Pomorska Platforma Komunikacji Społecznej

Tabela 2. Gęstość powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych

Mikrogranule mają różne rozmiary; jako materiał do peelingu stosowane są te o rozmiarach w zakresie od 0,2 to 0,4 mm,  podczas gdy w pastach do zębów wykorzystuje się 100 krotnie mniejsze cząstki o rozmiarach od  2 do 5 µm.

Mikroplastiki charakteryzują się różna gęstością w zależności od chemicznego składu oraz sposobu ich otrzymywania [13]. Tworzywa sztuczne (włączając mikrogranulaty w kosmetykach) mogą mieć gęstość od 0,9 do 2,10 g/cm³ (Tabela 2; dla porównania gęstość wody w 25°C wynosi 1 g/cm³). Ponadto gęstość makro- i mikro- plastików jest zależna od pozostałych dodawanych do tworzyw sztucznych składników (dodatki poprawiające właściwości użytkowe, wypełniacze, środki zapobiegające palności, czyli antypireny itp.). Różna gęstość mikrocząstek oznacza, że jedne będą pływały po powierzchni wody, podczas gdy inne unosiły się w toni lub opadały i gromadziły na dnie wraz z osadami. W celu zilustrowania jak wiele mikrocząstek, włączając te z tworzyw sztucznych, jest przez nas codziennie spłukiwanych do ścieków miejskich, przeanalizujmy mikrocząstki znajdujące się w porcji pasty do zębów [14,15]. Około 100 mg białych I niebieskich mikrocząstek można znaleźć  w 5.4 g pasty, co stanowi 1,8% jej masy. Niebieskie i białe mikrocząstki różnią się gęstością i mogą być łatwo rozdzielone w wodzie. Niebieskie fragmenty to polietylen, o gęstości mniejszej od wody, więc po wprowadzeniu do ścieków będą wypływały na powierzchnię. Z kolei białe mikrocząstki mają większą gęstość od wody, więc będą osiadały na dnie. Białe fragmenty to mika, które nie należy do tworzyw sztucznych. Na podstawie tego przykładu możemy również zorientować się, jak trudno jest zidentyfikować MP bez wiedzy chemicznej oraz zaawansowanych metod analitycznych. Bez analizy chemicznej ilość cząstek określanych wizualnie jako mikroplastiki nawet do 70% jest błędnie rozpoznana [16,17].

Jednym z nielicznych krajów, które opublikowały dane dotyczące ilości syntetycznych mikrocząstek zrzucanych przez mieszkańców do miejskich ścieków była Szwecja. W latach 2010-2016 roczny ładunek mikroplastików pochodzących ze zużytych środków higieny osobistej, czy też jako włókna syntetyczne z prania garderoby oraz z kurzu, oszacowano na 250-2000 ton. Główna część tego ładunku została zatrzymana w oczyszczalniach ścieków wraz z osadami, natomiast 4-30 ton rocznie była wprowadzana do środowiska wodnego. Wiele zatrzymanych w oczyszczalni cząstek było większych niż 300 μm, podczas gdy losy tych o mniejszych rozmiarach nie zostały dobrze rozpoznane. Dotyczy to głównie bardzo małych cząstek mniejszych od 20 μm.[18]

 3.    Efektywność usuwania mikroplastików w miejskich oczyszczalniach ścieków

Ścieki dopływające do miejskich oczyszczalni ścieków to mieszanina w 70% składająca się ze ścieków z domostw, szpitali, przedszkoli, sklepów czy szkół (tzw. ścieki socjalno-bytowe) oraz do 30% ze ścieków przemysłowych i burzowych.

Wiele miejscowości  jest wyposażonych w kanalizację ogólnospławną, podczas gdy inne mają system kanalizacji rozdzielczej. System ogólnospławny to taki, który doprowadza ścieki socjalno-bytowe, przemysłowe i burzowe do oczyszczalni jednym systemem kanalizacyjnym. Jeżeli ścieki burzowe są odprowadzane oddzielnym systemem do odbiornika bez oczyszczenia, a miejskie i przemysłowe ścieki innym systemem kanalizacyjnym doprowadzane są do oczyszczalni ścieków, to taki system nazywamy rozdzielczym. Typ systemu kanalizacyjnego zbierającego ścieki ze zlewni ma ogromny wpływ na ilość i jakość mikroplastików znajdujących się w ściekach surowych, jak i przedostających się do odbiornika ścieków oczyszczonych. 

