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本研究评估了超滤（UF）和微滤（MF）膜处理对污水处理厂（WWTP）中初级污泥上清液（PSL）和消化液离心液（DC）中微塑料（MPs）及营养物质的去除效果，发现UH050膜在PSL处理中具有稳定通量（15 L·m?2·h?1）、高效去除MPs（>99%）和低营养流失（NH4+-N仅15%），在DC处理中同样表现优异，支持资源高效利用和循环经济。
R. Mompó-Curell|S. Cabrera-Ojeda|J.A. Mendoza-Roca|M.A. Bes-Piá
瓦伦西亚理工大学工业辐射物理与环境安全研究所（ISIRYM），Camino de Vera s/n，瓦伦西亚 46022，西班牙
摘要
废水污泥中的微塑料（MPs）和其他微粒（MPr）对废水处理厂（WWTPs）来说是一个挑战。当经过澄清处理后的废水被重新引入处理厂时，其中一些微粒会重新积累。本研究评估了超滤（UF）和微滤（MF）膜在去除这些微粒以及保留营养物质方面的性能，研究对象为两种污泥衍生液：初沉污泥液（PSL）和消化污泥浓缩液（DC）。三种膜（UH050、V6和V0.2）在完全循环使用和不同浓度条件下进行了测试。对于PSL，UH050膜表现出优异的整体性能，其稳定运行通量（15 L·m?2·h?1）高，微粒截留效果好，NH??-N和PO?3?-P的截留量几乎可以忽略不计。此外，该膜还具有出色的清洁性能，碱洗后通量恢复率超过90%。对于DC，所有膜在渗透液中均实现了高效的微粒截留，但截留液中未观察到显著积累。同样，UH050膜对NH??-N和PO?3?-P的截留率最低（分别为15%和几乎可以忽略不计），且清洁效率良好。总体而言，UH050膜是处理PSL的最佳选择，因为它兼具微粒去除、营养物质选择性、水力稳定性和清洁性能。这些发现支持在污泥处理过程中采用膜技术来控制微塑料和回收营养物质，从而提高资源利用效率和推动循环经济发展。
引言
微塑料（MPs）是来自多种来源的小型塑料颗粒，包括大块塑料的降解产物、纺织品的合成纤维以及个人护理产品中使用的微珠（Bai等人，2025年；Priya等人，2025年；Singh等人，2025年）。微塑料可分为初级微塑料（有意制造的小颗粒）和次级微塑料（由大块塑料破碎形成）（Lehtiniemi等人，2018年；Xia等人，2022年）。由于微塑料的持久性和对生态系统的潜在影响，它们引发了严重的环境问题。这些微小颗粒不仅分布广泛，而且具有很强的抗性，因此从环境中去除它们是一项具有挑战性的任务。它们存在于自然环境中的土壤、空气中，尤其是在水生系统中（Bocker和Silva，2025年；Elrahmani等人，2025年；Goh等人，2025年）。从海洋到淡水湖泊和河流等各种水体都容易受到微塑料的污染。微塑料可以通过多种途径进入水体，包括城市地区的径流、废水排放物以及大气沉降（Liu等人，2024b）。
废水处理厂（WWTPs）在管理微塑料污染方面发挥着关键作用。这些设施的设计目的是在废水排放到环境中之前去除其中的污染物。然而，大部分在预处理阶段未被分离出的微塑料会在处理过程中从水路转移到污泥路（Carnevale Miino等人，2024年；Dronjak等人，2022年）。这种转移发生在微塑料被污泥捕获时（无论是初级沉淀池中的可沉淀固体还是二级沉淀池中的微生物絮体），这是废水处理的副产品。微塑料在WWTPs中的命运是一个活跃的研究领域，因为了解它们的行为和去除效率对于减轻其环境影响至关重要（Alibekov等人，2025年）。研究表明，虽然WWTPs可以去除大量进入水体的微塑料，但在初级和二级处理后仍有相当数量的微塑料进入污泥路（Franco等人，2023年）。Zoccali等人（2025年）报告了509个WWTPs处理后的微塑料浓度数据。根据平均数值，初级处理减少了19%的微塑料（某些情况下还包括预处理效果），二级处理进一步减少了73%，最终三级处理使整个废水处理系统的微塑料去除率达到95–96%，最终平均浓度为2.2个微塑料/L。
所谓“回流水”（也称为污泥液），是指通过浓缩或脱水操作从废水污泥中分离出来的水流。目前，这些水流被重新引入WWTP的入口。这样一来，之前从水路转移到污泥处理过程中的微塑料又会重新进入废水处理系统并积累其中。因此，通过针对这些水流，可以有效去除微塑料，减少处理后出水中的微塑料含量。这种方法主要针对含有高浓度微塑料的特定水流，如初沉污泥液（PSL）和消化污泥浓缩液（DC）（Bretas Alvim等人，2022年；Harley-Nyang等人，2022年）。例如，Navajas-Valiente等人（2024年）报告称DC中的微塑料浓度为605±29个微粒·L?1，而Carr等人（2016年）则记录了高达2670个微粒·L?1的浓度。这些高浓度表明有大量微塑料重新进入废水系统并积累在其中，从而增加了处理后废水和污泥中的微塑料含量。因此，通过关注这些水流，WWTPs可以提高其整体微塑料去除效率，有助于改善水质。这一策略不仅有助于减少WWTPs的环境影响，也符合可持续废物管理的原则。
