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              海洋微塑料污染現狀及調查研究解決方案

              • 海洋微塑料污染現狀
              從1907年貝克蘭發明酚醛樹脂開始,人類使用塑料已有百余年的歷史。塑料給人類生活帶來了極大便利,但由于其難以分解處理也產生了嚴重的環境問題。不僅陸地上大量的廢棄塑料污染山川河流,海洋同樣是塑料污染的重災區。專家研究估計,每年約有八百萬噸的塑料廢物從陸地進入海洋,嚴重威脅海洋生態系統。這些塑料垃圾會分解成無數的微塑料顆粒。 有一項研究揭示了英國曼徹斯特的一條河流中記錄到的微型塑料污染水平,并顯示在短短一年內,該地區河流中有數十億粒子被淹入海中。相信絕大多數有人類活動的河流最終都會將數以百萬噸計的塑料廢棄物排入海中。
               
              1. 年,英國科學家在《SCIENCE》雜志上發表了關于海洋水體和沉積物中塑料碎片的論文,首次提出微塑料的概念。此后,許多科研人員都投入到微塑料的研究中,并發表了許多重要的成果,使得微塑料污染引起全球的重視。2014年,首屆聯合國環境大會上,海洋塑料垃圾污染被列為 “十大緊迫環境問題之一”,并對微塑料進行特別關注。2015年召開的第二屆聯合國環境大會上,微塑料污染被列入環境與生態科學研究領域的第二大科學問題,成為與全球氣候變化、臭氧耗竭等并列的重大全球環境問題,由此也可見微塑料污染之嚴重。
              目前學術界對微塑料還沒準確的定義,但通常認為粒徑小于5毫米的塑料纖維、顆粒或者薄膜即為微塑料,實際上很多微塑料可達微米乃至納米級,肉眼是不可見的,因此也被形象地比作海洋中的“PM2.5”。 微塑料通常存在于表層海水、海床、沉積物和海灘,甚至出現在最偏遠的極地冰川和深海沉積物中。日本東京農工大學教授高田秀重等人研究發現東京灣沉積物中的微塑料濃度遠高于海水。目前除南北太平洋、北大西洋、印度洋等大洋沿海大量分布外,南極和北極都發現微塑料的蹤跡。科學雜志《地球的未來》上曾刊登文章,研究發現每立方米的北極海冰中含有多達240個微塑料顆粒。可以說,微塑料已經遍布了整個海洋系統。
               
              • 微塑料的危害
              微塑料本身可能會釋放有毒有害物質,對海洋環境造成直接危害。微塑料表面也容易吸附海洋中的重金屬、持久性有機污染物,如農藥、阻燃劑、多氯聯苯等,隨洋流運動對生態環境產生化學危害。 微塑料容易被海洋生物吞噬,在海洋生物體內蓄積,危害海洋生物安全。科學研究已經證實,海洋中的微塑料污染對海洋生物的生長、發育、躲避天敵和繁殖的能力皆有不同程度的影響。此外,微塑料作為載體,可能攜帶外來物種及潛在病原菌危害海洋生態系統的穩定。
              微塑料通常通過攝入或呼吸而嵌入動物組織中。經研究表明各種環狀動物物種,例如沉積飼養蚯蚓(Arenicola marina)的胃腸道中含有微塑料。許多甲殼類動物,如岸蟹Carcinus maenas已被發現其呼吸道和消化道中含有微塑料。不僅魚和自由生物有機體可以攝取微塑料。在實驗室條件下,已證實作為主要珊瑚礁建造者的石珊瑚珊瑚也能攝取微塑料。
              由于魚是人類近五分之一的蛋白質的主要來源。由魚和甲殼類攝入的微塑料可以隨后被人類消耗,作為食物鏈的終點。在紐約州立大學進行的一項研究中,對18種魚類進行了采樣,所有物種在其系統中都顯示出一定程度的塑料。許多研究人員已經發現這些纖維在水中與金屬,多氯聯苯和其他有毒污染物發生化學結合的證據。微彈性金屬復合物可以通過食物鏈進入人體。
               