Zaawansowana technologia mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków powszechnie stosowana w miejskich instalacjach jest kombinacją fizycznych, biologicznych i chemicznych procesów, w celu uzyskania efektywnego usunięcia organicznych i biogennych[3] zanieczyszczeń. Mechaniczne oczyszczanie ścieków jest pierwszym stopniem oczyszczania i ma na celu usuwanie zanieczyszczeń stałych i zawieszonych w ściekach. Na tym etapie wykorzystuje się takie obiekty jak kraty, piaskowniki, zbiorniki z pompami i systemami napowietrzania. Usuwane są tu tzw. skratki[4], piasek[5], zawiesiny oraz substancje oleiste i tłuszcze. Biologiczne oczyszczanie ścieków wykorzystuje się do usuwania zanieczyszczeń pozostałych po pierwszym etapie oczyszczania[6]. W metodach tych mikroorganizmy takie jak bakterie, pierwotniaki i inne zorganizowane w tzw. osad czynny usuwają zanieczyszczenia. Mikroorganizmy mineralizują materię organiczną rozpuszczoną w wodzie oraz usuwają związki azotu i fosforu, a tlen niezbędny mikroorganizmom do mineralizacji materii organicznej (metabolizm) jest dostarczany poprzez napowietrzanie. Metoda osadu czynnego poprzedzona etapem mechanicznego oczyszczania jest powszechnie wykorzystywana do skutecznego oczyszczania miejskich ścieków.

Rysunek 1. Mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków z etapem doczyszczania

Badania dotyczące usuwania mikroplastików w Miejskiej Oczyszczalni Ścieków w Petersburgu w Rosji [10] wykazały, że stężenie syntetycznych mikrocząstek zmalało podczas oczyszczania i ostatecznie osiągnięto bardzo wysoką efektywność wynoszącą > 95%. Oczyszczalnia ta składała się z mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków z zaawansowanym usuwaniem związków azotu i fosforu. Autorzy badań zaobserwowali wysokie stężenie syntetycznych mikrowłókien, jak i mikrogranulek w ściekach surowych. Pomimo efektywnego usuwania mikroplastików pewna ilość mikrocząstek pozostała w oczyszczonych ściekach i wraz z nimi została wprowadzona do środowiska wodnego. Równie wysoką efektywność usuwania MP w miejskich oczyszczalniach ścieków zaobserwowano w Paryżu [8]. Tutaj również stężenie syntetycznych mikrowłókien w ściekach surowych (260–320 × 10³ cząstek na m³) było wysokie. Z kolei badania w Stanie Nowy Jork wykazały obecność MP w ściekach oczyszczonych zrzucanych do środowiska w dwudziestu pięciu oczyszczalniach spośród trzydziestu sześciu badanych [20].

Carr [10] przebadał 189 tysięcy litrów oczyszczonych ścieków pobranych z ośmiu oczyszczalni zlokalizowanych w południowej Kalifornii. Efektywność usuwania MP kształtowała się w nich na poziomie 95-99%. W pierwszym etapie mechanicznego oczyszczania ścieków skuteczność wynosiła 78%, podczas gdy w drugim, biologicznym etapie oczyszczania dodatkowo usuwano 20% pozostałych MP [7]. Ponadto stwierdzono, że MP w znacznej ilości zostają zatrzymane w osadach i innych usuwanych podczas oczyszczania ścieków odpadach zbieranych w procesie flotacji[7] i sedymentacji[8] [10].

Przykładem skuteczności usuwania mikroplastików w małej oczyszczalni ścieków przyjmującej ładunek 14 000 RLM[9] jest miejska oczyszczalnia ścieków na zachodnim wybrzeżu Szwecji. W odpływie z tej oczyszczalni znaleziono 15 000 sztuk MP na m³ o rozmiarach większych niż 300 μm (3 200 000 sztuk MP na godzinę). 99% syntetycznych mikrocząstek zostało zatrzymanych w osadach ściekowych, a ilość ich w odpływie z oczyszczalni wynosiła 1 770 sztuk MP na godzinę. Kształt cząstek miał wpływ na skuteczność ich usuwania. Mikrowłókna były zatrzymywane w większym stopniu niż mikroplastiki o innym kształcie. 1,1 – 1,8 sztuk MP/m³ znajdowało się w ściekach oczyszczonych, podczas gdy w najbliższym zbiorniku wodnym, który był traktowany jako tło ich ilość wynosiła 0,45 sztuk MP/m³. Wyższe stężenie syntetycznych mikrocząstek znaleziono w wodach powierzchniowych u wylotu z oczyszczalni ścieków i 200 m poniżej ich zrzutu [19].

