一种活性污泥中的微塑料分级提取及其胁迫性测定方法

本发明属于污水处理，具体涉及一种活性污泥中的微塑料分级提取及其胁迫性测定方法。

背景技术：

1、污水处理厂是城市污水处理的重要环节，同时也是微塑料汇集和释放的关键场所。随着塑料制品的大量使用和废弃，微塑料作为一种新型污染物，已被全球广泛关注。污水处理厂不仅承担着污水净化的重要任务，还在微塑料的去除和再释放中发挥着重要作用。现有研究表明，污水处理厂内的微塑料通过处理工艺可能部分去除，但其去除机制仍处于初步探索阶段。尽管国内外在微塑料识别、工艺去除效果及微塑料季节性变化方面已有不少研究成果，但对微塑料赋存状态、去除机理及其对污水处理厂中活性污泥的影响仍缺乏深入研究。

2、首先，微塑料的去除机理尚不清楚，导致现有工艺在去除效率上存在明显局限性。污水处理厂常用的生物处理工艺主要依赖于活性污泥的代谢功能来去除有机物、氮、磷等污染物，但微塑料在这些工艺中究竟是如何被捕获或排放的，缺乏系统的研究和验证。因此，现阶段的微塑料去除问题始终停留在“黑箱模式”，工艺优化困难，无法实现低成本且高效的微塑料去除。

3、其次，微塑料在污水处理厂中的赋存状态复杂多样，可能以游离态、松散吸附态和紧密附着态三种形式存在于不同处理单元中。不同赋存状态的微塑料对活性污泥的生物功能产生不同的影响。活性污泥是污水处理中的核心组件，其性能对污水处理效果至关重要。活性污泥中的微生物通过代谢作用，完成对有机污染物的降解以及氮、磷的去除。然而，微塑料是否影响活性污泥的代谢功能，特别是其对生物脱氮、除磷和除碳过程的影响机制，目前尚不清楚。现有研究对于微塑料对活性污泥的胁迫作用尚无明确定量指标，缺乏对其潜在影响的深入评估。

4、此外，污水处理厂中微塑料的检测和提取技术尚不完善。现有的微塑料检测方法多集中在水体和沉积物中，对于污水处理工艺流程中微塑料的定量提取及其赋存状态的分级研究较少。如何有效地从污水中分级提取微塑料并准确评估其不同赋存状态对活性污泥的影响，成为污水处理工艺优化的关键问题。

5、因此，提出一种能够高效、精准分级提取污水中微塑料并测定其对活性污泥胁迫性的创新方法显得尤为重要。这不仅能够帮助污水处理厂了解微塑料在处理工艺中的去除规律，优化工艺流程，还能为微塑料污染控制和污水处理中的生态风险评估提供科学依据。通过对微塑料赋存状态的分级提取和其对活性污泥胁迫性的测定，能够帮助研究人员更好地理解微塑料对污水处理厂中生物处理过程的潜在影响，进而为污水处理厂制定有效的微塑料去除策略提供技术支持。

技术实现思路

1、针对目前在污水处理厂中微塑料提取及其对活性污泥胁迫性测定方面的不足的问题，本发明提供了一种活性污泥中不同赋存状态的微塑料分级提取及其胁迫性测定方法。能够实现从污水处理厂各处理环节中有效分离微塑料，并评估其对活性污泥的影响。该方法特别针对游离态、松散吸附态和紧密附着态微塑料进行分级提取，确保提取过程的高效和精确。

2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种活性污泥中的微塑料分级提取及其胁迫性测定方法，包括以下步骤：

4、步骤1，对待测活性污泥进行离心分离，收集固体样品a和上清液a；利用滤膜将上清液a抽滤；将该滤膜置于玻璃培养皿中，加入碱性过硫酸钾溶液消解，并烘干该滤膜；将该滤膜重新置于玻璃培养皿中，加入芬顿试剂溶液消解，并烘干该滤膜，该滤膜即为富集游离态微塑料的滤膜；将富集游离态微塑料的滤膜置于电子显微镜下，拍照与计数；

5、步骤2，烘干步骤1中的固体样品a，加入浮选液反复浮选多次，震荡并静置，将多次浮选后的上清液混合，得到上清液b，以及固体样品b；

6、利用滤膜将上清液b抽滤；将该滤膜置于玻璃培养皿中，加入碱性过硫酸钾溶液消解，并烘干该滤膜；将该滤膜重新置于玻璃培养皿中，加入芬顿试剂溶液消解，并烘干该滤膜，该滤膜即为富集松散吸附态微塑料的滤膜；将处理后的滤膜置于电子显微镜下，拍照与计数；

7、步骤3，烘干步骤2中的固体样品b，加入芬顿试剂消解；对消解后的样品进行离心分离，收集上清液c；利用滤膜将上清液抽滤；将该滤膜置于玻璃培养皿中，加入碱性过硫酸钾溶液消解，并烘干该滤膜；将该滤膜重新置于玻璃培养皿中，加入芬顿试剂溶液消解，并烘干该滤膜，该滤膜即为富集紧密附着态微塑料的滤膜；将处理后的滤膜置于电子显微镜下，拍照与计数；

