【摘要】：微塑料(Microplastics,MPs)是指尺寸小于5 mm的塑料顆粒,是一種新型的污染物。污水處理廠被認(rèn)為是陸地微塑料污染物的主要接收體,大部分微塑料最終都通過污水處理階段滯留在污水廠污泥中。城市污泥肥料化被許多國家推廣利用,然而當(dāng)前的污泥處置方式都不能有效減少城市污泥中微塑料的含量。污水廠污泥中仍含有高濃度的微塑料,城市污泥的施用可能會導(dǎo)致微塑料在環(huán)境中積累,造成嚴(yán)重生態(tài)危害。因此,發(fā)展一種新型的高效處置污泥微塑料的技術(shù)迫在眉睫。本研究探索了利用超高溫堆肥技術(shù)原位去除微塑料的方法及其超嗜熱微生物降解污泥中微塑料的性能及其生物、化學(xué)機制,為解決城市污泥中的微塑料污染提供了一種新思路,對控制微塑料污染擴散及其對生態(tài)環(huán)境的危害具有重要的實踐意義。論文主要結(jié)論如下:1、分析了城市污泥中微塑料的數(shù)量、類別、尺寸、分布和形態(tài)。堆肥原料中,微塑料含量約為7.41×10~4 n/kg干污泥。堆肥原料中的微塑料含有多種形狀(纖維狀、桿狀、薄膜狀等)、顏色(白色、黃色、黑色等)與類別(聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等)。進一步研究了超高溫堆肥(hyperthermophilic composting,h TC)對污泥中微塑料的降解性能研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過超高溫堆肥處理45 d后污泥中微塑料含量下降了43.70%,其去除效率是傳統(tǒng)堆肥(conventional thermophilic composting,cTC)的10倍多。2、以堆肥浸提液為接種物,以聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)為典型研究對象,在70℃溫度下探究了實驗條件下超高溫堆肥中超嗜熱菌群對PS-MPs的降解效果。在無額外碳源液體培養(yǎng)基中降解56 d后,超嗜熱菌群使PS-MPs重量損失了約7.30%,是傳統(tǒng)堆肥菌群的6.60倍。同時,PS-MPs分子量的明顯下降、物理化學(xué)性質(zhì)的變化以及液體中低分子中間產(chǎn)物的生成,都證實了超高溫菌群可以通過生物氧化作用加速PS-MPs的降解。利用高通量測序技術(shù)分析了超高溫堆肥組的細(xì)菌種群,發(fā)現(xiàn)其中占據(jù)主導(dǎo)地位的可降解PS-MPs的3個屬是嗜熱菌屬Thermus(54.22%),桿菌屬Bacillus(24.79%)和地桿菌屬Geobacillus(19.59%)。3、在以上實驗基礎(chǔ)上,在無額外碳源的70℃條件下,從城市污泥超高溫堆肥樣品中分離獲得2株具有PS-MPs降解效果的超嗜熱菌株FAFU003和FAFU011。16S rRNA基因鑒定結(jié)果表明,FAFU003菌株為地桿菌Geobacillus sp.,命名為Geobacillus sp.FAFU003;FAFU011菌株為地桿菌Geobacillus stearothermophilus,命名為Geobacillus stearothermophilus FAFU011。同時,探索研究了超嗜熱菌FAFU003和FAFU011對PS-MPs的降解效果并研究其降解機制。在無額外碳源的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)56 d后,菌株FAFU003和FAFU011分別使PS-MPs的重量損失了約4.22%和3.96%。PS-MPs分子量的下降、物理化學(xué)性質(zhì)的變化以及液體中低分子中間產(chǎn)物的生成,都證實了FAFU003和FAFU011具有降解PS-MPs的能力,可以通過生物氧化作用加速PS-MPs的降解。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;X172
【圖文】：

2002-2017 年之間，世界塑料年總產(chǎn)量從 204 百萬噸增長到了 299 百萬噸（圖1-1）。圖 1-1 石油基塑料世界產(chǎn)量[2-7]Fig.1-1 Petroleum-based plastics world production圖1-2所示為2017年石油基塑料產(chǎn)量的地區(qū)分布。亞洲的塑料年總產(chǎn)量大于174百萬噸，占比超過50%，其中中國的塑料產(chǎn)量大于100百萬噸，占世界總產(chǎn)量的29.40%，排在全球首位。歐洲和NAFTA諸國的塑料年產(chǎn)量分別占世界產(chǎn)量的18.50%和17.70%，位列第二位和第三位。然而，當(dāng)人們在享受合成塑料帶來的巨大便利時，塑料廢棄物給環(huán)境生態(tài)也帶來了不曾預(yù)料的影響。大部分石油基塑料都是難以分解的，即便是能夠小部分分解，在分解的過程中也會釋放出大量的有毒物質(zhì)，如鄰苯二甲酸酯、多氯聯(lián)苯、雙酚等。

圖 1-2 2018 年石油基塑料產(chǎn)量的地區(qū)分布[7]Fig.1-2 Regional distribution of petroleum-based plastics production in 2018塑料的大量使用也導(dǎo)致了廢棄塑料物的急劇增加，并且由于其不易降解、抗環(huán)境腐蝕等特性，最終造成了大面積的白色污染[8-10]。自 19 世紀(jì) 50 年代塑料被推廣使用以來，塑料廢棄物在陸地以及海洋公開海域大面積堆積聚集，甚至在深海或是遠(yuǎn)離人煙的小島上也可以發(fā)現(xiàn)塑料的痕跡[11]。海洋無疑是地球上最大的污染物受納體。每年有數(shù)千萬噸的垃圾倒入海洋，僅塑料垃圾就有數(shù)百萬噸[11,12]。2013 年，Eriksen 等人[13]報道了對南太平洋亞熱帶 2,424 海里（4,489 km）斷面48 個位置漂浮塑料垃圾密度的調(diào)查報告結(jié)果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該海域的平均塑料垃圾密度為 26,898 n/km2，其中最高濃度達(dá)到了 396,342 n/km2。2015 年，Jambeck 等人[14]在《Science》上報道了全球沿海國家和地區(qū)每年對海洋輸入廢棄塑料的估值研究結(jié)果。他們計算出，2010 年全球 192 個沿海國家共產(chǎn)生了總量為 2.75 億噸的塑料廢棄物，其中有 4.80-12.70 百萬噸塑料廢棄物進入了海洋，造成了海洋的大面積污染。大量的海洋生物由于纏繞或攝取等方式，受到了來自塑料碎片的傷害，甚至威脅它們的生命[15]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2739087