城市水體微塑料污染的溯源管控以上海市為例

城市水體微塑料污染的溯源管控：以上海市為例ContentPart

11.新污染物防控政策背景與需求2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點3.我們的研究工作Part21.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵Part

11.新污染物防控政策背景與需求2.

陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點3.我們的研究工作持久性有機物（POPs）、內(nèi)分泌干擾物、抗生素及微塑料?

具有生物毒性、環(huán)境持久性、生物累積性等特征?

新近發(fā)現(xiàn)、尚未納入管理或者現(xiàn)有管理措施不足以有效防控其風險的污染物?

源-遷移路徑-匯缺乏足夠認知?

危害比較嚴重，環(huán)境風險比較隱蔽且缺乏全面評估，治理難度比較大1.新污染物防控政策背景新污染物治理面臨何種問題和挑戰(zhàn)？

——中國科協(xié)2022

十大前沿科學問題2021年2021年2022年2022—2023年1.新污染物防控政策背景我國近3年大戰(zhàn)略規(guī)劃和地方政策已重點強調(diào)新污染物治理，并提出方案精準施策、系統(tǒng)推進、健全體系

強調(diào)源頭綠色替代、減排、處理處置

新技術(shù)方法

完善地方法規(guī)制度、標準、規(guī)范?加大科技支撐力度（國家科技計劃中加強新污染物治理科技攻關(guān)、開展評估與管控關(guān)鍵技術(shù)研究、加強新理論新技術(shù)研究）?加強清潔生產(chǎn)和綠色制造，規(guī)范強化使用管理；?加強新污染物多環(huán)境介質(zhì)（氣、水、固）協(xié)同治理；?強化含特定新污染物廢物的收集利用處置?開展新污染物治理試點工程（長江、黃河等流域和重點飲用水水源地周邊，重點河口、重點海灣、重點海水養(yǎng)殖區(qū)，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域）1.新污染物防控政策背景建立健全新污染物監(jiān)管治理機制2025年基本形成新污染物監(jiān)測&治理體系2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點9%回收或丟棄

12%焚化79%填埋微塑料(Microplastics)是近20年來全球新污染物焦點微塑料(Microplastics):粒徑<

5

mm的塑料顆粒達到250億公噸，而塑料廢棄物年

產(chǎn)量則將增加1倍以上2015年

全球63億噸塑料廢棄物預測2050年全球塑料產(chǎn)量將累計負載/累積/釋放毒性添加劑、污染物、病原菌、功能菌

形成沿食物鏈的傳輸與富集（吸入/攝入）立體擴大的生態(tài)風險：對全球近700種海洋物種和50多種淡水物種的

個體健康與生物行為的負面影響Matthias

C.

Rillig

andAnika

Lehmann,SCIENCE

20202.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點微塑料污染引發(fā)大范圍生態(tài)與健康風險MacLeod,

M

.,Science

2021Jambeck,

J.R.,

Science

2015SCIENCE

ADVANCES

I

RESEARCH

ARTICLE

2021

SCIENCE

ADVANCES

Meijer

L.J.J：我國1309條河流每年總塑料垃圾排放量1.2X107萬噸，僅低于印度，為全球第二2016

Nature

Communications

Lebreton,

L.C.M全球模型研究表明：全球每年有115萬噸到241萬噸的塑料垃圾從河流進入海洋；污染最嚴重的20條河流大部分位于亞洲，占全球總量的67%；我國的塑料垃圾總產(chǎn)量和河流塑料輸出量（長江第1黃浦江第4）均為世界第一2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點我國陸域水環(huán)境正面臨嚴峻的微塑料污染危機全球性的塑料污染問題——80%的海洋微塑料來自于陸域系統(tǒng)陸地大氣沉降&垃圾丟棄城市垃圾農(nóng)田徑流固廢處理處置

城鎮(zhèn)排污

農(nóng)污

畜禽&水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點我國陸域水環(huán)境正面臨嚴峻的微塑料污染危機高度加劇的污染風險，覆蓋全流域且顯著差異化的區(qū)域分布珠江/長江/黃河/

松花江流域長江口灘涂水域

/平原河網(wǎng)（市區(qū)）太湖流域河網(wǎng)武漢市區(qū)三峽壩區(qū)2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點基于微塑料豐度、聚合物占比與化學危害

