Rückhalt von Mikroplastik in Kläranlagen

Rückhalt von Mikroplastik in Kläranlagen

Wie viele Chemikalien gibt es? https://www.cas.org/news/media-releases/100-millionth-substance 20.08.2017 : 131 Millionen 2

Mikroplastik 3

Mikroplastik Labuan Bajo (Flores Island).Photograph by Getty Images 4

Spurenstoffe 5

Das Institut für Wasserchemie 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 6

Kommunikation von Risiken 7

Mikroplastik 8

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 9

Das Problem Albatross at Midway Atoll Refuge Photo taken by Chris Jordan http://www.huffingtonpost.com/dr-reesehalter/have-some-fish-withyour_b_5597726.html 5-13 Millionen Tonnen Plastikmüll werden pro Jahr in die Weltmeere eingebracht Zersetzung dauert Jahrhunderte 10

Mikroplastik aus Textilien? Produktion von > 55 Millionen Tonnen Polyesterfasern jährlich Gewichtsverlust von 5 20 % durch Tragen und Waschen (sekundäres Mikroplastik) PET Emission von 100 1900 Fasern pro Waschgang Abschätzung des UBA: 80 bis 400 Tonnen Mikropartikeln aus Textilien pro Jahr in Deutschland 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. Miklos, D.; Obermaier, N.; Jekel, M. Mikroplastik : Entwicklung eines Umweltbewertungs- konzepts; 2016. 11

Mikroplastik aus Textilien? However, we have based the estimates on several assumptions and data of poor quality (2014). 12

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? 13

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 14

Rückhalt in der Kläranlage? Physikalische Verfahren Siebung, Abscheidung, Sedimentation, (Sand-)Filtration, Flotation, Adsorption, Strippung, Biologische Verfahren Aerob und anaerob Chemische Verfahren Flockung, Fällung, Neutralisation, Erweiterte Oxidation Desinfektion https://tu-dresden.de/bu/umwelt/hydro/isi/sww/ressourcen/bilder/abwasserbehandlung/bilder/papierfabrik_ka_schoenfeld/@@images/a6966fe6-4fad-47e4-92f1-6a56aa300f22.jpeg 15

Rückhalt in der Kläranlage? Physikalische Verfahren Siebung, Abscheidung, Sedimentation, (Sand-)Filtration, Flotation, Adsorption, Strippung, Biologische Verfahren Aerob und anaerob Chemische Verfahren Flockung, Fällung, Neutralisation, Erweiterte Oxidation Desinfektion Gujer, W., Siedlungswasserwirtschaft, 3. Aufl.; Springer: Berlin, (2007), S. 296 299 16

Rückhalt in der Kläranlage? Gujer, W., Siedlungswasserwirtschaft, 3. Aufl.; Springer: Berlin, (2007), S. 296 299 17

Rückhalt in der Kläranlage? (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. Studien an schwedischen, 5 finnischen, 6,7 niederländischen, 8 irischen, 9 russischen, 10 amerikanischen 11,12 und deutschen 13 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 % wären bis zu 20 Tonnen 18

Rückhalt in der Kläranlage? So ergibt es sich, dass in einigen Studien: nicht zwischen faserartigen und sphärischen Partikeln differenziert wurde 8,9,14 im Kläranlagenzulauf mehr Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden 10,16, im Kläranlagenzulauf weniger Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden 6 Fasern besser als sphärische Partikel zurückgehalten wurden 12,14 Fasern schlechter als sphärische Partikel zurückgehalten wurden 6,10 das erste Absetzbecken als wichtigste Stufe zur Entfernung von Mikropartikeln identifiziert wurde 6,10,12 die Abschlussfiltration in der Kläranlage keinen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß hatte 8,11,12 die Abschlussfiltration in der Kläranlage einen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß hatte 13 19

Rückhalt in der Kläranlage? So ergibt es sich, dass in einigen Studien: nicht zwischen faserartigen und sphärischen Partikeln differenziert wurde 8,9,14 im Kläranlagenzulauf mehr Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden 10,16, im Kläranlagenzulauf weniger Fasern als sphärische Partikel gefunden wurden 6 Fasern besser als sphärische Partikel zurückgehalten wurden 12,14 Fasern schlechter als sphärische Partikel zurückgehalten wurden 6,10 das erste Absetzbecken als wichtigste Stufe zur Entfernung von Mikropartikeln identifiziert wurde 6,10,12 die Abschlussfiltration in der Kläranlage keinen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß hatte 8,11,12 die Abschlussfiltration in der Kläranlage einen Einfluss auf den Mikropartikelausstoß hatte 13 20

Lösungsansätze Reduktion der Komplexität: Fokus auf PET Fluoreszenz-markierte Partikel Fluoreszenz-Mikroskopische- Bestimmung Foto: Hochschule Niederrhein Foto: Hochschule Niederrhein 21

Lösungsansätze Reduktion der Komplexität: Größenfraktionierte Trennung 5 µm - 2 mm Foto: Hochschule Niederrhein Foto: Hochschule Niederrhein Foto: Hochschule Niederrhein 22

Lösungsansätze Reduktion der Komplexität: Rückhalt im Labormaßstab (Stufen 1-4) Bestimmung von Bestimmungsgrenzen Größenabhängigkeit? Abhängig vom Finish? Stoffstromanalysen Abschätzung der Emission (Wasser/Boden) 23

Lösungsansätze Erhöhung der Komplexität: Übertragbarkeit in die (Pilot-)Kläranlage (?) Analytik gut genug (?) Behördliche Genehmigung (?) Kläranlage Dresden-Kaditz https://tudresden.de/bu/umwelt/hydro/isi/sww/ressourcen/bilder/abwasserbe handlung/bilder/papierfabrik_ka_schoenfeld/@@images/a6966fe6-4fad-47e4-92f1-6a56aa300f22.jpeg Foto: Hochschule Niederrhein 24

M. Sc. Marianna Lykaki mariannalykaki@gmail.com Dr. Ya-Qi Zhang yaqi.zhang@tu-dresden.de Dr. Marta Markiewicz marta.markiewicz@tu-dresden.de 25