近年來，隨著全球塑料污染問題日益嚴重，微塑料（microplastics-MPs）在水和廢水中的存在成為了人們關注的焦點。傳統的飲用水處理廠（DWTPs）和污水處理廠（WWTPs）不能完全去除飲用水和污水中的MPs，其出水仍含有MPs。微塑料的賦存與富集不僅對水體生態系統和生物多樣性造成威脅，也可能對人類健康構成潛在風險。因此，尋找高效、環保的微塑料處理方法成為了當今學術和工程領域的一個緊迫任務。

膜分離技術是一種先進的水/廢水處理技術，微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）、膜生物反應器（MBR）等膜技術在去除MPs方面表現出了優異性能。伊斯坦布爾大學的科學家全面綜述了膜技術對MPs的去除概況。他們在IWA期刊《Water Science & Technology》上分享了其研究成果《A review of microplastic removal from water and wastewater by membrane technologies》，在文獻研究的基礎上指出了膜技術去除MPs的現狀和研究不足，并對進一步的研究提出了建議。

一、飲用水處理廠和污水處理廠中的微塑料

微塑料（MPs）是指直徑小于5 mm的塑料微粒，它們常常來自于塑料制品的分解或者微細顆粒的塑料原料。這些MPs可以在環境中廣泛分布，包括海洋、河流、湖泊、土壤和空氣中。MPs具有持久性，難以降解，容易被生物吸收并進入食物鏈，因此其對環境和生物造成了潛在危害。目前，MPs已成為全球性的環境問題，引發了廣泛關注和研究。

MPs在DWTPs和WWTPs的進水中廣泛存在，其濃度主要受城市人口密度、生活習慣、廢棄物管理策略、交通密度和季節等因素的影響。目前，針對飲用水和廢水中MPs含量的標準分析方法尚未建立，主要由于在樣本收集量、分析方法、設備的使用方式以及微塑料尺寸等方面存在差異。DWTPs和WWTPs進水中最常見的MPs是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯酰胺（PAM）等。圖1為飲用水處理廠和污水處理廠進水中MPs的來源與性質。

圖1. 飲用水處理廠與污水處理廠進水中MPs的來源及性質

二、膜技術對微塑料的去除效率

傳統的污水和飲用水處理工藝難以有效去除MPs，而膜技術則表現出較高的去除效率，可以作為改善水質的有效手段。表一總結了DWTPs/WWTPs進水中MPs的特性及MPs的去除率。在DWTPs和WWTPs處理中，MF膜對MPs去除率達81.5-100%；實驗室研究數據顯示其去除率達98.5%。有研究者指出，盡管膜孔徑小于微塑料粒徑，但MF膜并未達到100%的去除效率。這可能是由于MPs形貌尖銳，而膜強度較低，由此引發的膜磨損會導致MPs的逸出。UF膜的孔徑通常界于1-100 nm，在1-10 bar的壓力下工作。由于其孔徑更小，UF膜在去除MPs方面優于MF膜。UF膜對MPs的去除率受膜材料特性、孔徑、孔隙率、接觸角、zeta電位和表面粗糙度等因素影響。未來的研究應側重于綜合比較不同MPs的聚合物類型在UF和MF膜中的性能，以更好地了解膜性能與MPs之間的相互作用，從而提高MPs的去除效率并減輕膜污染。NF膜孔徑為1-10 nm之間，工作壓力為5-15 bar之間，通常用于去除水和廢水中的多價態鹽和有機分子。與UF膜相比，它們具有更高的脫鹽性能，比反滲透膜具有更高的通量性能。然而，高壓通水要求限制了其廣泛應用，增加了水處理的能耗。而對于NF膜去除MPs的研究仍然有限，其去除水和廢水中MPs的效果有待進一步研究。RO膜在高壓（20 bar）和致密孔隙（1 nm）下工作。盡管RO具有優異的處理能力，但存在MPs擴散現象。研究人員在RO滲透液中發現了纖維狀和碎片狀的MPs，表明該類物質可能由于其物理特性而穿過膜。未來研究應關注MPs在RO膜的滲透液中賦存機制。

MBR集生物處理和膜過濾于一體，構型分為浸沒式和分置式，能夠在短的水力停留時間和高的混合液懸浮固體濃度下運行。與活性污泥系統相比，MBR系統可以將活性污泥處理過程中不能有效沉降的MPs通過截留去除，去除效率更高。