數(shù)據(jù)構(gòu)建生態(tài)風險表征比率（RCR）

的評

價方法長江、

鄱陽湖、

太湖：最高風險水體l

自然水體的

RCR

平均值為22.09+45.2,

城市水體RCR

平均值為

15.67+34.8；l

無顯著風險水體占42.5%;

低生態(tài)風險水體占30%；ll現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與風險評估（風險熵）表明我國城市水體微塑料污染水平高于遠離市區(qū)水體近2倍自然水體微塑料3604.2±5926.4

個/m3

城市水體微塑料7722.6±9505.7

個/m32017-2021年覆蓋我國15個省份33個水體中生態(tài)風險水體占22.5%;l

高生態(tài)風險水體占5%

.環(huán)境科學2022.我國陸域水體系統(tǒng)表層水中微塑料生態(tài)風險評估城市水體研究涉及省份自然水體研究涉及省份上海市生態(tài)環(huán)境局關(guān)于引發(fā)上海市重點管控新污染物2023國家發(fā)改委“十四五”塑料污染治理行動方案2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點全國28個地區(qū)將微塑料納入“一品一策”管控上海市印發(fā)《重點管控新污染物清單》，明確將微塑料提上重點管控名單l地下水l地表水l污染源廢水地市級新污染物治理工作方案舉例

省級新污染物治理工作方案舉例強化過程監(jiān)管深化末端治理建立治理體系評估風險狀況嚴格源頭管理提升治理能力立足全局統(tǒng)籌的宏觀防控戰(zhàn)略，如何明確微塑料在大城市尺度下的詳細源清單存量與傳

輸路徑流量，

探明現(xiàn)狀環(huán)境管理實踐的削減潛力與未來優(yōu)化措施/政策組合布局的綜合緩解效力，從而構(gòu)建系統(tǒng)防控策略體系，是未來實現(xiàn)科學、系統(tǒng)、精準施策的關(guān)鍵前提2.陸域水環(huán)境的微塑料污染與防控焦點系統(tǒng)識別城市陸基微塑料來源，緩解/阻斷其向受納水體的輸出路徑流量——未來實現(xiàn)陸域水環(huán)境微塑料污染系統(tǒng)性削減的首要前提防控焦點：城市作為風險熱點，在塑造流域微塑料污染格局方面發(fā)揮著核心作用大尺度流域內(nèi)90%的年累積塑料負荷會在一年20%的時間內(nèi)從城市區(qū)域輸出盡管在國家生態(tài)文明建設發(fā)展全局戰(zhàn)略中扮演了關(guān)鍵角色上海市在長期內(nèi)面臨尤其嚴峻的微塑料污染風險從哪里來？怎么來？來多少？三峽上海院2023科標業(yè)項目《河湖新污染物環(huán)境風險及工程影響研究》

上海市科委研發(fā)計劃項目《河道水環(huán)境質(zhì)量提升技術(shù)集成研究與示范》

上海市環(huán)?？蒲兄卮箜椖俊侗谜疚廴疚锓沤鳒p關(guān)鍵技術(shù)研究》已發(fā)表Water

Research、

STOTEN、環(huán)境科學及其他中文核心雜志論文10余篇申報相關(guān)發(fā)明專利多項

多次代表上海市生態(tài)環(huán)境局參加中-美/挪威領(lǐng)事館環(huán)境論壇做主旨報告3.我們的研究工作三峽上海院長江生態(tài)環(huán)境工程研究中心（上海）&同濟大學聯(lián)合研究團隊：流域水體新污染物（微塑料等）生態(tài)風險及其系統(tǒng)治理關(guān)鍵策略研究流行

模式流域

溯源

管控風險

評估微生物

定殖機

制與生

態(tài)效應元素循

環(huán)影響流域監(jiān)測

因素分析

總量核算污染源清單物質(zhì)流模型生態(tài)風險

模擬分析Part21.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵u

Sampling

sites

included

five

sites

in

Jinze

Reservoir

(30

surface

water

samples),

22

sites

in

HuangpuRiver

(132

surfacewater

samples),16

sites

inSuzhou

Creek

(13

siteswith

78

surface

watersamples

and

78sediment

samples,

and

threemore

sites

from

which

18

sediment

sampleswere

taken)

.

