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研究 | 焚烧塑料就一了百了?微塑料笑了:你太天真!
日期:2021-09-13 作者:未知 来源:零废弃联盟 点击:
   微塑料(Microplastics,最大直径≤5mm)无处不在,其潜在毒性正引发全球越来越多的关注。目前减少微塑料污染主要有两种思路,一是在源头减少塑料消费和塑料垃圾产生,二是加强对塑料垃圾的回收和处理。然而,两条路都困难重重。垃圾焚烧与能源回收作为一种处置方式,目前在发达和发展中国家的固体废物处理系统中都占有很大比重。
  人们普遍认为焚烧可以永久消除塑料垃圾,将聚合物最终转化为二氧化碳和无机物碎片。但最新研究显示,焚烧最后产生的炉渣中仍存在未燃烧的物质,并可能通过重复使用(制砖、铺路等)或倾倒重新流入环境里。
  为验证焚烧能否完全消除微塑料及评估炉渣向环境输送的微塑料数量,2021年发表于期刊Journal of Hazardous Materials的《焚烧是否是塑料和微塑料的终结者?》(Is incineration the terminator of plastics and microplastics?)研究中,多位中国学者首次提取并识别了垃圾焚烧炉渣中的微塑料。
  研究采集了来自中国8个不同城市的16个垃圾焚烧厂和1个炉渣处理中心的炉渣。16个垃圾焚烧厂中,有12个用的是炉排炉,4个用的是流化床。17个采样点中,有7个点所服务的区域已实施源头垃圾分类,另有10个尚未实施。进入焚烧厂的垃圾以生活垃圾为主,也有部分工业垃圾、商业垃圾、建筑和拆迁垃圾入包装、塑料管、防水材料和墙纸混合在生活垃圾中。炉排炉的日处理能力为330~867吨/天,流化床的为350~400吨/天。炉排炉炉渣产生率为15~25%,高于流化床炉(8 ~ 10%)。研究所选焚烧厂是近十年来新建或升级的,技术先进,可作为中国典型焚烧厂的代表。
  研究在焚烧炉稳定运行期间,共采样31堆炉渣,每份样品质量均等。通过一系列过程(包括干燥、过筛、NaCl溶液处理、超声、去离子水漂洗等),提取出炉渣样品中疑似微塑料的颗粒。所有疑似微塑料的颗粒都经过拍摄,记录,及μ-FTIR技术识别,其中纹理均匀、无细胞结构、用镊子施加压力时不会破裂、人工着色明显特征的颗粒被进一步确定为微塑料。研究还对炉渣样本进行了燃烧损失测试。将样本去除金属并磨碎后,加热进行燃烧损失,冷却残渣最后损失的重量反映了未燃烧物质的含量。实验全程严格控制条件,避免外部塑料的污染。
  在炉渣样本中,研究共发现892个疑似微塑料的粒子,其中有276个被确定为微塑料。炉渣中微塑料的平均丰度为116±172 个/公斤。13个炉排炉站点的微塑料丰度均为125±180 n/kg。4个流化床炉的站点中,有2个被鉴定出微塑料,丰度为84±167 n/kg。实施垃圾源头分类地区的焚烧厂微塑料丰度(33±79 个/公斤)低于未实施的(228±264 个 /公斤),该差异有统计学意义(p < 0.01)。与其他受微塑料污染的土壤基质相比,焚烧厂炉渣中微塑料的丰度显著高于农田土壤。因此,垃圾焚烧产生的炉渣是微塑料的潜在来源。另一方面, 炉渣中的微塑料低于污水淤泥(sewage sludge)两到三个数量级,这意味着焚烧对消除微塑料有一定作用。
  炉渣中共发现了9种塑料:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯纤维(PES)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚氨酯(PU)和环氧树脂(epoxy)。炉排炉的12份样品中都含有PE或PP,证明PE和PP是两种最被广泛生产和使用的聚合物。包装是塑料垃圾的主要来源。建筑垃圾输入较高的焚烧厂中,PS占比较高,因其主要用于包装和建筑材料。在未进行垃圾源头分类的炉排炉样品中,微塑料的主要类别为PP和PS。对于采用源头分类的炉排炉灰烬样品,微塑料的比例最高的是PE,其次是PET、PES;PET、PES 微塑料的主要来源为废弃纺织品(纤维产品)。
  微塑料按形状被分为四类:颗粒(granule,43%)、碎片(fragment,34%)、薄膜(film,18%)、纤维(fiber)。颗粒指不规则、厚的塑料,长度、宽度、厚度相对均匀;碎片的厚度明显低于其他两个维度;薄膜是平面物体,半透明,比碎片更灵活。颗粒微塑料主要由PP组成,而碎片微塑料主要由PE和PS组成,这可能是由大量的包装使用造成的。PET、PES占全球纤维塑料的70%,这导致它们成为炉渣中主要的微塑料纤维。炉渣中的颗粒状和碎片状微塑料形状不规则,边缘粗糙,这也意味着炉渣中残留的塑料碎片会逐渐破碎形成微塑料。
  流化床内的气体分布能使废弃物与床层材料(如硅砂、石灰石、氧化铝或陶瓷材料)更好地混合,提高了传热效率和接触概率,因此流化床炉炉渣的热量损失低于炉排炉炉渣,说明流化床炉对废弃物的燃烧效率更高。此外,流化床床层材料密度高于大多数商业塑料,比床料密度小的塑料垃圾在炉内循环燃烧,导致流化床炉炉渣中微塑料含量较少。因此,流化床炉渣中的微塑料丰度低于炉排炉的微塑料丰度。
  炉渣中,粒状微塑料占大多数。此前的研究报告称垃圾渗滤液和堆肥中微塑料的主要形状分别是薄片和碎片,这表明炉渣中的微塑料可能与垃圾填埋场和堆肥中的微塑料有明显的不同,可能是因为焚烧中平面的薄片和碎片比颗粒更容易被燃烧破坏。此外,除薄片和碎片外其他形状的塑料物品会部分融化成块状,阻碍内部热量传递,这可能会导致它们留在灰中。小颗粒的表面积更大,能与空气更好接触,比大颗粒的热量转移效率更高。因此,炉渣中微塑料的丰度随着粒径的减小而增加,这与前人对填埋场(landfill)、堆肥(compost)和天然固体基质(natural solid matrices)总结的情况一致。
  该研究首次报告了焚烧厂城市生活垃圾炉渣中提取出的微塑料数量,对国内12个炉排炉、1个炉渣处理中心、4个流化床焚烧炉的炉渣中提取的微塑料进行了鉴定。结果以实验性证据表明,焚烧并不能终结塑料垃圾,炉渣仍然是微塑料的潜在来源。炉渣中微塑料的主要形态为颗粒,主要类型为PP。微塑料的丰度随粒径的减小而增加,说明塑料碎片在整个焚烧过程可能被粉碎成微塑料。进行垃圾源头分类的站点的微塑料丰度显著低于未进行分类的站点,表明垃圾源头分类对微塑料管理有积极影响。微塑料丰度与人均GDP呈负相关关系,表明微塑料丰度与废弃物组成密切相关。据估计,投入焚烧炉的每吨垃圾将产生360至10.2万个微塑料颗粒,因此有必要对垃圾管理中微塑料的排放进行修订。我们的发现为证明焚烧无法终结塑料垃圾提供了实验性证据,证明炉渣是微塑料释放到环境中的潜在来源。
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