Rückhalt von Mikroplastik in

Kläranlagen

2S. Stolte

https://www.cas.org/news/media-releases/100-millionth-substance

20.08.2017 : 131 Millionen

Wie viele Chemikalien gibt es?

3S. Stolte

Mikroplastik

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Labuan Bajo (Flores Island).Photograph by Getty Images

Mikroplastik

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Spurenstoffe

6S. Stolte

Unsere Themen

Eigenschaften, Vorkommen und (Umwelt-)Verhalten von Chemikalien

vorrausschauenden Bewertung und Vermeidung von potenziellen neuen Schadstoffen (“Benign by design” Ansatz)

Aufbau, Betrieb und Weiterentwicklung von Versuchsanlagen zur erweiterten Oxidation und der elektrochemischen Behandlung

Kommunikation von Risiken

Das Institut für Wasserchemie

7S. Stolte

Kommunikation von Risiken

8S. Stolte

Mikroplastik

9S. Stolte

Quellen: Mikroplastik

• Mikroplastik sind Plastik-Partikel, die fünf Millimeter und kleiner sind

• Kleine Plastikpartikel in Peelings, Zahnpasta, Lippenstifte,… (primäres Mikroplastik)

•Zerkleinerung größerer Plastikstücke (sekundäres Mikroplastik)

Mikroplastikpartikel (Foto: 5Gyres / Oregon State University

10S. Stolte

Albatross at Midway Atoll Refuge Photo taken by Chris Jordan

http://www.huffingtonpost.com/dr-reese-halter/have-some-fish-with-your_b_5597726.html

• 5-13 Millionen TonnenPlastikmüll werden pro Jahr in die Weltmeere eingebracht

• Zersetzung dauert Jahrhunderte

Das Problem

11S. Stolte

• Produktion von > 55 Millionen Tonnen Polyesterfasern jährlich

• Gewichtsverlust von 5 – 20 % durch Tragen und Waschen(sekundäres Mikroplastik)

• Emission von 100 – 1900 Fasernpro Waschgang

• Abschätzung des UBA:80 bis 400 Tonnen Mikropartikeln aus Textilien pro Jahr in Deutschland

Mikroplastik aus Textilien?

Miklos, D.; Obermaier, N.; Jekel, M. Mikroplastik : Entwicklung eines Umweltbewertungs- konzepts; 2016.

Browne, M. A.; Crump, P.; Niven, S. J.; Teuten, E. L.; Tonkin, A.; Galloway, T.; Thompson, R. C. Accumulations of microplastic on shorelines worldwide: sources and sinks. Environ. Sci. Technol. 2011, 9175–9179.

PET

12S. Stolte

Mikroplastik aus Textilien?

“However, we have based the estimates on several assumptions and data of poor quality (2014).”

13S. Stolte

Plastik in der Umwelt – Quellen, Senken, Lösungsansätze

Mikroplastik textilen Ursprungs – Eine ganzheitliche Betrachtung:Optimierte Verfahren und Materialien, Stoffströme und Umweltverhalten

Quelle: Wie hoch ist die Emission aus Textilien?

Senke: Wo bleibt das textile Mikroplastik?

Lösungsansätze:Wie kann man die Emission reduzieren?

14S. Stolte

Eintragspfade / Quellen

2016: 1,1 Millionen

Tonnen

Klärschlamm

(Trockenmasse);

65% thermisch und

34% stofflich

verwertet UBA: Empfehlungen zur

Reduzierung

von Mikroverunreinigungen

in den Gewässern / Februar 2018

15S. Stolte

Rückhalt in der Kläranlage?

Siebung, Abscheidung, Sedimentation, (Sand-)Filtration, Flotation, Adsorption,Strippung,

Physikalische Verfahren

Biologische Verfahren

Aerob und anaerob

Chemische Verfahren

Flockung,Fällung,Neutralisation,Erweiterte OxidationDesinfektion

https://tu-dresden.de/bu/umwelt/hydro/isi/sww/ressourcen/bilder/abwasserbehandlung/bilder/papierfabrik_ka_schoenfeld/@@images/a6966fe6-4fad-47e4-

92f1-6a56aa300f22.jpeg

16S. Stolte

Rückhalt in der Kläranlage?

Siebung, Abscheidung, Sedimentation, (Sand-)Filtration, Flotation, Adsorption,Strippung,

Physikalische Verfahren

Biologische Verfahren

Aerob und anaerob

Chemische Verfahren

Flockung,Fällung,Neutralisation,Erweiterte OxidationDesinfektion

Gujer, W., Siedlungswasserwirtschaft, 3. Aufl.; Springer: Berlin, (2007), S. 296–299

17S. Stolte

Rückhalt in der Kläranlage?

Gujer, W., Siedlungswasserwirtschaft, 3. Aufl.; Springer: Berlin, (2007), S. 296–299

18S. Stolte

Rückhalt in der Kläranlage?

Studien an schwedischen,5 finnischen,6,7 niederländischen,8 irischen,9

russischen,10 amerikanischen11,12 und deutschen13 Kläranlagen zeigen, dass zwischen 65 und 99 % der Mikroplastikpartikel zurückgehalten werden, wobei die überwiegende Zahl der Untersuchungen einen Rückhalt von > 95 % festgestellt haben.5–7,9

(5) Magnusson, K.; Norén, F.; Swedish, I. V. L. Screening of microplastic particles in and down-stream a wastewater treatment plant. 2014, 1–22.