All

these

sampleswere

collected

once

in

summer

and

winter

in

2018,

respectively;u

A

total

of

71

real-time

WWF

samples

werecollected

from

the

sumps

of

six

pump

stations

located

along

Suzhou

Creek

during

rainfallevents

(summer,

wet

season,

2018).u

WWF

samples

from

19

randomly

selected

pump

stations

located

in

urban

and

peri-urban

areas

were

additionally

collected.1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀Water

research2020.The

occurrence

of

microplastics

inwater

bodies

in

urban

agglomerations:

Impacts

of

drainage

system

overflow

inwetweather,

catchment

land-uses,

and

environmental

management

practices

(被引76次)上海大城市(Megacity):黃浦江流域尺度水體微塑料的縱向足跡&疊加的自然與人為因素Land

usesDrainagesystemoverflow(WWF)

WWTPinfluent

&effluentEnvironmentalmanagementpracticesSTOTEN2023.Real-time

variabilities

in

microplasticabundance

and

characteristicsof

urbansurface

runoffand

sewer

overflow

inwetweather

as

impacted

by

land

use

and

storm

factors1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀大范圍采樣監(jiān)測市政排水系統(tǒng)雨天溢流與污水廠尾水的微塑料排放：管網(wǎng)雨天溢流蘇州河·浙江路橋附近6個典型合流制泵站平均微塑料豐度：130.0±30.0–8500.0±1241.0

particles/L實時排放豐度落差：~7900

particles/Lu微塑料豐度與累積降雨量、溢流量之

間存在線性關(guān)系u溢流微塑料豐度存在初期效應：初期

30%流量攜帶~60%的微塑料總量PET：49%-59%PE：9%-23%Granule

：50%-56%Fiber：40%-48%80-500

mm：48%-70%1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀大范圍采樣監(jiān)測市政排水系統(tǒng)雨天溢流與污水廠尾水的微塑料排放：污水廠尾水我國污水處理廠微塑料處理效率偏低歐洲地區(qū)污水處理廠達到90%以上，部分甚至接近100%白龍港進水：226.27

±83.00

p/L

竹園一進水：

171.89±62.98p/L出水：83.16

±

17.22

p/L

出水：69.03

±

12.21

p/Lu白龍港處理率：

63.25%u竹園一處理率：59.84%u一級處理單位處理率達到70%~80%環(huán)境科學2019.大型城市污水處理廠處理工藝對微塑料的去除進水PET：

~50%PA：

~20%PE：

~15%PP：

~8%Fiber：

~90%Fragment：~6%Granule：

~1%u

158座泵站的WWF年微塑料排放量u

8.50×1014

±4.72×1012

(p/year)u

51座WWTP的尾水年微塑料排放量u1.43×1014

(p/year)u有毒塑料成分(即聚乙烯PE和聚丙烯PP)的比例很高u

（2個數(shù)量級）高于巴黎城市聚群u

4-5×1012

(fiber/year)u

（2100

萬m3/year

溢流量）1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀基于采樣監(jiān)測與經(jīng)驗相關(guān)證據(jù)的統(tǒng)計市政排水系統(tǒng)雨天溢流與污水廠尾水的微塑料排放量估算51個污水處理廠cmic

opus

sc-8.0c

cop+775.5

(1)

158個市管泵站1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀城市水庫與河道的微塑料賦存與特征土地利用等因素導致的水體微塑料空間分布：蘇州河/黃浦江/金澤水源地蘇州河沉積底泥：均值：

6233.4

±

1890.4

p/kg高值：

8505.5

±

1439.56

p/kgPET：

40%/PP

：27%/PAN：

15%Fiber：

>90%;

80-500

mm

：45%u集水區(qū)內(nèi)城市化和人口密度增

加（或與城市中心的距離）促進近端受納水體中微塑料豐度黃浦江：

26.2±

9.6p/L蘇州河：

14.4±5.1p/LPET：

60%-76%Fiber：

75%-95%80-500

mm：40%-66%金澤水源地：28.3

±4.1

p/LPET：

~50%Fiber

(70%)/film

(30%)

80-500

mm

：45%徐匯區(qū)：蒲匯塘表層水8條河道環(huán)境科學2020.城市河道表層水及沉積物中微塑料的污染現(xiàn)狀與污染行為u中小河道微塑料賦

存與聚合物組成多

樣性顯著低于主干

河道1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀城市水庫與河道的微塑料賦存與特征土地利用等因素導致的水體微塑料空間分布：

