Przegląd metod identyfikacji mikroplastików w ściekach komunalnych

• Autorzy: Ormaniec Paulina , Mikosz Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2022.7-8.7

Warianty tytułu

EN

A review of methods for identification of microplastics in municipal wastewater

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zanieczyszczenie środowiska tworzywami sztucznymi to obecnie jeden z czołowych problemów ochrony środowiska na całym świecie. Ogromnym problemem, do tej pory nie uregulowanym prawnie, jest obecność mikroplastików w ściekach miejskich. Mikroplastiki to drobiny tworzyw sztucznych, które swoją wielkością nie przekraczają 5 mm. W artykule omówiono ogólnie dostępne metody identyfikacji mikroplastików wyizolowanych z próbek pochodzących z oczyszczalni ścieków, uwzględniając podział na metody chemiczne i metody fizyczne. Charakterystykę przedstawionych metod opracowano na podstawie przeglądu źródeł literaturowych. Analiza fizyczna w dużej mierze opiera się na określeniu rozmiaru i liczby oraz na określeniu innych właściwości fizycznych, tj. kolor lub kształt. W tym celu stosuje się mikroskopy, w szczególności mikroskopy optyczne. Ponadto, żeby ocenić, czy obserwowane cząstki są wykonane z tworzywa sztucznego, przeprowadza się test topnienia i test gorącej igły. Chemiczna analiza mikroplastików opiera się na określeniu polimeru z jakiego składa się badany mikroplastik. Wśród powszechnie stosowanych analiz największą popularnością wyróżnia się spektroskopia w podczerwieni z transformacją fourierowską (FTIR), która wykorzystuje trzy metody optymalizujące: spektroskopia osłabionego całkowitego odbicia wewnętrznego (ATR), detektor płaszczyzny ogniskowej (FPA) oraz mikro-FTIR. Niniejsza praca skupia się na przeglądzie aktualnych badań dotyczących identyfikacji i charakteryzacji mikroplastików w oczyszczalniach ścieków. Pomimo, że dotychczasowe badania skupiające się na mikroplastikach niewątpliwie podniosły poziom zrozumienia tego tematu, jasne jest, że nadal wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi, a tym samym kluczowa staje się standaryzacja metod identyfikacji mikroplastików.

EN

Pollution of the environment with plastic waste is currently one of the leading global environmental problems. A huge concern, not yet legally regulated, is the presence of microplastic in municipal wastewater treatment plants. Microplastic is plastic particles that do not exceed 5 mm in size. The article discusses generally available identification methods of microplastic isolated from wastewater treatment plants samples, taking into account the division into chemical and physical methods. The characteristics of the presented methods have been developed based on a review of literature sources. A physical analysis involves the evaluation of size and number or other physical properties such as color and shape. For this purpose, microscopes are used, in particular optical microscopes. In addition, a melt test and a hot needle test are performed to confirm that the observed particles are made of plastic. Chemical analysis of microplastics is based on the determination of polymer composition. Among the commonly used analyzes, the most popular is Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, which uses three optimization methods: Attenuated Total Reflectance (ATR), Focal Plane Array (FPA) and micro-FTIR. This work focuses on a review of current research on the identification and characterization of microplastics in wastewater treatment plants. Although the research focused on microplastics to date has undoubtedly raised the level of understanding of the topic, but it is clear that many questions remain unanswered and thus the standardization of methods for identifying microplastics becomes crucial.

Słowa kluczowe

PL

mikroplastik; oczyszczalnia ścieków; ścieki miejskie; osady ściekowe

EN

microplastic; wastewater treatment plant; municipal wastewater; sewage sludge

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 7/8
• Strony: 54--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ormaniec Paulina

• Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

• https://orcid.org/0000-0003-3434-4517

autor

Mikosz Jerzy

• Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

• https://orcid.org/0000-0002-1464-2675

Bibliografia

• [1] PlasticEurope (2020). Plastics - the Facts 2020. An analysis of European plastics production, demand and waste data, strona internetowa: https://plasticseurope.org/knowledge-hub/plastics-the-facts-2020/ dostęp w dn. 13.05.2022
• [2] GESAMP (2015). Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: a global assessment (IMO/FAO/UNESCOIOC/UNIDO/WMO/IAEA/UN/ UNEP/UNDP Wspólna grupa ekspertów pracująca nad naukowymi aspektami ochrony środowiska morskiego (Kershaw, P. J., ed.), strona internetowa: http://www.gesamp.org/publications/reports-and-studies-no-90, dostęp w dn. 10.05.2020
• [3] Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption
• [4] Duis, K., Coors, A. (2016). Microplastics in the aquatic and terrestrial environment: sources (with a specific focus on personal care products), fate and effects. Environmental Sciences Europe, 28, 2, DOI: 10.1186/s12302-015-0069-y
• [5] Ghosh, P., Patra, R., Patra, P., Das, N.C., Mukherjee, S., Patra, B.C., Behera, B., Bhattacharya, M. (2021). Emerging Threats of Microplastic Contaminant in Freshwater Environment (Shit, P.K., Adhikary, P.P., Sengupta, D., ed.) Spatial Modeling and Assessment of Environmental Contaminants. Environmental Challenges and Solutions. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-63422-3
• [6] Tamis, J.E., Koelmans, A.A., Dröge, R., Kaag N.H.B.M., Keur, M.C., Tromp P.C., Jongbloed, R.H. (2021). Environmental risks of car tire microplastic particles and other road runoff pollutant. Microplastics and Nanoplastics 1(10), DOI: 10.1186/s43591-021-00008-w
• [7] Jiang, Y., Yang, F., Kazmi, S.S.U.H., Zhao, Y., Chen, M., Wang, J. (2022). A review of microplastic pollution in seawater, sediments and organisms of the Chinese coastal and marginal seas. Chemosphere, 286, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131677
• [8] Crawford, C.B., Quinn, B. (2017). Microplastic Pollutants, Elsevier, 2017. DOI: 10.1016/C2015-0-04315-5.
• [9] Wąsowski, J., Bogdanowicz, A. (2020). Mikroplastiki w środowisku wodnym, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• [10] Hamidian, A.H., Ozumchelouei, E. J., Feizi, F., Wu, C., Zhang, Y., Yang, M. (2021). A review on the characteristics of microplastics in wastewater treatment plants: A source for toxic chemicals. Journal of Cleaner Production, 295, DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126480
• [11] Lares, M., pää, M., Sillanpää, M. (2018). Occurrence, Ncibi, M.C., Sillanidentification and removal of microplastic particles and fibers in conventional activated sludge process and advanced MBR technology. Water Research, 133, 236-246, DOI: 10.1016/j.watres.2018.01.049
• [12] Leslie, H.A., Brandsma, S.H., Van Velzen, M.J.M., Vethaak, A.D. (2017). Microplastics en route: Field measurements in the Dutch river delta and Amsterdam canals, wastewater treatment plants, North Sea sediments and biota. Environment International,101, 133-142, DOI: 10.1016/j.envint.2017.01.018
• [13] Liu, Y., Wang, B., Pileggi, V., Chang, S. (2022). Methods to recover and characterize microplastics in wastewater treatment plants. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering 5, DOI: 10.1016/j.cscee.2022.100183
• [14] Lv, X., Dong, Q., Zuo, Z., Liu, Y., Huang, X., Wu, W-M. (2019). Microplastics in a municipal wastewater treatment plant: Fate, dynamic distribution, removal efficiencies, and control strategies. Journal of Cleaner Production, 225, 579-586, DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.03.321
• [15] Zeri, C., Adamopoulou, A., Koi, A., Koutsikos, N., Lytras, E., Dimitriou, E. (2021). Rivers and Wastewater-Treatment Plants as Microplastic Pathways to Eastern Mediterranean Waters: First Records for the Aegean Sea, Greece. Sustainability, 13(10), 5328, DOI: 10.3390/su13105328
• [16] Löder, M.G.J., Imhof, K.H., Ladehoff, M., Löschel, L.A., Lorenz, C., Mintenig, S., Piehl, S., Prompke, S., Schrank, I., Laforsch, C., Gerdts, G. (2017). Enzymatic purification of microplastics in environmental samples. Environmental Science and Technology, 51, 14283-14292, DOI: 10.1021/acs.est.7b03055
