Naujienos ir renginiai

Naujienos

2023. 12. 08 -

Kova su mikroplastiko tarša nuotekose: inovatyvūs sprendimai švaresnei ateičiai

Unsplash.com nuotrauka
Straipsnio autorė – dr. Ieva Uogintė iš FTMC Aplinkotyros skyriaus. Tekstas pirmąkart publikuotas Lietuvos vandens tiekėjų asociacijos informaciniame leidinyje „Vandentvarka“, Nr. 63 (2023 m. lapkritis).
 
Plastikas tapo neatsiejama mūsų gyvenimo dalimi. Nuo pakuočių iki plataus vartojimo prekių ši universali medžiaga neabejotinai padarė perversmą šiuolaikiniame gyvenime. Tačiau plastiko naudojimas atsiėjo nemenką kainą – aplinkoje atsirado mikroplastiko dalelių. Šios dalelės, kurių dydis yra mažesnis nei 5 mm, prasiskverbusios į mūsų aplinką, sukėlė rimtą ir beveik nematomą grėsmę ekosistemoms, laukinei gamtai ir net žmonių sveikatai.
 
Mikroplastikas yra įvairių formų. Pirminis mikroplastikas yra specialiai gaminamas mikroskopiniu mastu, pavyzdžiui, mikrokaroliukai kosmetikoje arba granulės, naudojamos pramoniniuose procesuose. Antrinis mikroplastikas susidaro skylant didesniems plastikiniams daiktams dėl natūralaus atmosferos poveikio, mechaninių jėgų ar ultravioletinės (UV) spinduliuotės. Šios mažos dalelės gali būti fragmentų, pluoštų ar net putų pavidalo.
 
Vienas klastingiausių mikroplastiko dalelių aspektų tas, kad jos nematomos plika akimi. Dėl to jos nebuvo aptiktos kelis dešimtmečius. Vandens aplinkoje mikroplastiką gali praryti jūrų gyvūnai. Visa tai gali sukelti vidinę žalą ir sutrikdyti maisto grandines. Sausumos ekosistemose jie užteršia dirvožemį ir kelia grėsmę žemės ūkio sistemoms. Dėl mažo dydžio plastikus taip pat sunku pašalinti iš nuotekų, o tai dar labiau padidina jų plitimo mastą.
 
 
(Dr. Ieva Uogintė. FTMC nuotrauka)
 
Tradiciniai plastiko atliekų tvarkymo metodai yra nepakankami šiai problemai išspręsti, nes mikroplastiko dalelės dažnai išvengia įprastinių apdorojimo procesų, todėl jų pašalinimas tampa sudėtinga užduotimi.
 
Sedimentacija, koaguliacija-flokuliacija ir cheminis apdorojimas yra dažniausiai taikomi nuotekų valymo metodai, kurie gali padėti pašalinti mikroplastiką. Kai į nuotekas įdedama koaguliantų ar flokuliatorių, mikroplastikas susitelkia į didesnius, lengvai pašalinamus gumulėlius. Tada galima naudoti sedimentacijos baseinus, kad šios didesnės dalelės galėtų nusėsti apačioje ir veiksmingai būti atskirtos nuo apdoroto vandens. Nors šis metodas kai kuriais atvejais yra veiksmingas, jo sėkmė priklauso nuo tokių veiksnių, kaip dalelių dydis, tankis ir specifinė nuotekų sudėtis. Apribojimai apima galimą mažesnių flokulų susidarymą, kuriuos sunku pašalinti, ir būtinybę tinkamai išmesti surinktą mikroplastiką.
 
Mikrofiltravimo ir ultrafiltravimo membranos taip pat sulaukė dėmesio kaip veiksmingos mikroplastiko pašalinimo priemonės. Šios membranos turi porų dydžius, galinčius fiziškai sulaikyti mikroplastiką, neleidžiant jam prasiskverbti, bet leidžiant tekėti švariam vandeniui. Pagrindinis šio metodo pranašumas – jo paprastumas ir efektyvumas. Tačiau labai svarbu šias membranas prižiūrėti ir periodiškai keisti, nes laikui bėgant jos gali užsikimšti mikroplastiku ir kitomis kietosiomis dalelemis. Be to, šios membranos gali turėti apribojimų šalinant mažesnio dydžio mikroplastiką, kuris gali prasiskverbti, jei porų dydis nėra pakankamai mažas.
 