分离微塑料对于进一步利用这些水流具有重要意义，因为它们是营养物质的来源。众所周知，污泥的厌氧消化过程会导致细菌释放氮、磷和微塑料，如果能够分离出微塑料，这些物质可以成为回收营养物质的有效途径（Cruz等人，2019年）。实际上，已有大量研究利用各种技术（如膜电渗析或正向渗透）来回收和浓缩氨氮（Ferrari等人，2022年；Kedwell等人，2018年）。然而，由于磷会以不同盐类或鸟粪石的形式沉淀，其回收过程更为复杂（Anders等人，2025年；Guo等人，2025年）。无论如何，在回收营养物质之前，微滤（MF）或超滤（UF）似乎是合适的预处理方法（Cifuentes-Cabezas等人，2024年）。另一方面，关于PSL的研究较少，尽管一些作者最近指出其中含有高价值的氮和磷营养物质（Diaz等人，2023年；Liu等人，2024a）。
总体而言，多位研究者评估了使用膜技术去除目标水流中微塑料的潜力，去除效率介于53%到99%之间，其中超滤（UF）是最常用的方法之一（Sangkham等人，2025年）。Thaiyal Nayahi等人（2022年）利用超滤从垃圾填埋场渗滤液中分离聚合物碎片和纤维，随后通过反渗透（RO）进行浓缩。同样，So等人（2025年）使用孔径为0.6 μm的陶瓷微滤膜，实现了99%的微塑料去除率。成功实施这些过程的关键在于在低体积条件下实现微塑料的有效分离（高体积浓度因子），以便进一步合理管理微塑料。
本研究评估了微滤（MF）和超滤（UF）工艺，旨在将微塑料浓缩到较小体积的同时，获得含有营养物质的渗透液，以便进一步回收氮和磷。该研究提出了一种新的方法，专门针对WWTPs中的PSL和DC水流进行微塑料分离，这两种水流的潜在价值此前鲜有研究。研究表明，污泥处理过程中的回流水是微塑料的另一个来源，这些微塑料会被重新引入WWTP的入口。与以往主要关注从水路去除微塑料的研究不同，我们的方法强调了处理污泥处理过程中产生的回流水的重要性。本研究的结果有望显著提升废水处理领域的循环经济效率，并为未来改进微塑料分离和营养物质回收的研究提供参考。
样本收集、预处理和特性分析
本研究使用的PSL和DC样本取自西班牙瓦伦西亚附近的一个WWTP，具体位置如图1所示。这些样本在预处理和膜过滤过程前后都经过了全面的特性分析。
每个样本都经过了详尽的特性分析，包括进样液、浓缩液和渗透液。pH值和电导率使用GLP 21+pH计和GLP 31+EC计（Crison，西班牙）进行测量。
PSL的进水特性分析
原始PSL和预过滤后的PSL的物理化学特性总结在表2中（平均值和标准差），各次测试的PSL详细特性分析见补充材料（表S1）。总体而言，PSL含有高浓度的有机物和营养物质，以及大量的固体。这些因素表明它既具有回收营养物质的潜力，也可能导致膜污染。
结论
本研究展示了使用微滤（MF）和超滤（UF）膜从污泥处理过程中的回流水流中去除微塑料的潜力，同时可以从膜渗透液中回收溶解的营养物质（如铵和磷酸盐）。从回流水流中分离出的微塑料将减少WWTPs中微塑料的积累。
所有测试的三种膜（UH050、V6和V0.2）均表现出高效的微粒去除效果，渗透液中的微粒浓度很低且可以忽略不计。
作者贡献声明
M.A. Bes-Piá：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、数据管理。R. Mompó-Curell：撰写——初稿撰写、方法论设计、实验研究、数据分析。S. Cabrera-Ojeda：方法论设计、实验研究。J.A. Mendoza-Roca：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、数据管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
感谢西班牙科学与创新部（项目编号：PID2021–127468OB-I00）提供的财政支持。同时，作者Raúl Mompó-Curell特别感谢西班牙教育和职业培训部提供的资助（项目编号：FPU20/07709）。Severino Cabrera-Ojeda也感谢FACSA-FOVASA UPV Chair提供的资金支持。
