Công dụng của hạt nhựa xử lý nước thải

Khối lượng lớn rác thải nhựa trôi nổi trên các đại dương đã là một vấn đề được quan tâm trong nhiều năm. Gần đây hơn, các hạt vi nhựa đã được phát hiện trong nước biển, nước ngọt và nước uống, bao gồm cả nước đóng chai và thực phẩm. Nhựa môi trường là một nguy cơ đối với các sinh vật dưới nước khi ăn phải; chúng rất khó coi và là dấu hiệu của việc quản lý quá kém đối với việc xử lý chất thải nhựa. Chất dẻo phân hủy rất chậm trong nhiều năm, và cuối cùng tạo ra các vi hạt thường có kích thước xấp xỉ từ 1 đến 10 µm (micromet hoặc micrômet, 1 / 1.000.000 mét) đến có thể lớn đến 5 mm (milimet, 1 / 1.000 của một mét). Các hạt nhỏ hơn 1 µm có thể được gọi là hạt nano.

Ngoài các động vật biển lớn hơn nuốt nhầm những mảnh lớn, thịt cá còn được phát hiện có chứa các hạt nhựa và các bộ lọc ăn như ngao và sò có thể tích tụ các vi hạt nhựa. Các nghiên cứu về động vật có vỏ báo cáo có 10 vi hạt mỗi gam trong một số loài động vật có vỏ. Bộ lọc được biết là tích tụ bào trứng Cryptosporidium (4 đến 6 micron), vi khuẩn và vi rút. Tiếp xúc với thực phẩm của con người có thể chủ yếu là cá và động vật có vỏ và một số sản phẩm thực vật.

Sự tồn tại của vi nhựa trong nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến người và hệ sinh vật trên Trái đất

Các tác động có hại đến sức khỏe con người do ăn phải các vi hạt nhựa vẫn chưa được chứng minh. Các nhà quản lý đã lo ngại về việc ăn phải các vi hạt, rửa trôi các monome chưa phản ứng vào môi trường hoặc sau khi uống, ăn phải các hóa chất hữu cơ dạng vết hấp thụ từ nước và thậm chí là sự xâm nhập của vi sinh vật trên màng sinh học có thể hình thành trên các vi hạt. Một số trong số này có thể không phải là mối quan tâm thực sự hoặc bất thường liên quan đến hạt, nhưng chúng kích thích các ứng dụng tài trợ nghiên cứu cho các nghiên cứu, vì vậy sẽ có nhiều ấn phẩm hơn và khả năng hiển thị về chủ đề này.

Chất dẻo là gì?

Chất dẻo là hóa chất tổng hợp được tạo ra bằng cách liên kết nhiều hóa chất nhỏ (monome) với nhau để tạo ra các polyme có trọng lượng phân tử rất cao, trung bình có thể có từ 5.000 monome liên kết trở lên. Có rất nhiều polyme tự nhiên như protein, cao su tự nhiên, sợi và xenlulo, nhưng chúng thường không được bao gồm trong các hạt được quan tâm hiện nay. Một số ví dụ bao gồm polyetylen, polypropylen, polystyrene, epoxit, polycarbonat, polyeste, polyamit (nylon), polyacrylat, polyurethanes, polyvinyl clorua và các chất đàn hồi như polyisoprene (cao su tổng hợp). Các monome phản ứng tương ứng, tương ứng, bao gồm: ethylene, propylene, styrene, bisphenol A và phosgene, diacids và glycol (dialcohols), một số amit như caprolactam, acrylate, diisocyanat, vinyl clorua và isoprene. Chất dẻo hầu như luôn chứa các chất phụ gia như chất chống oxy hóa để bảo vệ khỏi sự phân hủy oxy và chất hóa dẻo để duy trì tính linh hoạt. Tia cực tím mặt trời và sự phân mảnh nhiệt tạo ra độ giòn hơn do lão hóa môi trường, góp phần làm mất chiết suất của các chất hóa dẻo khiến chúng có nhiều khả năng bị phân hủy thành các hạt.

Phân tích vi nhựa

Việc phân tích các vi hạt trong nước là một thách thức; phương pháp lấy mẫu và phân tích tiêu chuẩn chưa được thiết lập. Các con số công bố mà người ta nhìn thấy (10 hoặc 100, hoặc 1.000 mỗi lít) có vẻ lớn, nhưng khối lượng liên quan là rất nhỏ, đôi khi là nanogram hoặc ít hơn. Kích thước và kích thước của các vi hạt khác nhau và dữ liệu được điều khiển bởi loại quy trình lọc được sử dụng để thu thập và xử lý mẫu. Máy lấy mẫu nước bề mặt thường là lưới kéo có mắt lưới lớn hơn (thường là 300 µm), do đó các hạt và sợi được thu thập có xu hướng ở quy mô lớn hơn. Quá trình vi lọc được áp dụng cho các loại nước khác.

