摘要
近年来，微塑料污染受到的广泛关注。但是，作为海洋初级微塑料来源贡献第二的轮胎微塑料的研究却很少。本研究通过探究轮胎微塑料的理化性质和细菌附着以及对重金属镉离子(Cd2+)的吸附特性，来探讨其在环境中的潜在风险、控制策略以及潜在环境应用意义，旨在为后续微塑料的相关研究提供理论支持和技术应用支撑。主要研究结论如下: (1)本研究采用多种分析方法对轮胎微塑料的理化性质进行表征发现轮胎微塑料通常具有细长、圆形或不规则的形状，极易聚集成团状或条状;表面粗糙，有不规则的裂痕，且分布有少量孔隙;粒径在0-150μm之间，比表面积较小，表面疏水;碳、硫、锌、铝元素含量较高，碳、氮同位素接近自然丰度没有富集，燃尽后剩余灰分约为35％-40％，表面有C=C、C-H、O-H、O=C=O、S=O等官能团，在pH4-pH10时带负电，且pH越大越稳定。 (2)采用16S rDNA高通量测序技术，采用三种不同的品牌和粒径的轮胎微塑料，放置于两种典型的城市水环境中，包括人工湿地(CW)的进水池和景观河(LR)，在三个不同的时期，即1个月、3个月和6个月，分别对轮胎微塑料上的微生物群落进行了表征和分析。结果表明，随着时间的推移，轮胎微塑料上细菌定殖的丰度会增加。Proteobacteria、Bacteroidetes虽然表现出动态变化，但在门水平上仍然占据优势。在属水平上，轮胎微塑料中可识别的细菌通常是废水排放中常见的细菌，如Aquabacterium和Denitratisoma。此外，α-多样性表明在同一地点的细菌群落中没有显著差异。β-多样性表明，两个地点的轮胎微塑料上的细菌群落存在差异。BugBase功能预测发现，轮胎微塑料可以作为城市水环境中的致病细菌的载体。PICRUSt功能预测表明，与代谢和降解相关的细菌丰度随着时间的推移而增加。另外，环境因素是影响轮胎微塑料上细菌群落的主要因素。其中，营养盐，包括亚硝酸盐(NO2-N)，硝酸盐(NO3-N)，铵盐(NH4-N)以及化学需氧量(CODcr)的贡献率约为63％，环境物理因子T和pH的贡献率为50％。而物理化学因素，包括粒径、接触角、元素含量等对其影响较小。 (3)通过多种表征方法分析不同改性的轮胎微塑料的理化性质差异，比较物理冷热循环、化学酸碱以及微生物改性对镉吸附的影响。发现改性后的轮胎微塑料表面粗糙程度增加，并产生大量裂痕和碎屑，粒径大小和比表面积发生改变，但化学组分相差不大。几种方式改性均会对镉离子在轮胎微塑料上的吸附产生影响，硝酸改性显著降低了吸附量，其余改性方式得到的轮胎微塑料对重金属镉(Cd2+)的吸附量均高于未改性的轮胎微塑料，其中，5mol/L NaOH改性样品的吸附量最高，为90.28mg/kg，物理冷热循环的改性微塑料吸附量次之，为87.61mg/kg。未改性、物理冷热循环以及5mol/L NaOH改性微塑料上重金属镉(Cd2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型。0-8h快速吸附，吸附率为70％-80％，随后吸附平缓，到24h后逐渐达到平衡，饱和时的吸附量分别为114.46mg/kg，122.29mg/kg，134.34mg/kg，并且吸附过程复杂，以化学吸附为主。重金属镉(Cd2+)在不同改性轮胎微塑料上的等温吸附线符合Freundlich模型，为非均质的多层吸附，静电引力和表面络合作用是主要吸附作用。 (4)轮胎微塑料的粒径小，质量轻，表面疏水，可以随风流或水流在环境中迁移，而携带着重金属、有机污染物或有害微生物的轮胎微塑料，则成为不同环境中污染物和微生物迁移与传播的载体，有危害当地环境条件的潜在风险，也有被生物误食后危害生物生存的潜在风险，同时也有可能随着食物链和食物网的积累，最终成为人类健康的风险因素。为减少轮胎微塑料的环境风险，可分别从源头、回收利用方法以及末端处置方法等方面开展有效控制手段。释放到环境中的轮胎微塑料也有潜在的环境应用意义。通过比较物理冷热循环改性、5mol/L NaOH改性以及微生物18个月改性轮胎微塑料的成本和未改性的轮胎微塑料对重金属镉(Cd2+)的吸附提升率的比较发现，微生物改性轮胎微塑料的方法工艺简单，不需要人力成本，并且可以提升吸附率，可以作为一种去除水环境中重金属的吸附剂，可以广泛应用，有利于废旧轮胎的回收资源化利用。
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