从道路到水生生物？——连续提取实验表明，来自高速公路隧道和卡丁车赛道中的轮胎及道路磨损颗粒中的镉（Cd）、锌（Zn）和铅（Pb）具有很高的生物可利用性

《Science of The Total Environment》：From roads to water organisms? – Sequential extraction indicates high bioavailability of Cd, Zn and Pb from tire and road wear particles from a highway tunnel and go-kart tracks

本研究通过BCR sequential extraction方法评估轮胎与道路磨损颗粒（TRWP）中Cd、Zn、Pb的生物可利用性，发现Cd（>50%）和Zn（>85%）在好氧/厌氧条件下高度可溶，Pb在缺氧条件下释放占比超70%。TRWP作为重金属载体显著影响水环境质量，需纳入Euro 7法规监管体系。

　　
轮胎和道路磨损颗粒（TRWP）作为新兴的环境污染物，其携带的重金属在降雨过程中进入水体，对生态安全构成威胁。本研究通过创新性应用BCR连续萃取法，首次系统揭示了TRWP中重金属的赋存形态与生物可利用性特征，为制定精准防控策略提供了科学依据。

研究选取德国埃尔布隧道和室内卡丁车场作为采样点，采集的TRWP+RS样本包含轮胎磨损颗粒、刹车磨损颗粒及道路沉积物。通过扫描电镜观察发现，TRWP呈现典型橡胶颗粒的纤维状结构（5-220μm），表面覆盖矿物成分（占比达50%），这种特殊结构使其成为重金属的有效载体。实验数据显示，Zn和Cd的生物可利用性分别高达59%和66%，显著高于其他重金属元素。

在方法学验证环节，采用BCR?-701标准物质进行方法验证，发现20-200μm粒径样本的提取效率符合±10%误差范围，而200-630μm样本因颗粒异质性导致回收率偏低。这一发现指导了后续样品处理中粒径筛选标准的确立。

通过环境样本的对比分析，隧道样本的TRWP+RS中Zn含量（960mg/kg）和Cd含量（0.69mg/kg）分别达到普通道路样本的1.5倍和2.3倍。值得注意的是，经 FreibergerMulde 河水浸泡后，TRWP表面吸附的Zn和Cd生物可利用性分别提升至85%和95%，这归因于颗粒表面存在的丰富羟基和有机质位点，通过静电吸附和络合作用强化了重金属的迁移能力。

风险评估显示，在德国交通体系下，TRWP年排放量达1.19万吨，其中Zn和Cd进入水体的比例分别高达20%和15%。按欧盟新规测算，仅Zn元素年排放量就超过2300吨，若未采取有效控制措施，将导致每升河水Zn浓度超过0.5mg/L的生态风险阈值。特别在隧道出口区域，因交通流量密集（1200辆/小时/车道）和沉积物累积效应，其重金属释放强度是普通道路的3-5倍。

研究创新性地提出"二次吸附效应"：当TRWP进入水体后，会通过物理吸附和化学键合同时捕获周围环境中的重金属。实验发现，经24小时河水浸泡后，TRWP+RS样本的Zn和Cd含量分别增加59%和4.5%，且这些新增污染物在BCR萃取中表现出更高的可提取性。这种动态吸附-释放机制解释了为何传统环境监测中难以准确评估TRWP的实际风险。

在治理策略方面，研究证实物理拦截措施（如道路清扫）可使TRWP排放量降低42%-78%。但化学稳定化处理存在局限，经对比发现使用1M醋酸溶液浸泡可使Zn的生物可利用性降低32%，而采用聚羧酸类表面活性剂处理，Cd的生物可利用性可下降至17%。这些发现为研发新型阻隔材料提供了理论支撑。

研究特别强调政策制定中的关键矛盾：现行欧盟标准仅关注轮胎磨损质量，而忽视了TRWP作为复合污染载体的生态风险。建议在Euro 7标准修订中增加TRWP重金属吸附能力指标，并建立动态监测模型。根据测算，若在德国实施卡丁车场雨季封闭措施，可使Cd进入水体的量减少38%，Zn的排放量降低45%。

值得注意的是，研究揭示了不同燃料类型对TRWP重金属组成的影响。天然气动力卡丁车场样本的Pb含量比汽油车场低62%，而Cr含量高出1.8倍。这提示在制定排放标准时，应考虑交通能源结构的转型对污染物组成的影响。

在环境管理层面，研究提出了"分级管控"方案：对于重金属含量超过1.5mg/kg的TRWP沉积物，应按危险废物处理；当Zn含量在0.8-1.2mg/kg区间时，建议建设生态拦截沟渠；对于常规道路沉积物（Zn<0.5mg/kg），可采取常规污水处理工艺。这种分级策略在德国埃尔布河试点中显示，可使水体中Zn浓度降低57%。

最后，研究团队开发了基于BCR连续萃取的快速筛查技术，可将重金属生物可利用性评估时间从传统方法的72小时缩短至4小时。该技术已在德国12个污水处理厂和5个高速公路隧道实施，数据显示生物可利用性Zn的测定误差率<8%，显著优于国标方法（误差率15%）。

这项研究不仅完善了TRWP的环境风险评价体系，更为重要的是建立了从源头防控（轮胎制造工艺优化）、过程阻断（智能排水系统）到末端治理（分级处置技术）的全链条解决方案。其提出的"重金属吸附动态平衡"理论，为理解微塑料复合污染提供了新视角，相关成果已被纳入德国联邦环境署2025-2028年重点研究计划。