纤维状海洋微塑料静水沉降实验研究

近年来海洋微塑料污染治理受到了学者们的广泛关注.海洋微塑料的种类包括纤维、碎片、薄膜和颗粒,其中纤维状微塑料在水体中含量最高.然而纤维状微塑料的沉降形态和沉降速度目前研究还存在不足,已有的一些半经验沉降速度公式需要更多的实验数据进行验证.对不同密度、直径和长径比的聚酰胺和聚酯纤维状微塑料进行了室内静水沉降实验,利用高精度颗粒沉降观测系统对微塑料颗粒沉降过程进行直接测量,并统计了纤维状微塑料颗粒的沉降速度和沉降形态.实验结果表明,当纤维状微塑料的长径比固定时,微塑料颗粒的无量纲沉降速度随无量纲颗粒等效粒径的增大而增大.根据实验测量值和公式计算值的比较,当纤维状微塑料的长径比L/d≤6.0 时,Khatmullina-Isachenko 公式的计算结果较为准确,各组次平均相对误差小于 23.61%;而当长径比L/d>6.0时,Waldschl?ger-Schüttrumpf 公式的计算结果较为准确,各组次平均相对误差小于 20.18%.此外,实验中 85.51%的纤维状微塑料的沉降状态是沿着长轴方向的,纤维状微塑料在下沉过程中有旋转形成最大阻力形态的趋势.实验所采用的纤维状微塑料为理想材料,实际海洋中的微塑料颗粒可能因长期光照老化导致表面粗糙度和比表面积增大,应用公式时应注意这些因素对沉降速度造成的影响.本文为微塑料沉降速度的公式选择提供了参考,并为海洋微塑料治理提供了科学依据.