              • 海洋微塑料的調查與研究方法
              1. 海洋微塑料的采樣方法
                1. 海水表層微塑料采樣: 分布于海洋中的微塑料很大一部分是浮動于表層海水的浮動微塑料,對于這些微塑料,通常采用漂浮拖網可獲得最佳的采樣效果。
              NQS-45系列Manta 漂浮拖網是由美國Oceaninstruments公司生產的表層海水微塑料專業采樣網。標準尺寸為60和70 CM。剛性框架及浮力板結構確保網體一直浮于水體表面,最深入水15CM。平準翼板設計,加上非平衡的支架控制結構確保其穩定拖曳,不會受到船體的行進流及航跡的影響。采樣網孔徑可根據需求定制。
               
              產品配置:
              l  ?一個輕質鋁框架
              l  ?兩塊浮力板
              l  ?一個不銹鋼網衣固定帶
              l  ?一個剛性框架
              l  ?兩個緊固卸扣
               
              1. 海水懸浮微塑料采樣: 除去漂浮在海水表面的微塑料,有一部分微塑料也懸浮于海水中。因此采集不同海洋深度的微塑料樣品變得尤為重要。
              2. 大體積過濾采樣系統是由美國Mclane公司生產的一款單次大體積、高容量采樣器。它可以采集水體中的懸浮顆粒(微塑料)和溶解性顆粒物。該采樣器采用直徑為142mm過濾膜雙層并行過濾,每層都是獨立的。采集目標包括微塑料,微量金屬微粒,浮游植物和其他的懸浮顆粒。該設備最高可連續過濾45000L水體。
              3. 大體積過濾采樣系統主體采用不銹鋼以及鈦合金制成,最大可承受5500米的壓力。WTS-LV的采樣流量是根據用戶設定的總體積,流速和采樣時間等值來調節的。采樣開始時間可以設定或者倒計時延遲開始。通過搭載CTD以及其他傳感器可獲得精確的采樣深度以及采樣環境參數。
               
              技術參數:
              l  工作深度: 0~5000m
              l  濾水速度:2~50L/min
              l  濾水容量:1500~45000L
              l  數據通訊:RS232
              l  供電電池: 30Ahr 電池組
              l  操作溫度: 0°~ 35°C
              l  重量:50kg
              l  尺寸:64*36*68cm(長寬高)
               
              技術特點:
              l  超大濾水容量(最高可達45000L)
              l  超強耐壓能力(最大可承受5500米水壓)
              l  多樣品采集(微塑料,浮游生物,痕量金屬等等)
              l  采樣速度可調(減少對樣品的損傷)
               
               
              1. 海水中可沉降微塑料采樣: 部分形成微塑料的聚合物密度大于海水,這部分微塑料在進入海洋中之后會向海底沉降,對于這部分微塑料,我們通常采用沉積物捕獲器來進行采樣。
              Time-Series Sediment Trap 是美國Mclane ReasearchLaboratories ,Inc 公司專門為收集海洋和湖泊中的沉淀微粒(微塑料)而設計的一款時間序列的沉積物捕獲器。該儀器可以在水下采樣數天到數周或長達一年半。型號為PARFLUX Mark 78H-21 沉積物捕獲器擁有21 個采樣瓶子,PARFLUX Mark 78HW-13 沉積物捕獲器擁有13 個采樣瓶。
              為了最有效防止水樣遭受污染,錐體的內層和采樣瓶是專門用天然聚乙烯材料制造。每次采樣前后,每個樣品均是瓶密封的,外部的水根本無法進入瓶內。Mark 78H 的構架是堅硬、沒有污染性、持久耐磨的鈦金屬焊件。Mark 78H 沉積物捕獲器是專門為深海采樣設計的,布防一臺儀器的工作只需兩個人即可完成。該儀器不僅可以單機布放而且還能多臺排列一起下放至1 萬米水深處進行采樣,在儀器上可以選加如羅盤/傾斜、壓力和溫度傳感器(提供儀器在水下運行的一些信息如:位置傾斜、壓力參數和溫度等信息)。
              用戶友好的操作軟件具有很強的程序靈活性,儀器通過串行數據電纜與電腦連接。布放前后,用戶通過軟件可以方便的設置儀器的工作模式或下載采樣數據。在采樣期間,沉積物捕獲器的固件將記錄儀器的一些狀況等信息,包括樣品收集的日期/時間、每次工作前后電子部件自檢的結果、電池電壓和溫度、壓力、傾斜等信息。
              技術參數:
              l  尺寸:高164cm;直接91cm
              l  重量:70kg;水中35kg
              l  孔徑:80cm
              l  孔面積:0.5平方米
              l  蜂窩個數:368
              l  蜂窩直徑:2.5cm
              l  樣品瓶個數:13或21
              l  樣品瓶容量:500ml
              l  電機驅動:步進電機齒輪傳動
              l  電池組:14 節 'C' 大小堿性電池
              l  構架材料:鈦合金, Ti-45A/G-2
              l  連續工作最長時間:18個月
              l  工作深度:標準7000米(10000米可選)
               