Sự ra đời của nhựa được cho là phát minh vĩ đại của loài người nhưng ở thời điểm hiện tại, chúng trở thành chất gây ô nhiễm nghiêm trọng

Thách thức đầu tiên là tách các vi hạt ra khỏi nước, sau đó phân biệt vi hạt với lượng thường lớn hơn nhiều (có thể gấp 1.000 lần) của tự nhiên vô cơ và hữu cơ và các hạt khác cũng sẽ tích tụ trong quá trình tách. Chúng có thể bao gồm tảo, vi sinh vật, chất keo, hạt lơ lửng, sợi tự nhiên và những loại khác. Sau đó, thách thức là xác định danh tính hóa học của hỗn hợp các hạt nhỏ có kích thước và thành phần hóa học khác nhau. Một đánh giá khách quan chi tiết gần đây về hơn 50 báo cáo phân tích được công bố về ô nhiễm nước của Koelmans và cộng sự, kết luận rằng 46 trong số các nghiên cứu không thể được coi là hoàn toàn đáng tin cậy vì một hoặc nhiều thiếu sót trong quá trình xử lý mẫu, thiếu các biện pháp kiểm soát, các vấn đề nhận dạng hóa học và một số tiêu chí khác.

Nước ngọt và các nguồn và số lượng ô nhiễm khác

Các nguồn chính của vi hạt nhựa đi vào nước ngọt bề mặt là nước thải từ nhà máy xử lý nước thải, và có thể kết hợp tràn qua cống thoát nước, dòng chảy bề mặt, dòng chảy nông nghiệp nơi bùn thải được áp dụng cho đất và lắng đọng không khí. Sự lơ lửng và lắng đọng của hạt và sợi trong khí quyển ướt và khô có thể xảy ra do mòn lốp, xơ từ vải dệt và các chất thải khác. Không khí trong nhà có thể chứa nhiều hạt và sợi hơn không khí ngoài trời. Lượng hạt nhựa ước tính được báo cáo trong nước ngọt ở một số địa điểm trên thế giới nằm trong khoảng từ 1 đến 12 mỗi lít. Hầu hết các mức trung bình của Hoa Kỳ đều ít hơn 1 hạt / lít với một số trường hợp ngoại lệ.

Hiệu quả xử lý nước

Tùy thuộc vào điện tích bề mặt hoặc màng sinh học và tập hợp, các vi hạt nhựa nên dễ bị ảnh hưởng bởi các công nghệ xử lý nước loại bỏ hạt tiêu chuẩn. Một nghiên cứu ban đầu đã chứng minh khả năng xử lý nước và lọc thông thường để giảm đáng kể số lượng và kích thước của tất cả các loại hạt trong nước đã qua xử lý. Phân tích đó đã so sánh tổng kích thước và nồng độ hạt (không cụ thể là nhựa) trong nhiều loại nước khác nhau từ sông đến nước thải thứ cấp, đến nước uống được xử lý thông thường (Trussell và Tate, 1979). Họ chỉ ra rằng cả số lượng và kích thước hạt đều được phân bố gần như tuyến tính từ nhỏ đến lớn, và được giảm đáng kể bằng cách xử lý nước tiêu chuẩn. Nước thải thứ cấp dao động từ khoảng 1.000 hạt / mL ở khoảng 2,5 µm, đến 10 hạt / mL ở khoảng 150 µm;

Cần có các biện pháp xử lý vi nhựa để kịp thời giảm thiểu các tác động tiêu cực của chúng đối với môi trường và sinh vật

Xử lý nước thải công nghiệp

Các công nghệ kiểm soát chính tương tự như công nghệ nước thải đô thị và nước uống dựa trên quá trình lọc loại trừ kích thước. Phương pháp lọc thông thường (đông tụ, tạo bông, lắng, lọc) và xử lý lọc trực tiếp, cũng như màng lọc, sẽ có hiệu quả. Công nghệ màng rất có thể sẽ bao gồm vi lọc (MF) vì kích thước lỗ danh nghĩa của hệ thống MF là 0,1 đến 1 micrômét. Các hệ thống màng khác như siêu lọc sẽ quá nghiêm ngặt, kém hiệu quả và tốn kém hơn. Các màng có thể sẽ được xử lý trước để loại bỏ các thành phần có thể làm tăng tốc độ bám bẩn.