(6) Talvitie, J.; Heinonen, M.; Pääkkönen, J. P.; Vahtera, E.; Mikola, A.; Setälä, O.; Vahala, R. Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic Sea. Water Sci. Technol. 2015, 72, 1495–1504.

(7) Talvitie, J.; Mikola, A.; Setälä, O.; Heinonen, M.; Koistinen, A. How well is microlitter purified from wastewater? A detailed study on the stepwise removal of microlitter in a tertiary level wastewater treatment plant. Water Res. 2017, 109, 164–172.

(8) Leslie, H. A.; van Velzen, M. J. M.; Vethaak, A. D. Microplastic Survey of the Dutch Environment; 2013; Vol. 476.

(9) Murphy, F.; Ewins, C.; Carbonnier, F.; Quinn, B. Wastewater Treatment Works (WwTW) as a Source of Microplastics in the Aquatic Environment. Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 5800–5808.

(10) Talvitie, J.; Heinonen, M. Preliminary study on synthetic microfibers and particles at a municipal waste water treatment plant. Balt. Mar. Environ. Prot. Comm. HELCOM 2014, 14 p.

(11) Mason, S. A.; Garneau, D.; Sutton, R.; Chu, Y.; Ehmann, K.; Barnes, J.; Fink, P.; Papazissimos, D.; Rogers, D. L. Microplastic pollution is widely detected in US municipal wastewater treatment plant effluent. Environ. Pollut. 2016, 218, 1045–1054.

(12) Carr, S. A.; Liu, J.; Tesoro, A. G. Transport and fate of microplastic particles in wastewater treatment plants. Water Res. 2016, 91, 174–182.

(13) Mintenig, S. M.; Int-Veen, I.; L??der, M. G. J.; Primpke, S.; Gerdts, G. Identification of microplastic in effluents of waste water treatment plants using focal plane array-based micro-Fourier-transform infrared imaging. Water Res.2017, 108, 365–372.

5 % wären bis zu 20 Tonnen

19S. Stolte

So ergibt es sich, dass in einigen Studien:

nicht zwischen faserartigen und sphärischen Partikeln differenziert wurde8,9,14

im Kläranlagenzulauf mehr Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden10,16,

im Kläranlagenzulauf weniger Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden6

Fasern besser als sphärische Partikel zurückgehalten wurden12,14

Fasern schlechter als sphärische Partikel zurückgehalten wurden6,10

das erste Absetzbecken als wichtigste Stufe zur Entfernung von Mikropartikeln

identifiziert wurde6,10,12

die Abschlussfiltration in der Kläranlage keinen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß

hatte8,11,12

die Abschlussfiltration in der Kläranlage einen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß

hatte13

Rückhalt in der Kläranlage?

20S. Stolte

So ergibt es sich, dass in einigen Studien:

nicht zwischen faserartigen und sphärischen Partikeln differenziert wurde8,9,14

im Kläranlagenzulauf mehr Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden10,16,

im Kläranlagenzulauf weniger Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden6

Fasern besser als sphärische Partikel zurückgehalten wurden12,14

Fasern schlechter als sphärische Partikel zurückgehalten wurden6,10

das erste Absetzbecken als wichtigste Stufe zur Entfernung von Mikropartikeln

identifiziert wurde6,10,12

die Abschlussfiltration in der Kläranlage keinen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß

hatte8,11,12

die Abschlussfiltration in der Kläranlage einen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß

hatte13

Rückhalt in der Kläranlage?

21S. Stolte

Lösungsansätze

Reduktion der Komplexität:

• Fokus auf PET

• Fluoreszenz-markierte Partikel

• Fluoreszenz-Mikroskopische-Bestimmung

Foto: Hochschule Niederrhein Foto: Hochschule Niederrhein

22S. Stolte

Lösungsansätze

Reduktion der Komplexität:

• Größenfraktionierte Trennung

Foto: Hochschule Niederrhein

5 µm - 2 mm

Foto: Hochschule Niederrhein Foto: Hochschule Niederrhein

23S. Stolte

Lösungsansätze

Reduktion der Komplexität:

• Rückhalt im Labormaßstab (Stufen 1-4)• Bestimmung von Bestimmungsgrenzen

Größenabhängigkeit?

Abhängig vom Finish?

Stoffstromanalysen

Abschätzung der Emission(Wasser/Boden)

24S. Stolte

Lösungsansätze

Erhöhung der Komplexität:

• Übertragbarkeit in die (Pilot-)Kläranlage (?)• Analytik gut genug (?)• Behördliche Genehmigung (?)

Foto: Hochschule Niederrhein

https://tu-

dresden.de/bu/umwelt/hydro/isi/sww/ressourcen/bilder/abwasserbe

handlung/bilder/papierfabrik_ka_schoenfeld/@@images/a6966fe6-

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Kläranlage Dresden-Kaditz

25S. Stolte

Dr. Ya-Qi Zhangyaqi.zhang@tu-dresden.de

M. Sc. Marianna Lykakimariannalykaki@gmail.com

Dr. Marta Markiewiczmarta.markiewicz@tu-dresden.de