《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Combined sewer overflows contribution to microplastics pollution: long-term monitoring evidences in a context of climatic extremes
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朱塞佩·贝林盖利（Giuseppe Beringheli）|马尔科·卡波迪奇（Marco Capodici）|桑托·法比奥·科尔西诺（Santo Fabio Corsino）|米凯莱·托雷格罗萨（Michele Torregrossa）意大利巴勒莫大学工程学院，科学大道（Vial
朱塞佩·贝林盖利（Giuseppe Beringheli）|马尔科·卡波迪奇（Marco Capodici）|桑托·法比奥·科尔西诺（Santo Fabio Corsino）|米凯莱·托雷格罗萨（Michele Torregrossa）
意大利巴勒莫大学工程学院，科学大道（Viale delle Scienze），8号楼，90128，巴勒莫
摘要
由于微塑料（MPs）在水生生态系统中的广泛存在，其污染已成为一个重大的环境问题。在强降雨期间，合流制污水溢流（CSO）会部分绕过污水处理厂（WWTP），成为微塑料进入水生生态系统的重要途径。因此，本研究旨在评估极端降雨期间CSO对微塑料释放到环境中的潜在影响。为此，在意大利南部的一个市政污水处理厂进行了超过一年的监测。CSO样本中的微塑料浓度几乎是干旱天气收集的原始废水样本的两倍，比未发生CSO的降雨事件中的浓度高出65%。此外，CSO排放的微塑料平均浓度是污水处理厂处理后出水浓度的12倍。研究表明，CSO排放在增加微塑料进入环境方面起着重要作用，尤其是在气候变化导致的极端天气事件预计会增加CSO发生频率的情况下。
引言
微塑料（MPs）污染已成为一个重大的环境问题，因为它们在水生生态系统中的广泛存在[1]。微塑料在水体中的存在会造成卫生和环境风险，因为它们可能被水生生物摄入，从而进入人类食物链。因此，新的欧洲城市污水处理指令已将微塑料列为新兴污染物[2]。
微塑料是尺寸小于5毫米（[3]，更低的尺寸限值为1微米[4]）的微小塑料颗粒。根据来源和类型，微塑料分为初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料是在工业生产中产生的，并用于化妆品和个人护理产品中，或作为服装和其他纺织品的微纤维。次级微塑料是塑料废物在环境中分解产生的碎片[5]。此外，它们也可能来自洗涤合成衣物、轮胎磨损和道路标志退化等活动[6]。
新的欧洲指令[2]规定，成员国应采取预防措施来限制微塑料进入水体的风险。应在某些排放物中进行微塑料监测，包括合流制污水溢流（CSOs）和污水处理厂（WWTPs）的排放物。因此，新指令认识到污水处理厂在减轻微塑料污染方面起着关键作用。文献报道，污水处理厂的微塑料去除效率可达60-99.9%[7] [8]。然而，在CSO事件期间，大量微塑料可能会释放到环境中。
当强降雨超过污水处理厂的设计流量时，就会发生CSO，导致未经处理的废水直接排放到环境中。CSO事件受天气特征的影响，主要是降雨强度和持续时间，这些因素在很大程度上取决于当地条件[9]。由于气候变化，极端降雨事件的发生变得越来越频繁，加上城市化和人口增长，这增加了CSO事件的频率。因此，未经处理的废水排放到水体中的风险也随之增加[10] [11] [12]。这些排放物在微塑料释放方面的影响是一个重大的环境问题，并对公共健康构成严重威胁[13]。一旦微塑料进入水生环境，由于物理、化学和生物因素（包括温度、太阳辐射和细菌）的影响，就会发生分解现象[14]。海洋环境中微塑料的存在可能导致海洋生物体摄取这些颗粒，对生物造成负面影响（例如，物理损害、代谢过程紊乱和细胞毒性）。这些影响具有更广泛的生态后果，特别是在微塑料在食物链中积累的水生环境中[15] [16]。