Z kolei przykładem wpływu na środowisko oczyszczalni ścieków o dużej przepustowości[10] jest instalacja w Glasgow zlokalizowana w pobliżu rzeki Clyde. Przepustowość tej oczyszczalni wynosiła 260 954 m³ na dobę, a RLM 650 000. Technologia oczyszczania składała się z dwóch etapów mechanicznego i biologicznego. Analizowano poszczególne etapy oczyszczania pod kątem usuwania mikroplastików, w celu ustalenia ich efektywności. W piaskownikach, osadnikach i na etapie biologicznym usunięto odpowiednio 42, 20 oraz 30% MP, a całkowita efektywność ich usuwania wynosiła 98%. Mikroplastiki w ilości 79 sztuk znaleziono w 10 g tłuszczów, które zostały usunięte w piaskowniku napowietrzanym. W ściekach oczyszczonych ilość MP kształtowała się na poziomie 0,25 sztuk MP/l. Pomimo tak dużej skuteczności usuwania tych mikrozanieczyszczeń, ze względu na wysoką przepustowość 65 milionów sztuk MP dziennie była zrzucana ze ściekami oczyszczonymi do rzeki Clyde.

Przedstawione badania pokazały, że mimo wysokiej skuteczności usuwania MP w miejskich oczyszczalniach ścieków w wielu krajach wykorzystujących mechaniczny i biologiczny etap oczyszczania, zrzucanie dużej ilości oczyszczonych ścieków zawierających nawet niewielkie ilości MP w m³, może spowodować wprowadzenie znacznej ilości MP do środowiska wodnego [13].

Jednak zdaniem wielu autorów ścieki oczyszczone nie są znaczącym źródłem MP w środowisku wodnym, pomimo to stężenie tych zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych wciąż niepokojąco wzrasta.

 4.   Losy mikroplastków w poszczególnych etapach oczyszczania

W wodach powierzchniowych oraz oczyszczalniach ścieków, zachowanie MP będzie ulegać zmianie w zależności od ich agregacji, aglomeracji, czy rozpraszania pod wpływem różnych czynników, w tym innych składników ścieków takich jak tłuszcze, osady, naturalna materia organiczna, mikroorganizmy czy zawiesina.

Syntetyczny mikrogranulat w środowisku wodnym może kumulować na swojej powierzchni toksyczne zanieczyszczenia pochodzenia antropogenicznego[11] [22]: polichlorowane związki organiczne (pestycydy, rozpuszczalniki organiczne), farmaceutyki i inne zanieczyszczenia. Koncentracja tych zanieczyszczeń w wodach i ściekach jest bardzo mała (jak jeden na miliard[12]) [23; 24], ale po adsorpcji na powierzchni MP są one zatężone, stanowiąc znacznie poważniejsze zagrożenie dla organizmów wodnych.

Ponadto oddziaływanie MP z materią organiczną ma istotny wpływ na to, gdzie w końcowym efekcie pozostaną one w toni wodnej (Rys. 2). MP o małej gęstości, niepoddawane np. silnemu falowaniu lub mieszaniu, będą pływały na powierzchni wody, podczas gdy te o większej gęstości od wody opadną na dno. Gęstość MP może ulegać zmianie poprzez agregacje z innymi mikrocząstkami Iub zawiesiną, powodując wzrost rozmiaru i gęstości syntetycznych mikrocząstek. W związku z tym MP o małej gęstości mogą po pewnym czasie znajdować się zarówno w wodzie jak i w osadach. Zmiana gęstości MP może być także związana z osadzaniem się na ich powierzchni, a następnie wzrostem różnych mikroorganizmów. W konsekwencji mikroplastiki, które początkowo pływały na powierzchni wody po zanieczyszczeniu mikroorganizmami toną.

Rysunek 2. Zmiany gęstości i usytuowanie w toni wodnej mikroplastików podczas mechaniczno-biologicznego oczyszczania

  

Badano również zachowanie MP w wodzie zaszczepionej mikroorganizmami. Do badań wykorzystano niebieskie mikrogranulki wyizolowane ze środków higieny osobistej. Początkowo w każdej z przygotowanych probówek, mikrogranulki pływały na powierzchni wody. Po 48 godzinach mieszania mikrocząstki nadal pozostawały na powierzchni wody w probówkach wcześniej autoklawowanych[13], podczas gdy w tych bez przeprowadzenie dezynfekcji zmieniły one swoje położenie. Znaczna część MP zanurzyła się w toni wodnej lub opadła na dno. Powodem takiego zachowania był wzrost ich gęstości w wyniku pokrycia powierzchni mikrogranulek biofilmem.

MP o rozmiarach 10-300 µm mogą być efektywnie usuwane podczas filtracji ścieków w trzecim etapie oczyszczania. Badania dotyczące filtracji na filtrze piaskowym całego zakresu rozmiarowego MP w ściekach oczyszczonych wykazały skuteczne ich zatrzymywanie. Ponadto więcej niż 95% tych tworzyw sztucznych zostało odzyskane podczas płukania zwrotnego kolumny z filtrem. W niektórych oczyszczalniach ścieków np. w Nürnberg wprowadzono już jako ostatni etap oczyszczania filtr piaskowy mający za zadanie zatrzymanie mikroplastików.

