而这些固态碳酸钙颗粒的沉降过程会把水中的微塑料一起“打包带走”。要想去除饮水中的微塑料，最简单有效的方法就是把水煮沸5分钟后放凉，然后对白开水进行过滤，滤掉沉积物即可。
化学法
混凝法
混凝法利用、铝基盐或其他聚合氯化铝，通过吸附络合机制在微塑料颗粒之间形成强键，连结成为更大的颗粒，使得微塑料团聚体沉淀分离。铝基盐比铁基盐具有更好的去除效率，添加聚丙烯酰胺(PAM) 作为增强凝聚剂，能够大大提高混凝效果。额外药剂的添加可能对水体造成二次污染，需要在混凝之后设置沉淀设施，实现固液分离。
电絮凝技术
电絮凝技术的原理是将金属作为主电极，在外加电压作用下，阳极产生金属阳离子与电解产生的OH-反应形成金属氧化物混凝剂，通过混凝去除微塑料。中性条件更有利于絮凝剂的产生。电絮凝技术易于安装和操作、处理时间短、能够去除细小颗粒，不需要添加化学试剂，能有效地防止二次污染。
生物技术
在微生物降解微塑料的过程中，微生物首先在微塑料表面附着，逐渐形成生物膜，在微生物分泌的胞外酶和细胞内酶的作用下，微塑料被分解为低聚物、二聚体或单体，部分会继续被矿化为CO2、H2O、CH4。微生物降解是所有方法中最安全，同时能实现大规模应用的一种降解方法，可应用于不同的水环境中。此外，微塑料可以利用污泥微生物吸附、沉降作用截留在污泥中，可去除率超过98%，残留在污泥中的微塑料难以完全去除，污泥饼中微塑料处理率仍小于50%，截留固化后污染物的去除问题亟待解决。传统的活性污泥工艺存在明显缺点，所需反应池规模大，能耗高，成本高，经济效益较低，各个区域之间的回流伴随着微塑料处理产物的流动，可能会对其他区域的活性物质、微生物造成污染，降低其他污染物质的处理效率。
来源与迁移分布情况
研究证实微塑料分布在世界各地，微塑料在海洋环境、河海沉积物、地表水等水体中均被检出。
海洋环境
据统计，每年约1000万吨塑料进入海洋，大型塑料经机械摩擦、光解、化学分解、分化等作用破碎小型化成为微塑料碎片，由于体积微小极易被生物摄入或缠绕，存在于100多个海洋物种中。例如，化妆品中的塑料颗粒和以空气喷射为介质的微塑料可以通过家庭和工业排水系统进入水道，进而通过河流输入海洋。沿海地区，人类活动，如旅游、捕捞、航运、海洋工业等直接产生大量塑料，对海洋污染严重。
大气环境
从空气污染角度，空气中的微塑料在大气运输后沉降在海洋、土壤或沉积物中。空气微塑料的主要来源是合成纺织品，合成橡胶侵蚀和城市灰尘。此外，工业废气排放、房屋家具、垃圾填埋场、交通颗粒物、焚烧残留、污水污泥等是空气微塑料的额外来源。
土壤环境
土壤是微塑料的重要储存场所，研究发现污水污泥和堆肥中存在大量的微塑料纤维、碎片，进入土壤后会持续性存在并积累，影响土壤生物生长繁殖。表层土壤中的微塑料可通过农业栽培、土壤生物作用、土地干裂、浸出等作用进入深层土壤甚至地下河。
相关政策
2020年1月中国国家发展改革委、生态环境部印发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，提出有序禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用，积极推广替代产品，规范塑料废弃物回收利用，建立健全塑料制品生产、流通、使用、回收处置等环节的管理制度，有力有序有效治理塑料污染。
2021年中国国家发展改革委、生态环境部印发《“十四五”塑料污染治理行动方案》，积极推动塑料生产和使用源头减量，加快推进塑料废弃物规范回收利用和处置，大力开展重点区域塑料垃圾清理整治，控制塑料垃圾向自然环境泄漏。
2022年3月，第五届联合国环境大会续会通过了《终止塑料污染决议（草案）》，来自175个国家的国家元首、环境部长和其他代表最终批准签署了题为《终结塑料污染：制定具有国际法律约束力的文书》的决议。
2022年5月中国国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》通知，将微塑料列入重点管控新污染物清单。要求加强相关新理论和新技术以及生态环境危害机理的研究。
参考资料
浙大学者研究发现，微塑料会严重损害造血系统.腾讯网.2024-04-05
研究：将水烧开五分钟可除九成微塑料.今日头条.2024-03-04
国家发展改革委 生态环境部关于 进一步加强塑料污染治理的意见.中华人民共和国国家发展和改革委员会.2023-05-09
国家发展改革委 生态环境部关于印发“十四五”塑料污染治理行动方案的通知.中华人民共和国生态环境部.2023-05-09
新污染物治理行动方案.中华人民共和国中央人民政府.2023-05-09