8、步骤4，待测活性污泥为含有游离态微塑料、松散吸附态微塑料和富集紧密附着态微塑料的活性污泥；固体样品a为含有松散吸附态微塑料和富集紧密附着态微塑料的活性污泥；固体样品b即为含有紧密附着态微塑料的活性污泥；

9、将待测活性污泥、固体样品a、固体样品b定容至初始体积，加入营养物质，分别测定污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性；通过比较含有不同赋存状态的活性污泥，计算不同赋存状态的微塑料对于活性污泥的胁迫性。

10、进一步，所述滤膜为0.22～0.45μm水系滤膜。

11、进一步，所述碱性过硫酸钾溶液消解的过程中消解液为1-2mol/l的碱性过硫酸钾。

12、进一步，所述芬顿试剂溶液消解中，芬顿试剂是浓度为5～10％h2o2和1.25～2.5mmol/l feso4。

13、进一步，所述步骤1，步骤2和步骤3中离心的转速均为5000～7000r/min，离心时间为5～15min。

14、进一步，所述的浮选，浮选液采用去离子水。

15、进一步，所述加入浮选液反复浮选多次，震荡并静置具体是：放置于恒温摇床中在20～30℃、150～180r/min振荡12～24h；将震荡后的样品置于恒温培养箱中静置6～12h，将静置后的上清液转移备用到烧杯中，样品重复浮选2～5次。

16、进一步，所述烘干的温度为60～80℃。

17、进一步，不同赋存状态的微塑料对于活性污泥的胁迫性计算公式为：

18、mpsfs,i＝salb+tb,i-safs+lb+tb,i

19、mpslb,i＝satb,i-salb+tb,i

20、mpstb,i＝sal，i-satb,i

21、其中，mpsfs,i为游离态微塑料对单位质量的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性的胁迫性，mg/(mg·min)；mpslb,i为松散吸附态微塑料对单位质量的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性的胁迫性，mg/(mg·min)；mpstb，i为紧密附着态微塑料对单位质量的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性的胁迫性，mg/(mg·min)；salb+tb，i为含有松散吸附态微塑料和紧密附着态微塑料的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性，mg/(l·min)；safs+lb+tb，i为含有游离态微塑料、松散吸附态微塑料和紧密附着态微塑料的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性，mg/(l·min)；salb,i为含有紧密附着态微塑料的活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性，mg/(l·min)；sal,i为理论上活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性，mg/(l·min)；fs为游离态微塑料；lb为松散吸附态微塑料；tb为紧密附着态微塑料；用i1，i2，i3和i4分别表示活性污泥的硝化活性、反硝化活性、碳代谢活性和聚磷活性。

22、与现有技术相比本发明具有以下优点：

23、1、通过精确设计的三步分离流程(离心、浮选、消解)，成功分离了污水处理厂中游离态、松散吸附态和紧密附着态微塑料。这种分级提取方法相较于其他技术，仅提取单一微塑料形态的方式更为全面，能够识别并区分微塑料在活性污泥中的不同赋存状态，提升了分离和分析的精度。

24、2、采用多次浮选过程有效释放了松散吸附态微塑料，并通过优化后的消解步骤确保了紧密附着态微塑料的完全分离。相比于其他仅进行单次浮选或简化消解步骤的方法，本发明能够更加全面地提取所有微塑料形态，确保测定结果的全面性和可靠性。

25、3、通过滤膜抽滤收集微塑料，并引入碱性过硫酸钾与芬顿试剂消解去除滤膜上非微塑料有机质，确保滤膜上仅剩下微塑料颗粒，结合电子显微镜进行精确计数。这一消解与计数方法显著提升了微塑料定量分析的准确性，与传统方法相比更加高效和精确。

26、4、本发明通过不同赋存状态微塑料对活性污泥的硝化、反硝化、除磷及碳代谢等生物功能的综合胁迫性测定，提供了一套全面的生物活性评估体系。与其他仅侧重单一生物功能的测定方式不同，本发明能够全面评估微塑料对活性污泥的多方面胁迫影响，为污水处理工艺优化提供了更加丰富的参数支持。

27、5、本发明所采用的试剂(如碱性过硫酸钾、芬顿试剂等)成分简单易得，且设备要求较低。与其他同类型的专利中使用的复杂试剂和昂贵设备不同，本发明更具操作性和成本效益，便于大规模推广应用。

28、6、通过分级提取和胁迫性测定，本发明能够帮助污水处理厂识别并减少微塑料对活性污泥处理过程的负面影响，特别是在脱氮、除磷和有机物降解过程中的干扰效应，为污水处理厂改善工艺设计、减少微塑料排放提供了明确的技术路径。