中心城區(qū)/城郊中小河道城郊河道沉積底泥：1312.8

±494.5

p/LPET：

61%Fiber：

94%80-500

mm：

59%中心城區(qū)沉積底泥：2013.3

±459.1

p/LPET：

53%Fiber：

88%80-500

mm：

65%城郊河道表層水：7.5

±2.8

p/LPET：

~80%Fiber：

96%80-500

mm：

~45%中心城區(qū)表層水：10.0

±

1.1

p/LPET：

~80%Fiber：

98%80-500

mm：~45%沉積底泥金山區(qū)u

測試的地表水中微塑料濃度的空間差異，

從高到低依次是：商業(yè)/公共/娛樂區(qū)>重工業(yè)區(qū)>農(nóng)業(yè)/輕工業(yè)區(qū)>農(nóng)業(yè)區(qū)>住宅區(qū)u

顯著的季節(jié)性變化包括：夏季的水體微塑料濃度總體上高于冬季，

特別是在商業(yè)/公共/娛樂、住宅和農(nóng)業(yè)用地附近u

在蘇州河和黃浦江，微塑料隨著采樣點與市中心的距離直線上升u

t-SNE聚類分析表明，

金澤水源地微塑料樣本的形態(tài)特征和聚合物成

分與黃浦江和蘇州河的有明顯的不同u

PM2.5與蘇州河和黃浦江的部分地表水顯示出大致上的正相關(guān)關(guān)系u

蘇州河城區(qū)段（居民區(qū)土地利用為主）不同于其他樣本u

與COD/氨氮/trypthophan%

高度相關(guān)

---市政/生活源污染/環(huán)境措施u

金澤水源地整體污染狀態(tài)差異不大u

與humic%高度相關(guān)---農(nóng)業(yè)/輕工業(yè)/面源污染u

黃浦江在污染特征上有明顯的分化u

由不同的河岸土地利用形成的，與TSS/微塑料有關(guān)

---面源污染1.上海市水體微塑料污染的現(xiàn)狀城市水庫與河道的微塑料賦存與特征土地利用等因素導致的水體微塑料空間分布差異A.

跨越廣泛的土地使用梯度/環(huán)境區(qū)間/污染源/路徑，流域尺度物質(zhì)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量流如何？B.根據(jù)統(tǒng)一評價標準，城市微塑料源清單存量多少，對受納水體的污染貢獻如何？C.環(huán)境管理實踐在微塑料傳播過程中的角色？D.

天氣主導模式如何影響物質(zhì)流？當前復雜復合的污染特征大大增加了理解城市微塑料如何發(fā)生如何流布的難度建立基于質(zhì)量平衡與源頭-路徑-匯框架的多向級聯(lián)傳輸網(wǎng)絡，

明晰復合疊加因素機制支撐城市水體輸入性微塑料污染的系統(tǒng)防控策略體系建構(gòu)、避免效果有限的單一舉措，致力實現(xiàn)污染精準診斷

與總量削減目標的先決條件2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵根據(jù)2015-2020年全國污染源普查和區(qū)域環(huán)境統(tǒng)計調(diào)查，生活污水、

工業(yè)廢水、大氣沉降、畜禽養(yǎng)殖廢水、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水、種植業(yè)廢水

源在進入上海乃至全國淡水系統(tǒng)的陸源污染輸出中占主導地位。Water

research2022.Quantifying

microplasticstocks

and

flowsinthe

urban

agglomeration

based

on

the

mass

balance

model

andsource-pathway-receptor

framework:

Revealingthe

role

of

pollutionsources,weather

patterns,

and

environmental

management

practices構(gòu)建源頭存量和途徑流量分析的微塑料質(zhì)量平衡模型源頭-途徑-受體框架&

多向傳輸網(wǎng)絡&基于領(lǐng)土的核算&基線情景u

假定系統(tǒng)穩(wěn)定u

源的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)（均值+標準偏差）u

27條路徑的轉(zhuǎn)移系數(shù)（2018-2020）u

靜態(tài)質(zhì)量平衡（不考慮回收）u

邊界u

不確定性評價?

工業(yè)廢水/大氣沉降微塑料豐度最高?

IW：

119.4

±38.9

(d)

and104.2

±20.3

(w)

particles/L；?

重工業(yè)高于輕工業(yè)廢水?AF：

77.6±31.5(d)

and

92.0±26.4

(w)

particles/d.m2；?

城區(qū)大氣沉降高于郊區(qū)u

畜禽養(yǎng)殖廢水微塑料?24.8±

12.6(d)

and

25.9±

17.1(w)

particles/Lu

生活污水微塑料?

14.3

±7.7(d)

and

11.6

±5.3

(w)

particles/L?