表1. DWTPs/WWTPs進水中MPs的特性及MPs的去除率

三、膜技術與其他技術去除微塑料的對比

混凝/絮凝、沉淀、浮選、砂濾、AOPs（高級氧化過程）與膜過濾是水/廢水處理中常用于分離和去除微塑料的工藝，其去除MPs的效果可能受到MPs特性、混凝劑/絮凝劑類型和用量、操作條件以及水中其他污染物的并存等因素的影響。圖2總結了從水和廢水中去除MPs的常用方法的優缺點。

?混凝/絮凝通過添加絮凝劑促使微塑料顆粒聚集形成較大的絮凝體，以在后續處理過程被分離并去除。對較小尺寸的MPs的去除率通常比較大尺寸的MPs去除率更高。相反，膜處理在不需要化學物質的情況下實現高MPs去除效率，體現出相較于混凝/絮凝的優勢。

?沉降法利用重金屬鹽等物質與微塑料顆粒結合沉淀，將微塑料從水中分離出來，可以有效去除高濃度的MPs，但低密度和小粒徑的MPs不能有效沉降。相比之下，膜過濾可以去除各種尺寸的MPs，克服了物理沉淀的局限性。

?砂濾則是利用多層不同顆粒大小的砂層過濾的傳統水處理方法，可有效去除大尺寸MPs，但對小尺寸MPs的去除率很低。膜過濾則利用MF膜或NF膜等過濾介質，其孔徑比砂濾介質的孔徑小得多。因此，砂過濾不能有效去除的水/廢水中的小尺寸MPs可以通過膜過濾有效去除。

?AOPs利用臭氧、過氧化氫、紫外光等能促進微塑料顆粒降解分解，從而實現對MPs的有效降解和去除。然而，該類過程需要長時間的暴露，去除效率較低，并且依賴于化學品、能源和催化劑。相比之下，膜技術可考慮MPs的性質，快速、高效地去除水中和廢水中的不同MPs。

圖2. 從水和廢水中去除MPs的常用方法的優缺點

四、微塑料從聚合膜向水/廢水的釋放

最近的研究表明，用于水和廢水處理的高分子聚合物膜有可能會從自身結構中釋放MPs。研究者發現，垃圾滲濾液中MPs的濃度在UF處理環節后逐漸下降，但在NF和RO環節后濃度上升。硝酸纖維素（NF和RO膜的材料）僅在NF和RO處理后的滲濾液中發現，表明MPs從膜結構中釋放了出來。同樣，研究者在對商業PVDF的UF中空纖維膜進行超純水過濾時發現，水力沖擊會導致MPs的釋放，流出物中檢測到55.1 MP/L，其中大部分是碎片（64%）和1-10 μm的顆粒（60%）。此外，膜暴露于清洗劑中也會改變其性能并導致微塑料的釋放。這些發現說明對水處理中常用的不同高分子聚合物膜材料的MPs釋放進行進一步研究非常有必要。雖然實驗室規模的聚合物膜的生產和應用已經取得了顯著效果，但缺乏對膜中MPs釋放的研究。未來的研究可以集中在通過詳細的膜表征手段并結合膜特性來評估MPs的釋放。

五、微塑料對膜污染的影響

膜污染是膜處理過程中的主要挑戰，由于污染物在膜表面聚積，導致孔隙堵塞和濾餅形成，從而引起膜通量下降以及對化學清洗需求的增加。研究表明，MPs可引起跨膜壓差（TMP）上升，加劇膜污染。MPs的大小和濃度均會影響膜污染，MPs越小，膜污染越嚴重。需要對膜材料和操作條件進行深入研究，以減輕膜污染并保持對MPs的高去除率。在膜中摻入親水納米材料有望提高膜的防污性能，但對MPs過濾后的通量回收率（FRR）及后續清洗的研究尚缺乏。研究FRR與膜和MPs特性的關系有助于更具抵抗污染能力的膜的開發。此外，開發通過光催化降解從而具有自清潔能力的膜為減少膜清洗需求和提高處理效率提供了潛在的解決方案，但該類膜技術在去除MPs的應用方面仍待進一步探索。總的來說，探索去除MPs的自清潔膜有望實現更有效和更具成本效益的水處理。

六、小結

這項研究針對膜技術對微塑料的去除、微塑料從聚合膜向水/廢水的釋放等問題進行了全面且深入的討論，對MPs去除以及膜技術領域做出了重要貢獻。該項研究在強調膜技術作為更有效的MPs去除方法的同時，提出了未來針對膜材料的研究重點，為MPs去除技術的發展指明了方向。這篇綜述著眼于解決實際問題，展望了未來的技術發展，為促進MPs去除的研究領域的發展提供了寶貴的參考和啟發。

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