地下水环境因素对聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料迁移的影响机制研究

Microplastic pollution have been a global research hotspot. Polyethylene terephthalate (PET) microplastic is a main kind of microplastic contaminants, which has been widely distributed in natural environment and detected in human body. In order to evaluate the environmental behavior and potential risk of PET microplastic, it is necessary to understand the influence mechanisms of groundwater environmental factors on its transport behavior. However, the influence mechanisms of groundwater environmental factors on PET microplastic transport are currently unclear. In this study, PET microplastic is chosen as the target contaminant. Experiments and numerical models are conducted to investigate the effect of groundwater chemical conditions and media physicochemical properties on PET microplastic transport. This study is based on multidisciplinary method, intending to clarify control factors, influence degree and mechanisms of groundwater environmental factors on PET microplastic transport, and developing mathematical models for PET microplastic transport in groundwater. This study is aiming to supplement the knowledge of microplastic environmental behavior, and provide theoretical guidance and scientific basis for accurately assessing and predicting the environmental pollution of microplastic in groundwater.

微塑料污染问题是世界范围内科研人员高度关注的研究热点。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料是环境中典型微塑料污染物，分布范围较广，且已被确认在人体内出现。研究地下水环境因素对PET微塑料迁移的影响机制，对于准确评价其归趋趋势及环境风险具有重要意义。然而，目前地下水环境因素对PET微塑料迁移的影响机制尚不明确。本项目拟以PET微塑料为目标污染物，通过多学科交叉研究，采用实验与数值模拟相结合的研究手段，以地下水化学因素及介质理化性质为切入点，系统探究地下水环境因素对PET微塑料迁移的影响机制，揭示主控因素、影响程度及微观原理，建立有效模拟多因素、复杂地下水环境条件下PET微塑料迁移行为的数值模型。研究结果旨在丰富微塑料地下水环境行为理论，为进一步科学评估和预测微塑料污染提供理论指导和科学依据。

微塑料（Microplastic）指粒径<5 mm的微小塑料污染物，近年来在环境中广泛检出，引起社会各界的高度关注。微塑料降解能力弱，容易在食物链富集，威胁生态环境及人类健康。聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，简称PET）微塑料是环境中典型的微塑料污染物，研究PET微塑料在地下水中的迁移，对于综合评判其环境行为具有重要理论意义和实际价值。本项目以碎块状PET微塑料为研究对象，探明了地下水化学因素对PET微塑料分散稳定性的影响机制；阐明了地下水化学因素对PET微塑料迁移的影响机制；揭示了介质理化性质对PET微塑料迁移的影响机制。.本项目制得的PET微塑料颗粒边缘不规则，表面粗糙且褶皱丰富，整体呈现碎块状形态。研究表明，PET微塑料在地下水环境中具有较高的临界团聚浓度（CCC），pH=6时可达54.2 mM NaCl。电解质、pH和溶解性有机质浓度是影响地下水环境中PET微塑料分散稳定性和迁移能量的重要因素。随着电解质浓度和阳离子价态的降低、pH的升高和溶解性有机质浓度的升高，PET微塑料的分散稳定性逐渐升高。PET微塑料的迁移能力较弱，随电解质浓度及阳离子价态的升高而降低。地下水pH条件变化对PET微塑料的迁移行为影响较大，PET微塑料颗粒的迁移能力随溶液pH增大而显著增强。地下水环境中溶解性有机质的存在能够提高PET微塑料的运移能力。PET微塑料的迁移能力随介质粒径的减小而减弱。不同电解质浓度条件下，孔隙水流速对PET微塑料迁移能力的影响不同。低电解质浓度条件下，孔隙水流速变化对PET微塑料迁移影响不明显。高电解质浓度条件下，PET微塑料的迁移能力随孔隙水流速的降低而显著下降。非饱和多孔介质中，PET微塑料的迁移能力同样随电解质浓度的增强和介质粒径的减小而减弱，且介质粒径对PET微塑料迁移的影响更明显。此外，研究还发现，PET微塑料除了可以作为悬着物随孔隙水流迁移外，还可以通过在介质表面运动的方式迁移，PET微塑料在介质表面存在滑动、滚动、跳动3种运动形式。本项目构建的数值模型能够较好的拟合实验结果，R2均高于0.90。.本研究结果能够为进一步评估和预测日益严重的微塑料污染提供理论指导和科学依据。