Jak omówiono powyżej w procesach oczyszczania ścieków duże fragmenty mikroplastikow z pewnością mogą być skutecznie usuwane zwłaszcza na etapie mechanicznego oczyszczania, pomimo że wykorzystywane obecnie technologie nie były projektowane z myślą o ich usuwaniu. Wynika to z faktu, że znaczna część mikrogranulatów z tworzyw sztucznych w produktach do pielęgnacji ciała ma rozmiary zbliżone do 450 μm. Jednak inne produkty np. jak już wspomniano pasta do zębów, może zawierać cząstki o mniejszych rozmiarach. Duńskie badania pokazują, że mikrogranulki w pastach do zębów zazwyczaj są mniejszych niż 10 μm, a średnio ich wielkość kształtuje się między 2 a 5 μm [25]. Tak małe plastikowe mikrocząstki mogą przepływać przez oczyszczalnie ścieków bez zatrzymania na jakimkolwiek etapie w tym również nie będą one zatrzymywane podczas usuwania osadów.

Warto zauważyć, że nie wszystkie ścieki są zbierane rozdzielczymi systemami kanalizacyjnymi i mogą być oczyszczane w obiektach o wystarczającej wydajności hydraulicznej i sprawnie działającym, trzecim i drugim stopniem oczyszczania. Podczas obfitych opadów deszczu mogą wystąpić przelania, skutkujące odprowadzaniem z instalacji oczyszczania do odbiornika nieoczyszczonych lub umiarkowanie oczyszczonych ścieków. W takiej sytuacji ładunek rzucanych do środowiska mikroplastików jest znacznie wyższy. Oszacowano, że w Szwecji w 2006 r. zrzucono nadmiar nieoczyszczonych ścieków w ilości 0,6% całkowitej objętości ścieków zebranych w systemie kanalizacyjnym i 1,53% całkowitej objętości ścieków dopływających do oczyszczalni ścieków.

 

 5.    Podsumowanie

Jak dotąd nie opracowano technologii oczyszczania ścieków, które byłyby zaprojektowane pod kątem skutecznego usuwania MP. W obecnie eksploatowanych oczyszczalniach ścieków usuwanie MP zachodzi ze skutecznością 96% w Rosji, 99,9% w Szwecji, podczas gdy w amerykańskich oczyszczalniach badania wykazały zrzut minimalnego ładunku mikroplastików do środowiska wraz z oczyszczonymi ściekami. Znaczna ilość MP w tych oczyszczalniach zatrzymywana jest w osadach ściekowych. Wymagana jest kontynuacja badań, w celu określenia dalszych losów MP zgromadzonych w tej frakcji. Jeśli chodzi o ilość i jakość MP w kanalizacji ogólnospławnej i burzowej, obecnie nie ma dostępnych danych na ten temat. Z kolei badania surowych ścieków, prowadzone są jedynie w celu oszacowania stopnia usuwania MP w oczyszczalniach ścieków.

Korzystnym zjawiskiem związanym z publikowaniem raportów i badań o obecności MP w ściekach surowych, skuteczności usuwania MP w oczyszczalniach ścieków, obecności i rozprzestrzenianiu się ich w wodach powierzchniowych jest wzrost świadomości społeczeństw o zagrożeniu z ich strony. Świadome grupy społeczne w niektórych krajach już wywierają znaczny nacisk na firmy kosmetyczne jak i rządy, aby uregulować prawnie stosowanie syntetycznych mikrocząstek w kosmetykach i/lub zakazać ich stosowania w środkach higieny osobistej

Podsumowując, obecnie eksploatowane oczyszczalnie nie są przeznaczone do usuwania MP ze ścieków, jednakże odprowadzanie ścieków z tych instalacji po oczyszczaniu wstępnym i biologicznym w minimalnym stopniu przyczyniają się do obciążeń ładunkiem MP oceanów i wód powierzchniowych. Nawet jeśli skuteczne technologie oczyszczania ścieków z MP okażą się dostępne, potencjalny koszt i czas niezbędny do modernizacji obecnych istniejących instalacji przy użyciu nowych technologii prawdopodobnie będzie ekonomicznie nieopłacalny. Rezygnacja ze stosowania syntetycznych mikroplastików w produktach do pielęgnacji ciała jest bardziej skutecznym i ekonomicznym podejściem rozwiązania tego problemu. Z tego względu należy unikać wprowadzania syntetycznych mikrocząstek już w trakcie produkcji.

---

[1] Sposób pozbycia się mikroorganizmów, czyli wyjałowienie

[2] wypływanie na powierzchnię wody