Các nguồn công nghiệp có thể bao gồm một số nhà sản xuất sản phẩm polyme, chất mài mòn thương mại và nhà sản xuất sợi, và các sản phẩm có chứa microbeads mỹ phẩm, có chứa vi hạt làm chất mài mòn. Cái sau đang được loại bỏ dần. Hướng dẫn và Tiêu chuẩn về Nước thải của Hóa chất Hữu cơ, Nhựa và Sợi Tổng hợp (OCPSF) (40 CFR Phần 414) 2  bao gồm các ngành công nghiệp nhựa và sợi, nhưng chưa phải là việc thải các hạt và sợi. Lần cập nhật cuối cùng là vào năm 1993.

Xử lý nước thải đô thị

Hàng nghìn công trình xử lý thuộc sở hữu công (POTWs) ở Hoa Kỳ được yêu cầu sử dụng ít nhất là xử lý thứ cấp trước khi thải ra đường thủy. Xử lý thứ cấp chủ yếu là quá trình oxy hóa sinh học sau khi loại bỏ chất rắn sơ cấp, đôi khi được hỗ trợ bởi chất đông tụ. Yêu cầu hiệu suất tối thiểu là loại bỏ ít nhất 85% và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) 30 mg / L, và 30 mg / L chất rắn lơ lửng. Một số nhà máy bổ sung các bước xử lý bậc ba như khử trùng hoặc lọc. Một số loại bỏ hạt sẽ xảy ra và các hạt sẽ chủ yếu tập trung trong bùn. Do đó, nếu không có quá trình lọc nước thải đáng kể hơn, một phần đáng kể của các vi hạt trong nước thải đã qua xử lý thứ cấp sẽ được thải ra vùng nước mặt.

Nước uống và xử lý nước đóng chai

Vì nước uống ở Hoa Kỳ có nguồn gốc từ các nguồn bề mặt hầu như đều được xử lý để có độ đục thấp (<0,3 ntu) bằng cách ít nhất là lọc trực tiếp, màng lọc hoặc phổ biến nhất là lọc thông thường, nước máy sẽ có kích thước và nồng độ hạt thấp. .

Nước đóng chai được phát hiện có chứa các vi hạt nhựa thường ở mức độ lớn hơn nước máy. Điều này có vẻ phản trực giác vì nước đóng chai đã qua xử lý thường được xử lý bằng phương pháp thẩm thấu ngược hoặc các màng khác. Hộp nhựa được sản xuất tại chỗ. Có vẻ như nguồn chính có thể là sản xuất tại chỗ các nắp bằng cách định tuyến có khả năng tạo ra các hạt nhỏ có thể xâm nhập vào nước.

Phần kết luận

Mức độ ô nhiễm vi hạt của nước máy tương đối thấp xảy ra do việc loại bỏ không hoàn toàn khỏi các nguồn nước mặt có thể bị ô nhiễm bởi chất thải từ các cơ sở sản xuất tận dụng hoặc sản xuất vi hạt, chất thải thải ra nước mặt từ các POTW và loại bỏ không hoàn toàn bởi các nhà máy xử lý nước uống của thành phố. Nước đóng chai là một nguồn tiêu thụ hạt nhựa đáng ngạc nhiên, có thể liên quan đến quá trình sản xuất nắp.

Các quy trình xử lý nước bao gồm đông tụ, keo tụ, lắng, lọc và màng thông thường rất hiệu quả trong việc loại bỏ các hạt có kích thước khoảng 1 µm và lớn hơn. Yêu cầu độ đục của nước uống mục tiêu là 0,3 ntu đảm bảo loại bỏ hiệu quả tất cả các loại hạt. Nồng độ vi nhựa trong nước uống đã qua xử lý ở Mỹ thường dưới 10 mỗi lít. Nước uống trên bề mặt hầu như đã qua lọc. Nước thải thường được đông tụ và lắng hoặc lọc, nhưng các quá trình lọc không được thiết kế để loại bỏ các vi hạt. Cải thiện việc lọc nước thải sẽ làm giảm sự hiện diện của các vi hạt nhựa trong nguồn nước uống.

Về quan điểm, Mức độ ô nhiễm tối đa (MCL) đối với các vi hạt amiăng trong nước uống là 7.000.000 sợi mỗi lít dài hơn 10 µm. Các vi hạt nhựa ăn phải vẫn chưa được chứng minh là có thể gây ra các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Nếu có các nguy cơ về sức khỏe từ các vi hạt nhựa, chúng có nhiều khả năng liên quan đến việc hít phải hơn là do nuốt phải, như với amiăng, bụi bông, các hạt và sợi khoáng và bụi than. Báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ban hành vào ngày 22 tháng 8 năm 2019 kết luận rằng không có rủi ro đã biết ở các mức độ được tìm thấy trong nước uống. Nó đề nghị nghiên cứu nhiều hơn.