• [17] Mintenig, S.M, Int-Veen, I., Löder, M.G.J., Primpke, S., Gerdts, G. (2017). Identification of microplastic in effluents of waste water treatmentplants using focal plane array-based micro-Fourier-transform infrared imaging. Water Research, 108, 365-372, DOI: 10.1016/j.watres.2016.11.015
• [18] Bayo, J., López-Castellanos, J., Olmos, S. (2020). Abatement of microplastic from municipal effluents by two different wastewater treatment Technologies. Water Pollution XV, 15-26, DOI: 10.2495/wp200021
• [19] Alvim, C.B., Mendoza-Roca, J.A., Bes-Pia, A. (2020). Wastewater treatment plant as microplastics release source - Quantification and identification techniques. Journal of Environmental Management, 255, DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.109739
• [20] Urzędniczok, H. (2020). Ocena przydatności metod analizy zanieczyszczenia mikrocząsteczkami plastików pod kątem automatyzacji pomiarów. DOI: 10.13140/RG.2.2.12869.47847
• [21] Estahbanati, S., Fahrenfeld, N.L. (2016). Influence of wastewater treatment plant discharges on microplastic concentrations in surface water. Chemosphere, 162, 277-284, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.07.083
• [22] Maes, T., Jessop, R., Wellner, N., Haupt, K., Mayes A.G. (2017). A rapid-screening approach to detect and quantify microplastics based on fluorescent tagging with Nile Red. Scientific Reports, 7, 44501, DOI: 10.1038/srep44501
• [23] Li, X., Chen, L., Mei, Q., Dong, B., Dai, X., Ding, G., Zeng, E.Y. (2018). Microplastics in sewage sludge from the wastewater treatment plants in China. Water Research, 142, 75-85, DOI: 10.1016/j.watres.2018.05.034
• [24] Fries, E., Dekiff, J.H., Willmeyer, J., Nuelle M-T., Ebert, M., Remy, D. (2013). Identification of polymer types and additives in marine microplastic particles using pyrolysis-GC/MS and scanning electron microscopy. Environmental Science Processes & Impacts, 15, 1949-1956, DOI: 10.1039/c3em00214d
• [25] Ziajahromi, S., Neale, P.A., Rintoul, L., Leusch, F.D.L. (2017). Wastewater treatment plants as a pathway for microplastics: Development of a new approach to sample waste-water-based microplastics. Water Research, 112, 93-99, DOI: 10.1016/j.watres.2017.01.042
• [26] Talvitie, J., Mikola, A., Koistinen, A., Setälä, O. (2017). Solutions to microplastic pollution - Removal of microplastics from wastewater effluent with advanced wastewater treatment technologies. Water Research, 123, 401-407, DOI: 10.1016/j.watres.2017.07.005
• [27] Hu, Y., Gong, M., Wang, J., Bassi, A. (2019). Current research trends on microplastic pollution from wastewater systems: a critical review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 18, 207-230, DOI: 10.1007/s11157-019-09498-w
• [28] Quinn, B., Murphy, F., Ewins, C. (2017). Validation of density separation for the rapid recovery of microplastics from sediment. Analytical Methods, 9, 1491-1498., DOI: 10.1039/C6AY02542K
• [29] Tagg, A. S., Sapp, M., Harrison, J.P., Ojeda, J.J. (2015). Identification and Quantification of Microplastics in Wastewater Using Focal Plane Array-Based Reflectance Micro-FT-IR Imaging. American Chemical Society, 87, 6032-6040, DOI: 10.1021/acs.analchem.5b00495
• [30] Elert, A.M., Becker, R., Duemichen, E., Eisentraut, P., Falkenhagen, J., Strum, H., Braun, U. (2017). Comparison of different methods for MP detection: What can we learn from them, and why asking the right question before measurements matters? Environmental Pollution, 231, 1256-1264, DOI: 10.1016/j.envpol.2017.08.074
• [31] Sobhani, Z., Amin, M.A., Naidu, R., Megharaj, M., Fang, C. (2019). Identification and visualisation of microplastics by Raman mapping. Analytica Chimica Acta, 1077, 191-199, DOI: 10.1016/j.aca.2019.05.021
• [32] Majewsky, M., Bitter, H., Eiche, E., Horn, H. (2016). Determination of microplastic polyethylene (PE) and polypropylene (PP) in environmental samples using thermal analysis (TGA-DSC). Science of The Total Environment, 568, 507-511, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.06.017
• [33] Goedecke, C., Dittmann, D., Eisentraut, P., Wiesner, Y., Schartel, B., Klack, P., Braun, U. (2020). Evaluation of thermoanalytical methods equipped with evolved gas analysis for the detection of microplastic in environmental samples. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 152, DOI: 10.1016/j.jaap.2020.104961.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)