Rückhalt von Mikroplastik in...
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Rückhalt von Mikroplastik in Kläranlagen
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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
4S. Stolte
Labuan Bajo (Flores Island).Photograph by Getty Images
Mikroplastik
5S. Stolte
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 [email protected]
M. Sc. Marianna [email protected]
Dr. Marta [email protected]
