辣木籽提取物与明矾去除饮用水中微塑料的性能对比：直接过滤与在线过滤系统的可持续水处理方案

《ACS Omega》：Removal of Microplastics from Drinking Water by Moringa oleifera Seed: Comparative Performance with Alum in Direct and in-Line Filtration Systems

本文综述系统评估了辣木籽盐水提取物与硫酸铝在直接过滤和在线过滤系统中对老化聚氯乙烯微塑料的去除效能。研究表明，在优化条件下（pH 6.0，30 mg/L MOS-SE或9 mg/L明矾），两种絮凝剂对微塑料的去除率均超过98%，且在线过滤无需絮凝步骤即可达到同等效果。辣木籽提取物在更宽pH范围（5.0–8.0）内表现稳定，并有效降低比紫外吸光度（SUVA）88%，显著减少芳香性天然有机物的消毒副产物生成风险。该研究为替代传统铝基絮凝剂提供了可持续解决方案，对简化水处理工艺具有重要实践意义。

　　

材料与方法

研究选用人工老化的聚氯乙烯微塑料（Aged-PVC MPs，D₅₀=15.0 μm）和腐殖酸（HA）配制低浊度合成水（浊度14.9 NTU，DOC 1.84 mg/L）。通过混凝-絮凝-过滤（直接过滤）与混凝-过滤（在线过滤）对比实验，评估辣木籽盐水提取物（MOS-SE）与明矾的去除效率。采用扫描电镜颗粒计数和浊度相关性分析（R²=0.99781）量化微塑料去除率，并通过非侵入式絮体成像（图3，图4）和Ives过滤性指数（IFI）解析过滤机制。

结果与讨论

1. 在线过滤效能与机制

在pH 6.0条件下，30 mg/L MOS-SE与9 mg/L明矾分别实现浊度去除率99.4%与98.6%，对应微塑料去除率98.5%与98.7%（图1）。Zeta电位从-29.9 mV（未处理）升至-13.5 mV（MOS-SE）与-6.9 mV（明矾），表明电荷中和是主要混凝机制（图2）。絮体尺寸分析显示，絮凝步骤虽使絮体从43–46 μm增大至61–66 μm（图3），但直接过滤与在线过滤的去除率无显著差异（图5），证明在线过滤可省略絮凝环节。

2. pH适应性对比

MOS-SE在pH 5.0–8.0范围内均保持高效去除，而明矾在pH 8.0时因生成[Al(OH)₄]^?而失效（图6）。IFI分析进一步验证MOS-SE在宽pH范围内的过滤优势，最佳条件（30 mg/L，pH 6.0）下IFI低至0.00275（图7）。

3. 有机质去除特性

MOS-SE虽增加出水DOC（因种子残留有机物），但SUVA从8.5 L/(mg·m)降至<1 L/(mg·m)（图10），表明其对疏水性芳香族天然有机质的高效去除。明矾对UV₂₅₄的去除率（86.1%）略高于MOS-SE（76.1%），但后者更适用于减少消毒副产物生成风险。

结论

辣木籽提取物作为可持续絮凝剂，在微塑料去除、pH适应性与工艺简化方面展现显著优势，为替代传统铝基絮凝剂提供了技术支撑。后续研究需优化种子提取工艺以控制DOC残留，并拓展至实际水体应用验证。