CSO排放对微塑料进入环境的贡献尚不明确。一般来说，CSO排放物是未经处理的废水和雨水的混合物；大多数新兴污染物的浓度通常低于干旱天气未经处理废水中的浓度。然而，对于微塑料而言，CSO排放物中的浓度可能更高，因为在干旱时期积累在下水道系统中的颗粒在暴风雨期间会被重新悬浮并冲出[17] [18]。此外，CSO事件的持续时间和排放到环境中的雨水量都是可变的。因此，与污水处理厂排放物相比，CSO对微塑料释放的贡献可能是多变的。在这方面，奥伯迈尔（Obermaier）和皮斯托基（Pistocchi）[19]研究了欧盟国家CSO和污水处理厂排放物对环境中的微塑料数量的贡献。这些作者观察到，CSO排放物贡献了进入水生环境的微塑料总量的10-35%，某些情况下甚至超过50%。卡韦茨基（Kawecki）和诺瓦克（Nowack）[20]也发现，CSO排放物中的微塑料占水体中总微塑料和宏观塑料的约80%。然而，尽管有许多相关研究，CSO排放物的作用仍不完全清楚，主要是因为缺乏长期监测。实际上，大多数研究依赖于短期采样或单次事件分析，很少有研究考察过CSO期间微塑料浓度的时间动态。此外，据作者所知，尚未在干旱期后跟随短暂强降雨事件的气候条件下进行过相关研究，这可能会影响微塑料排放的动态和时间变化。现有研究主要集中在不同的气候条件和短期采样活动上。周等人[21]在亚洲季风气候下监测了微塑料，但仅限于夏季。陈等人[22]也在亚洲进行了研究，但仅限于夏季和冬季。孙等人[18]仅在三年的7月至9月季风期间进行了研究。最后，萨蒂等人[23]在意大利科莫（Como）的温带亚大陆湿润气候下进行了研究。所有这些条件都与意大利南部的地中海气候不同，那里的夏季干燥且降雨短暂强烈，导致水文条件独特。
为填补这一知识空白，本研究进行了为期16个月的长期监测活动，以量化不同天气条件下的微塑料浓度。具体而言，评估了微塑料的形态特征和CSO排放的特定贡献，强调了地中海气候特有的强降雨和不稳定降雨如何加剧与CSO相关的排放。虽然以往的研究侧重于个别降雨事件的短期高分辨率测量，但在独特地中海气候下的长期研究提供了更广阔的视角，捕捉到了季节性趋势、多种水文条件下的变化以及当前文献中常被忽略的累积影响。
此外，这是首次应用新的欧洲污水处理厂指令进行微塑料监测，并系统地比较了污水处理厂微塑料排放的两种主要途径：CSO排放和处理后的出水。
部分摘录
研究地点描述
样本是在意大利巴勒莫的市政污水处理厂收集的。该污水处理厂服务于该市大部分高度城市化和工业化的地区，面积约为35平方公里。进厂污水通过合流制污水系统收集。该污水处理厂的处理能力接近44万人当量（PE），平均干旱天气下的废水流量（Qn）约为152,000立方米/天（1.76立方米/秒）。根据污水处理厂的设计运行，CSO会在降雨期间启动
天气条件对原始废水样本中微塑料含量的影响
图2显示了不同天气条件下原始水样本中检测到的微塑料分布情况。
污水处理厂进水中最高的平均微塑料浓度出现在CSO样本中（7950 ± 2100微塑料/升），其次是未发生CSO的降雨事件（4930 ± 1414微塑料/升）和干旱天气（3351 ± 1230微塑料/升）。ANOVA测试显示三种样本类型之间存在显著差异（p = 1.18 × 10??，α = 0.05），效应量较大（ω2 = 0.583），表明58.3%
结论
由于微塑料在水生生态系统中的广泛存在，它们已成为一个重大的环境问题。本研究表明，在强降雨事件期间，从污水处理厂的CSO排放中释放的微塑料浓度非常显著。由于城市径流，暴雨期间废水中的微塑料浓度显著增加。CSO样本中的微塑料浓度几乎是干旱天气的兩倍，比未发生CSO的降雨事件高出约65%。此外，微塑料浓度
CRediT作者贡献声明
桑托·法比奥·科尔西诺（Santo Fabio Corsino）：撰写 – 审稿与编辑，撰写初稿，验证，监督，方法论，数据管理。米凯莱·托雷格罗萨（Michele Torregrossa）：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，概念化。朱塞佩·贝林盖利（Giuseppe Beringheli）：撰写初稿，方法论，调查，形式分析。马尔科·卡波迪奇（Marco Capodici）：撰写 – 审稿与编辑，验证，方法论，数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究由欧盟 - Next Generation EU，Mission 4 Component 2 RETURN项目（CUP B73C22001220006）资助。具体而言，该研究活动属于“关键基础设施的多风险评估”（Spoke TS2-Multi Risk Resilience of Critical Infrastructures）的一部分，WP 3 - 基础设施系统上的自然和气候危害动态映射
