Oczyszczalnia zatrzymuje zanieczyszczenia niesione przez ścieki, lecz nie wszystkie znikają. Nawet 90 proc. obecnego w nich mikroplastiku może ostatecznie trafić do osadów ściekowych. Jeżeli przetworzony osad zostanie wykorzystany jako nawóz lub materiał do rekultywacji, drobiny tworzyw mogą wraz z nim dostać się do gleby.

Jednym ze sposobów przetwarzania mokrych osadów jest karbonizacja hydrotermalna. Materiał ogrzewa się pod ciśnieniem w obecności wody, zwykle do temperatury od 180 do 260 st. C. Powstaje stały, bogaty w węgiel produkt nazywany hydrokarbonizatem, a także woda procesowa i niewielka ilość gazu.

Po takiej obróbce liczba wykrywanych drobin mikroplastiku może wyraźnie zmaleć. Nie wiadomo jednak, czy tworzywo rzeczywiście zostało rozłożone, czy tylko rozpadło się na mniejsze fragmenty, zmieniło budowę albo częściowo przeszło do wody.

Zuzanna Prus-Frączek i jej współpracowniczki z Akademii Górniczo-Hutniczej porównały zachowanie dwóch popularnych tworzyw: politereftalanu etylenu, czyli PET, z którego powstają między innymi butelki, oraz polistyrenu, stosowanego na przykład w opakowaniach i styropianie. Wyniki opublikowały w czasopiśmie naukowym „Energy Reports”. Odpady pocięto na fragmenty nie większe niż pięć milimetrów i przez jedną, dwie lub trzy godziny poddawano działaniu wody o temperaturze 220 st. C.

Eksperyment przeprowadzono bez osadu ściekowego. Pozwoliło to obserwować zmiany pochodzące wyłącznie z tworzyw, bez wpływu innych substancji organicznych i mineralnych. Pozostałości stałe badano między innymi za pomocą mikroskopii elektronowej, spektroskopii w podczerwieni i spektroskopii Ramana. Osobno analizowano wodę, do której mogły przechodzić produkty przemian.

PET okazał się znacznie bardziej podatny na działanie gorącej wody. W jego łańcuchach znajdują się wiązania estrowe, które mogą ulegać hydrolizie, czyli rozpadowi z udziałem wody. Po obróbce powierzchnia materiału stawała się bardziej chropowata, pojawiały się pęknięcia i zagłębienia, a widma wskazywały na wyraźne zmiany jego budowy chemicznej.

Zmniejszyła się też odporność cieplna PET. Początek jego rozkładu, przypadający przed obróbką na około 402 st. C, przesunął się do zakresu 246–284 st. C. Nie oznacza to, że tworzywo całkowicie zniknęło. W pozostałości stałej odzyskano od około 54 do 60 proc. jego początkowej masy, a charakterystyczne sygnały PET nadal były obecne.

Jednocześnie dużo materii organicznej przeszło do wody. Jej duże chemiczne zapotrzebowanie na tlen wskazywało na obecność znacznej ilości rozpuszczonych produktów przemian. Autorzy nie ustalili jeszcze dokładnie, jakie były to związki. Mogły obejmować fragmenty łańcuchów, oligomery i inne substancje zawierające węgiel.

Polistyren zachowywał się inaczej. Jego odporny na hydrolizę szkielet węglowy i pierścienie aromatyczne w dużej mierze przetrwały obróbkę. Na powierzchni również pojawiły się zmiany, ale badania spektroskopowe nie wykazały rozległego rozpadu głównej struktury. Do wody trafiło też znacznie mniej materii organicznej niż w przypadku PET.

Cząstka może więc zniknąć z obserwowanej frakcji stałej, lecz zawarty w niej materiał pozostaje w układzie: jako mniejsze fragmenty, zmieniona pozostałość albo związki rozpuszczone w wodzie. Karbonizacja hydrotermalna nie tyle usuwa mikroplastik, ile go przekształca i rozdziela między produkty procesu. Jeśli technologia zostanie wykorzystana do przetwarzania osadów, oczyszczania będzie wymagał nie tylko produkt stały, lecz także woda procesowa. Szczególnie PET może znacznie zwiększać jej obciążenie substancjami organicznymi.

Kolejnym krokiem powinny być doświadczenia z rzeczywistym osadem ściekowym i identyfikacja produktów przemian. Na razie badanie miało charakter laboratoryjny: objęło dwa tworzywa, jedną temperaturę i czystą wodę. Nie określono też toksyczności ani podatności powstałych związków na biodegradację. (PAP)

Nauka w Polsce

kmp/ agt/