前言

近年來，微塑膠（Microplastics, MPs）污染已成為全球關注的環境議題。由於其體積小、難以分解，微塑膠廣泛存在於水體、土壤甚至空氣中，對生態系統和人類健康構成潛在威脅。傳統的污水處理系統在去除微塑膠方面效果有限，因此，更先進的薄膜生物反應器（Membrane Bioreactor, MBR）技術逐漸受到重視。然而，微塑膠的存在也可能對MBR的運行產生不利影響，特別是造成薄膜污染，進而降低污水處理效率。本篇報導將深入探討PVC（聚氯乙烯）微塑膠對MBR薄膜污染行為的影響，旨在為提升污水處理效率提供更深入的理解。

MBR技術在污水處理中的應用與挑戰

MBR是一種結合了生物處理和膜分離技術的污水處理工藝。相較於傳統的活性污泥法，MBR具有佔地面積小、出水水質好、污泥產量低等優點。在微塑膠去除方面，MBR也展現出較高的效率。一項研究顯示，MBR對灰水的微塑膠去除率可達90%以上，出水中的微塑膠濃度可降低至0.02 MP L-1。

然而，MBR技術也面臨著薄膜污染的挑戰。薄膜污染是指污染物在膜表面沉積，導致膜孔堵塞，進而降低膜的通量和分離效率。微塑膠作為一種新型污染物，其對MBR薄膜污染的影響機制尚不明確。

PVC微塑膠對MBR薄膜污染的影響

近期一項發表在《Scientific Reports》期刊上的研究，深入探討了PVC微塑膠對MBR薄膜污染行為的影響。該研究通過向模擬城市污水中添加PVC微塑膠，並在實驗室規模的MBR系統中進行處理，評估了PVC微塑膠對化學需氧量（COD）去除率和薄膜污染的影響。

研究結果顯示，在穩態條件下，添加PVC微塑膠的MBR系統（MPs-MBR）的COD去除率為92.48%±5.62%，略高於未添加PVC微塑膠的MBR系統（MBR）的84.76%±4.27%。然而，PVC微塑膠的存在顯著影響了污泥的性質和薄膜污染行為。

1. 污泥性質的改變

研究發現，MPs-MBR系統中，污泥餅層的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）和可溶性微生物產物（Soluble Microbial Products, SMP）含量分別降低了約16%和35%。EPS和SMP是污泥的重要組成部分，它們在薄膜表面沉積，形成生物膜，是造成薄膜污染的主要因素之一。PVC微塑膠的存在可能干擾了微生物的代謝活動，從而減少了EPS和SMP的產生。

2. 薄膜污染的加劇

儘管EPS和SMP含量降低，但研究發現，MPs-MBR系統的平均滲透通量（Permeate flux）較MBR系統提高了48%。這表明PVC微塑膠的存在可能改變了薄膜污染的類型和程度。有研究指出，不同粒徑的微塑膠對MBR的生物污染影響不同。較小尺寸的微塑膠更容易進入膜孔，造成不可逆的污染，縮短膜的使用壽命。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察也證實，即使經過清洗，仍有0.25微米左右的微塑膠殘留在膜的孔隙結構中。

3. 微生物群落的影響

另有研究表明，微塑膠的積累會影響MBR中微生物群落的結構和功能。例如，聚丙烯（PP）微塑膠的存在可能會抑制微生物的生長，促進SMP和EPS的分泌，降低微生物的多樣性。在高濃度下，PP微塑膠反而可能減輕薄膜污染，並改變微生物群落的組成。

灰水處理中微塑膠的去除效率

一項針對灰水處理的研究，分析了MBR進水和出水中微塑膠的污染情況。結果顯示，進水中主要的聚合物類型包括聚丙烯（PP）、聚丙二醇（PPG）、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物（SEBS）、聚乙二醇（PEG）、聚乙烯（PE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯（PS）、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）和聚醚砜（PES）。出水中則主要有PP、SEBS、PE、ABS、PES和PVC。

進水中PP含量最高，範圍為47至72 MP m-3，平均佔微塑膠總量的37%，其次是PPG（7–18 MP m-3）和SEBS（8–12 MP m-3）。出水中PP仍然是主要聚合物，濃度範圍為3至4 MP m-3，佔微塑膠總量的23%，其次是PE（2 MP m-3）和ABS（1–2 MP m-3）。

結論與展望

總體而言，微塑膠對MBR系統的影響是複雜且多方面的。PVC微塑膠的存在可能改變污泥的性質，影響薄膜污染的類型和程度，甚至干擾微生物群落的結構和功能。雖然一些研究表明MBR在去除微塑膠方面具有較高的效率，但微塑膠對MBR長期運行的影響仍需進一步研究。未來的研究方向可以包括：

深入探討微塑膠對MBR微生物群落的影響機制：了解微塑膠如何影響微生物的代謝活動、群落結構和功能，以及這些變化如何反過來影響污水處理效率和薄膜污染。

研究不同類型和尺寸的微塑膠對MBR的影響：

不同類型和尺寸的微塑膠可能具有不同的物理化學性質，對MBR的影響也可能不同。

開發更有效的薄膜清洗和預處理技術：

針對微塑膠造成的薄膜污染，開發更有效的清洗方法和預處理技術，以延長膜的使用壽命，降低運行成本。

評估MBR處理後的微塑膠的環境風險：

了解MBR處理後的微塑膠的形態、組成和毒性，評估其對環境和人類健康的潛在風險。

通過更深入的研究和技術創新，我們可以更好地應對微塑膠污染帶來的挑戰，提升污水處理效率，保護水資源和生態環境。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: December 1, 2025