Avskiljning av mikroplaster i fyra olika avloppsverk med olika teknik har genomförts med goda resultat. Membranfiltrering var framgångsrikast. Grupperingar i olika partikelstorleksklasser har genomförts.
Av: Jörgen Haneus
Konventionell avloppsrening ger en god reduktion av tillförda mikroplaster men restmängderna är fortfarande avsevärda. För att uppnå ökad avskiljning har fyra metoder testats vid olika avloppsverk i Finland: Aktivt slam plus (pilot)membranfilter, UF, som separationssteg. De övriga verken har aktivt slam plus skivfilter(pilot) med 10-20 µm öppning, sandfilter eller flotation respektive.
Effekten på olika plastpartikelstorlekar har ingått i undersökningen. 13 olika polymersorter identifierades.
Mer än 90 % separation av mikroplaster kunde avskiljas med alla prövade metoder; något osäkrare med skivfiltret. Membranfiltret avskilde 99,9% ; från 7 till 0,005 enheter mikroplast/L (MP/L).
Bakgrund
Mikroplaster (MP) definieras som plastpartiklar <5 mm. De kan sorteras in under primära MP, som avsiktligen tillverkas i liten storlek, som till exempel plastkulor till peelings och andra kosmetikaprodukter eller industriella skrubbermaterial för rengöring. Sekundära MP bildas vid fragmentering och slitage av större plastpartiklar. Dessa kan vara textilier, målarfärg eller däck. Plastadditiv användes också vid tillverkning av flamskyddsmedel.
Både primära och sekundära MP:s återfinns i miljön och har ofta egenskapen att kunna adsorbera persistenta organiska föreningar och tungmetaller från omgivningen.
MP:s separeras i god utsträckning vid avloppsverk; ofta i det mekaniska steget och hamnar då i slambehandlingen.
Projektets syfte här var att finna effektiviteten för olika teknik i avloppsverkens slutsteg att avskilja mikroplaster från effluenterna.
Försök
Skivfilterseparation av MP undersöktes vid Viikinmäki avloppsverk i Helsingfors. Det består av en konventionell aktivslamprocess följd av ett nitrifierande biofilter. Pilotskivfiltret bestod av två skivor, vardera med 24 filterpaneler. Vattnet strömmade infrån och ut och separationen skede genom fysisk avskiljning i filteryta och i påbyggd slamkaka. Vid hög nivå i filtret backspolades med 8 bars tryck. Skivfiltret kan effektiviseras med koagulanter; här doserades 2 mg Fe/L och 1 mg/L katjonisk polymer. Filterytan var 5,8 m2 och porstorlekarna 10 och 20 µm provades. Flödet var 20 m3/h och uppehållstiden 4 min.
Sandfiltret gick som fullskaleenhet i Kakolanmäkiverket, Åboregionen. Verket har konventionell aktivslammetod och efterföljande filter har 1 m grus, 3-5 mm, och 0,5 m kvartssand, 0,1-0,5 mm.
Löst-luft-flotation (Dissolved Air Flotation, DAF) undersöktes i Paroinens avloppsverk i Hämeenlinna, södra Finland. Aktivslamverk med polyaluminiumdosering (PAX, 40 mg/L) före flotationssteget.
Membranbioreaktorn provades som pilotsteg vid Kenkäveronniemis verk i Mikkeli som har mekanisk rening, aktivslamsteg med sedimentering och hygienisering med perättiksyrelösning. Membranfiltret sänktes ner i en filterkammare efter den mekaniska reningen. Filtret bestod av 20 plana skivor om totalt 8 m2 och med nominell porstorlek (UF) om 0,4 µm, Den hydrauliska uppehållstiden varierade mellan 20 och 100 timmar och flödet mellan 40 till 90 L/h.
Provtagning gjordes mellan april 2014 och augusti 2015 och tre replikat togs; före och efter passage av resp separationsenhet. Fraktionering gjordes direkt med siktar till 20-100 µm, 100-300 µm och >300 µm.
Avloppsvattnet undersöktes också m a p konventionella parametrar och innehöll låga halter som väntat i slutet av verksbehandlingen. Undantaget det mekaniskt behandlade vattnet före membranfiltret.
Beträffande mikroplaster skedde undersökning med stereomikroskop och kopplad HD kamera. Alla textilfibrer och partiklar som misstänktes vara av plast räknades och klassifierades som fragment, flak, filmer eller sfärer och färgen dokumenterades. Partiklar med cellstruktur och mjukt löst material (organiskt) uteslöts.
Kemisk sammansättning analyserades med FTIR spektroskopi efter förbehandling (sköljning i destillerat vatten plus torkning) och fotografering.
Som referens analyserades ett dricksvattenprov från tappkran på samma sätt som övriga prover.
Resultat
Alla provade slutsteg avskiljde > 95 % av mikroplaster >20 µm. Membranbioreaktorn separerade från 6,9 till 0,005 MP/L och blev den effektivaste separatorn för mikroplasterna. Endast två enheter återfanns; syntetiska textilfibrer. Det opererande avloppsverket utan membran gav 0,2 MP/L.
Sandfiltret minskade antalet från 0,7 till 0,02 MP/L. Flotationsenheten från 2,0 till 0,1 MP/L.
Skivfiltret med 10 µm minskade antalet från 0,5 till 0,3 MP/L och med 20 µm porer från 2,0 till 0,03 MP/L.
Tappvattenreferensen visade inget innehåll av mikroplaster.
Alla storleksfraktioner kunde avskiljas. I såväl inkommande som utgående vatten för enheterna var fraktionen 20-100 µm den MP-rikaste.
Alla partikelformer kunde också hanteras. Fibrer var den vanligaste formen; 40-80 % av inkommande och 30-100 % av utgående MP:s.
13 olika polymerer kunde identifieras. Polyester vanligast, ca 60 % (mest textilfibrer), följt av polyetylen, 14 %. Antalet olika polymerer minskade efter behandling.
Andelarna primära till sekundära mikroplaster var från aktivslamheterna ca 19/81 % och i utgående vatten 9/91 %. De primära utgjordes främst av plastkulor från kosmetiska produkter.
Slutsatser
Membranfiltret avskiljde mikroplaster bäst; 99,9 % och gav den lägsta halten i utgående vatten. Sandfiltret avskiljde 97 %, flotationen 95 % och skivfiltren 40-98,5 %.
Provtagning av vatten med låga halter mikroplaster, såsom behandlat avloppsvatten, kräver stora vattenmängder för en säker detektering. Analysförfarandet kan också förbättras; gärna nedåt i partikelstorlek.
Julia Talvitie vid Aalto universitet har nyligen disputerat på problemområdet och riktar sig närmast mot mikroplastinnehåll i dagvatten.
Och – glöm inte slammet!
Källa: Talvitie, J.1), Mikola, A.1), Koistinen, A.2)& Setala, O 3), (2017): Solutions to microplastic pollution – Removal of microplastics from wastewater effluent with advanced wastewater treatment technologies. Water Research, 123, pp 401-407.
Författarna från:
1) Department of Built Environment, Aalto University, P.O. Box 15200 Fi-0076 Aalto, Finland.
2) University of Eastern Finland, Sib Labs, P.O. Box 1627, Fi-6A7A7F26-0ACE-436D-9C46-8C31D62369ED,Kuopio, Finland.
3) Finnish Environment Institute, Marine Research Center, P.O.Box 1627, Fi-00251, Helsinki, Finland
Korresponderande författare:
