微塑料作为一种新型污染物,受到了研究人员的广泛关注。近年来,研究表明污水处理厂是微塑料的主要来源,在此过程中污水中大部分微塑料会截留在污泥中,导致污泥含有高浓度微塑料。与此同时,研究表明经过污泥处理后微塑料表面特性会发生显著变化,表现为破碎、溶融、颗粒粒径减小等现象。与原始微塑料相比,污泥中高度磨损老化的微塑料对有机污染物、重金属及致病微生物等的载体效应可能增强,进而增加后续污泥土地利用的潜在生态风险。目前,酸、碱等预处理手段常用于改善微塑料提取及分析,然而关于污泥预处理对污泥微塑料提取及其理化特性影响尚不清晰。本论文首先探讨了化学预处理对污泥微塑料的影响,验证了五种固相介质污水污泥、牛粪、土壤、沉积物和二氧化硅中微塑料的提取率,分析了限制污泥中微塑料提取的原因,同时探究了酸、碱、氧化共计九种化学预处理对污泥中微塑料提取效率的改善作用;其次利用各种表征手段如FTIR、SEM、质量损失和微塑料对Cd的吸附能力等评估化学预处理对微塑料理化特性的影响,并根据六种微塑料对九种化学预处理的响应情况进行PCA分析及分类。在此基础上,考察了污泥水热过程微塑料的转化规律,探讨了不同水热处理反应条件温度、时间、反应物浓度对微塑料理化特性的影响,并比较了相同水热条件下,纯水及污泥介质中微塑料理化特性的差异;最后探究污泥蛋白质、多糖、二氧化硅等有机和无机组分对微塑料水热的影响,以揭示污泥介质对微塑料促解聚的作用机制。主要研究结果如下:(1)与其他固相基质牛粪、土壤、沉积物、二氧化硅相比,污水污泥中微塑料的提取效率最低,特别是PET塑料纤维。可能的原因是污泥絮状物中胞外聚合物EPS通过阻止微塑料的上浮而对微塑料的提取产生了负面影响。30%H2O2和Fenton等化学预处理可以通过破坏污泥絮凝结构使得有机物适度释放以改善污泥中微塑料的提取。高浓度的酸和碱预处理会导致污泥中有机物过度溶解,从而降低微塑料提取效率。污泥有机物溶解量和微塑料提取率的关系曲线表明污泥有机物的分解程度对于微塑料提取效率的改善具有重要影响。(2)预处理会影响微塑料的表面特性,例如大小、表面形貌和吸附潜力,尤其是碱性预处理。与其他预处理相比,H2O2和Fenton预处理对微塑料理化特性影响较小。将预处理分为四个主要类别:P1类(碱预处理)、P2类(高浓度酸预处理)、P3类(低浓度酸预处理)和P4类(氧化预处理)。PCA结果表明,预处理对微塑料的影响遵循递减顺序:类别P1>类别P2>类别P3>类别P4。将六种微塑料分为三个主要类别,类别M1(PET、PA和PMMA)、类别M2(PS)和类别M3(PE和PP)。微塑料对化学预处理的抵抗力呈如下递增顺序:类别M1<类别M2<类别M3。与仅由碳原子构成的PE、PP和PS相比,主链中带有杂原子的PET和PA更容易受到化学预处理的影响。(3)不同水热反应温度、反应时间、反应物浓度会对微塑料理化特性产生重要影响。随着水热温度的上升、反应时间的增加,微塑料水解程度逐渐加剧,在220℃、5h反应条件下,水热过程被认为基本趋于完全。低微塑料浓度有利于促进微塑料的水解。相同水热条件下,微塑料分解程度呈如下递减顺序:PET>PS≈PE。与主链仅含有碳原子的PE、PS相比,聚酯类高分子PET含有大量酯键易被活化发生断裂。在相同水热条件下,污泥促进了微塑料的水解。与纯水体系中微塑料相比,污泥微塑料尺寸变小且表面更加破碎、粗糙,同时水热后液相产物释放的有机物含量有所增加。(4)在不同水热介质中,微塑料水解程度呈如下递减顺序:污泥>蛋白质>多糖>二氧化硅≈水。结果表明污泥体系促进了微塑料的水解,其中污泥中蛋白质组分起到促进作用,而污泥中多糖组分起抑制作用,二氧化硅对污泥微塑料的水解影响不大。可能的原因是蛋白质水解速率较快,肽键断裂形成的氨基和羧基官能团易与微塑料表面官能团结合促进分解。多糖在水解后期易发生基团重组形成稳定芳构化物质从而阻碍了微塑料的水解。二氧化硅化学性质稳定水热后不发生变化,故对微塑料水解影响甚微。综上所述,酸碱预处理对微塑料的提取及理化特性均会产生一定影响,氧化预处理改善微塑料提取率的同时对微塑料理化特性影响较小。水热预处理会对污泥微塑料理化特性产生影响,其中污泥中蛋白质组分促进了微塑料的解聚。因此,在微塑料分析中应使用适当的预处理方法以避免微塑料含量的低估或对微塑料真实理化性质造成改变。微塑料在污泥处理环节理化特性有所改变,在后续土地利用过程中的潜在风险需引起关注。