              1. 微塑料研究方法
              海洋中微塑料的平均粒徑一般小于5毫米,大部分甚至只有微米或納米大小。由于肉眼很難觀察微塑料的形態,通常我們使用顯微鏡來觀察微塑料,進行計數以及形態學的研究。但是使用顯微鏡研究非常耗時費力,并且計數等結果的人工誤差大。
              • 流式影像儀是美國Fluid Imaging公司生產的,采用先進的流體分析、顯微成像、熒光監測、智能數據分析技術,實現水體中浮游植物的自動識別及分類、計數功能。通常FlowCam用來進行浮游生物研究,可以對任何水體進行實驗室或現場分析。對于微塑料,FlowCam可進行快速自動計數以及濃度計算,而且能自動化地在線顯示、存儲流動液體中的微塑料的清晰數字圖像,提供粒徑分布、形態特征等一系列研究參數。
              在高水準的流體分析和監測中,能直觀地看到顆粒的形態,比僅做“顆粒計數”要重要的多。FlowCam不僅能捕捉流體中浮游動物/植物等其它顆粒的彩色數字圖像,同時也記錄每個顆粒的ESD、ABD、長度、寬度、長寬比和(或)熒光特性以及同性顆粒的數量和濃度等40多個形態學的數字特征信息。當用戶建起有效的數據庫之后,FlowCam可以實現對微塑料的自動計數、粒徑分布、形態學分析等功能。
               
              主要特性:
              ·  高速成像;實時顯示/存儲高分辨率、全彩色的數字圖像, 每分鐘可以捕獲上萬個粒子圖像
              ·  自動對焦功能:儀器可以實現自動對焦,獲取質量更高的圖片數據
              ·  智能化的VisualSpreadsheet 分析軟件;自動化計數和分類,有專利權的散點圖特性,即刻顯示框中區域內的所有顆粒物圖像和特征數據,對其進行分析
              ·  每個顆粒物有42個不同的測量參數值;包括有效直徑、長度、寬度、縱橫比、色度等
              ·  廣闊的適應性,采用不同放大倍數的顯微物鏡(4X,10X,20X),可以分析更多粒子(3μm~600μm),例如浮游植物、浮游動物以及其它粒子(微塑料等)
              ·  工作者自己建立物種圖譜庫;并利用建好的圖譜庫對新樣品進行自動分類和計數。實現對樣品的定性與定量分析
              ·  自動清洗功能;減少樣品測定中的交叉污染問題
              FlowCam相關顆粒物研究圖片
               
              檢測結果報告
              Visual Spreadsheet軟件可輸出Excel報告,包含:顆粒物個數;顆粒物濃度;按形態分類結果;粒徑分布;形態學參數(面積,縱橫比,ABD直徑,ESD直徑,長度,生物體積,面積(填充),Circle Fit,圓度,圓度(Hu),緊密度,凸面周長,凸率,延伸率,纖維卷曲度,纖維平直度,短程線縱橫比,短程線長度,短程線厚度,周長,粗糙度,對稱度等等)。
               

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