Pažangūs oksidacijos procesai (AOP) apima galingų oksidantų, tokių kaip ozonas, vandenilio peroksidas ar UV spinduliuotės naudojimą organiniams ir neorganiniams junginiams nuotekose suskaidyti. Šie procesai taip pat gali prisidėti prie mikroplastiko pašalinimo skaidant plastiko daleles į mažesnius, mažiau kenksmingus fragmentus. Visų pirma buvo ištirtas UV spinduliuotės veiksmingumas skaidant mikroplastiką nuotekose. Tačiau AOP gali sunaudoti daug energijos ir būti brangiai įgyvendinami dideliu mastu, todėl kai kuriuose nuotekų valymo įrenginiuose jie yra mažiau įmanomi. Be to, AOP efektyvumui gali turėti įtakos specifiniai esamų mikroplastikų tipai ir dydžiai.
 
 
(Unsplash.com nuotrauka)
 
Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Aplinkotyros skyrius imasi žingsnių sprendžiant nuotekų valymo problemą naudodamas pažangiausias technologijas. Čia tiriami du perspektyviausi mikroplastiko šalinimo iš nuotekų vandens metodai: sorbcija ir fotokatalizė.
 
Sorbcija yra universalus procesas, kuris gali būti naudojamas veiksmingai mikroplastiko dalelėms iš nuotekų pašalinti. Iš esmės sorbcija apima molekulių ar dalelių sukibimą arba prijungimą prie kietos medžiagos, vadinamos sorbentu, paviršiaus. Mikroplastiko pašalinimo kontekste sorbcija įvyksta, kai mikroplastiko dalelės prilimpa prie konkrečių sorbentinių medžiagų paviršių. Sorbcijos procesui įtaką daro įvairūs veiksniai, įskaitant ir mikroplastiko ar sorbentų medžiagų savybes. Fizinės jėgos, tokios kaip van der Waalso jėgos, elektrostatinė sąveika ir gravitacinės jėgos, gali palengvinti mikroplastiko dalelių pritvirtinimą prie sorbento paviršių. Be to, cheminės jėgos, tokios kaip vandenilinis ryšys, kovalentinis ryšys ir hidrofobinės sąveikos, gali dar labiau prisidėti prie sorbcijos proceso.
 
Viena iš žymių sorbcijos metodo privalumų – sorbentinių medžiagų, kurias galima naudoti šiam tikslui, įvairovė. FTMC Aplinkotyros skyriaus dr. Ievos Uogintės komanda ištyrė keletą sorbentų medžiagų tipų, kurių kiekviena turi savo unikalių savybių ir privalumų. Nanomedžiagos, tokios kaip grafeno oksidas ar magnetinės nanodalelės, gali veiksmingai nukreipti ir pašalinti mikroplastiką iš nuotekų. Šios nanomedžiagos gali būti funkcionalizuojamos, taip padidinant jų atrankumą mikroplastiko dalelėms. Tai yra daug žadanti mikroplastiko pašalinimo galimybė.
 
Be to, mokslininkai taip pat ištyrė biologinių medžiagų naudojimą kaip sorbentą mikroplastikui šalinti. Šitaip ne tik siūlomas ekologiškas požiūris, bet ir pateikiama intriguojanti alternatyva sprendžiant mikroplastiko taršos problemą. Šio metodo pranašumai – didelis efektyvumas, paprastas įgyvendinimas ir sorbentų medžiagų perdirbimo arba regeneravimo galimybė. Aplinkotyros skyrius padarė nepaprastą pažangą mikroplastiko šalinimo srityje naudojant naujoviškas sorbentines medžiagas. Pastarųjų eksperimentų metu sėkmingai panaudotos nanomedžiagas yra pagamintos iš organinių atliekų. Pasiektas mikroplastiko pašalinimo efektyvumas – iki 80 proc.
 
 
(Unsplash.com nuotrauka)
 
Šis proveržis ne tik parodo tvarių ir lengvai prieinamų medžiagų veiksmingumą, bet ir pabrėžia mūsų įsipareigojimą kurti praktinius sprendimus, kaip įveikti mikroplastiko krizę. Mūsų rezultatai rodo nanomedžiagų, pagamintų iš organinių atliekų, kaip ekonomiškai efektyvaus ir aplinkai nekenksmingo sorbento, skirto mikroplastikui šalinti įvairiose nuotekų valymo ir aplinkos atkūrimo srityse, potencialą.
 