旱雨天均是城區(qū)污水高于郊區(qū)?

種植業(yè)廢水微塑料?3.7±3.6

particles/L

(w)?

旱地高于水田?水田：2.1±

1.2particles/L

(d)u

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水?

16.8

±6.8(d)

particles/L.2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵基于源頭存量和途徑流量分析的微塑料質(zhì)量平衡模型城市聚群陸源微塑料污染的歸趨：主要水污染源的微塑料排放豐度水平u六類源總量?

5317.7

±2175.3

(d)

and

3320.1

±953.6

(w)

tons/a;?進入下水系統(tǒng)：2347.8±766.9

tons/a?直接進入受納水體：

1991.8±701.8

tons/au

總量占比：大氣沉降遠大于工業(yè)廢水、生活污水?大氣沉降：3747.2

±

1522.7(d)

and

2577.8±741.2(w)

tons/a,(70.5%and

77.6%

of

total);?工業(yè)廢水：768.0±250.5

(d)

and

388.7±75.8(w)

tons/a,(14.4%and11.7%

of

total；?生活污水：462.0±248.1

(d)

and

218.8

±

100.1

(w)

tons/a,(8.7%

and6.6%

of

total)；?農(nóng)業(yè)廢水：

6.4%and

4.1%u

下水系統(tǒng)接收（直接）：?大氣沉降：997.6

±237.7

tons/a

，42.5%?工業(yè)污水：703.5±

198.4

tons/a，30.0%?生活污水：646.7±330.7

tons/a

，27.5%u

受納水體接收（直接）：?大氣沉降：

1030.7±366.7

tons/a

，51.7%?工業(yè)污水：453.2±

127.8

tons/a

，22.8%?生活污水：34.0±

17.4

tons/a，

1.7%?農(nóng)業(yè)廢水：23.8%（AW

，224.5±90.6

tons/a，

11.3%；CFW

，247.6

±

98.3

tons/a，

12.4%）2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵基于源頭存量和途徑流量分析的微塑料質(zhì)量平衡模型城市聚群陸源微塑料污染的歸趨：

6類水污染源的微塑料存量-天氣模式和排放路徑u管網(wǎng)和污水廠在生活污水、

工業(yè)污水和徑流微塑料流中扮演關(guān)鍵角色

2347.8

±766.8tons/a?

進入污水廠：

52.2%?

溢流排放：32.4%?

沉降至通溝底泥：17.0%u污水廠進水1186.9

±365.1

tons/a?

進入剩余污泥：

61.6%2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵基于源頭存量和途徑流量分析的微塑料質(zhì)量平衡模型城市聚群陸源微塑料污染的歸趨：源頭-途徑-受體框架網(wǎng)絡的微塑料質(zhì)量流u流域范圍內(nèi)微塑料的主要貢獻者---大氣微塑料控制涉及工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔能源開發(fā)u干預由暴雨徑流驅(qū)動的污染事件，以減輕向下的微塑料流動，已經(jīng)

成為一個優(yōu)先事項u對最初55%的暴雨徑流采取攔截措施可以控制60%-70%的城市非點源污染物負荷?

低影響開發(fā)?

海綿城市

?濕地?

非結(jié)構(gòu)性措施：地表清掃、限制帶釘輪胎這項研究首次提供了環(huán)境管理措施在緩解城市群中發(fā)生的水生微塑料污染方面的系統(tǒng)性作用的定量證據(jù)終端處理方法可以保留大約五分之二的微塑料流，

否則這些微塑料將被送入受納水體2.城市聚群陸源微塑料污染歸趨與系統(tǒng)治理關(guān)鍵基于源頭存量和途徑流量分析的微塑料質(zhì)量平衡模型城市聚群陸源微塑料污染的歸趨：環(huán)境管理措施在緩解微塑料流動方面的作用u下水道和廢水處理系統(tǒng)是連接廢水排放源和受納水體的主要途徑u管理下水道和廢水處理系統(tǒng)可能是實現(xiàn)大規(guī)模減少陸基微塑料出口

的切實可行的解決方案u暴雨徑流管理基礎(chǔ)設施，與污廢水收集處理做法相結(jié)合，是基于系

統(tǒng)效益的最佳戰(zhàn)略?

提高前端廢水收集率?

通溝底泥的處理處置?

暴雨污水攔截?

調(diào)蓄沉淀?

減少溢流（灰色基礎(chǔ)設施中加入LID以額外減少年度溢流）?