Be jau esamų mokslinių tyrimų pastangų, Aplinkotyros skyrius yra novatoriškų mikroplastiko pašalinimo tyrimų priešakyje. Dr. Ievos Uogintės komanda taip pat aktyviai ieško naujų efektyviausių nanomedžiagų, pritaikytų mikroplastikui pašalinti iš įvairių aplinkos mėginių. Kruopščiai eksperimentuojant ir taikant naujoviškus metodus, siekiama ne tik pagerinti sorbcijos metodų selektyvumą ir efektyvumą, bet ir atrasti naujas nanomedžiagas, kurios galėtų pakeisti mikroplastiko pašalinimo procesus.
 
Nors sorbcija yra puikus mikroplastiko pašalinimo būdas, FTMC Aplinkotyros skyriuje taip pat yra tiriamas alternatyvus UV skaidymo, ypač fotokatalizės, metodas. Fotokatalizė yra ekologiška ir tvari technologija, kai naudojamasi šviesos ir katalizatorių sąveika, kad būtų sukeltos cheminės reakcijos. Valant nuotekas, fotokatalizė apima fotokatalizatorių, dažniausiai nanomedžiagų, tokių kaip titano dioksidas (TiO2) arba grafeno oksidas (GO), naudojimą, kad būtų pradėti skaidymosi procesai, kai juos veikia UV arba matoma šviesa.
 
 
(Unsplash.com nuotrauka)
 
Naudojant fotokatalizines nanodaleles, tokias kaip titano dioksidas (TiO2), cinko oksidas (ZnO) ar vario oksidas (Cu2O), mikroplastiko dalelės suskaidomos į netoksiškus šalutinius produktus. UV šviesos ir fotokatalizinių nanodalelių integravimas pasirodė esąs labai veiksmingas. Vidutinis mikroplastiko skaidymo efektyvumas yra maždaug 90 proc.
 
Fotokatalizės esmė – labai reaktyvių rūšių, tokių kaip hidroksilo radikalai (•OH), susidarymas, kai fotonai atsitrenkia į fotokatalizatoriaus paviršių. Šie radikalai turi nepaprastą oksidacinę galią, galinčią nutraukti organinių teršalų, įskaitant mikroplastiką, cheminius ryšius. Šis procesas paverčia mikroplastiką mažesniais, mažiau kenksmingais junginiais ir galiausiai mineralizuoja į anglies dioksidą ir vandenį.
 
Fotokatalizės naudojimas mikroplastikui pašalinti iš nuotekų turi daug privalumų. Pirma, tai yra aplinkai nekenksmingas ir tvarus požiūris, nes jis remiasi atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip saulės šviesa, ir sumažina cheminių medžiagų naudojimą. Be to, dėl stiprios oksidacinės galios greitai suyra mikroplastikas, o platus pritaikomumas leidžia jį naudoti įvairiose vandens matricose, įskaitant gėląjį ir jūros vandenį. Taip pat, jo selektyvumas organiniams teršalams sumažina antrinės taršos tikimybę.
 
Aplinkotyros skyriaus mikroplastiko tyrimų komandos mokslininkai ir toliau dėmesį skiria fotokatalizės procesui optimizuoti, siekdami maksimaliai padidinti skilimo greitį ir sumažinti potencialiai kenksmingų mikroplastiko fragmentų susidarymą. Išsamiai įvertinę įvairaus UV intensyvumo ir poveikio laiką, siekiame gauti dar didesnį mikroplastiko pašalinimo efektyvumo lygį.
 
 
(5Gyres / Oregono valstijos universiteto / „Wikimedia Commons“ nuotrauka)
 
Kita vertus, buitinių ir pramoninių nuotekų valymas kelia iššūkių dėl jų sudėtingumo ir įvairios sudėties. Tačiau mūsų nanomedžiagos duoda daug žadančių rezultatų. Toliau tobulindami savo metodus, esame įsitikinę, kad mūsų nanomedžiagų pagrindu sukurtos technologijos taps neatsiejama buitinių nuotekų valymo infrastruktūros dalimi, prisidės prie švaresnių vandens telkinių ir sveikesnių ekosistemų.
 
Nors šios technologijos yra svarbūs žingsniai, mažinant mikroplastiko taršą, nėra vieno visiems tinkamo sprendimo. Mokslininkų, inžinierių, politikos formuotojų ir pramonės suinteresuotųjų šalių bendradarbiavimas yra labai svarbus, siekiant tobulinti šias technologijas, užtikrinti jų praktiškumą ir tvarumą didesniu mastu.
 
Kadangi moksliniai tyrimai ir toliau atskleidžia su mikroplastiku susijusius pavojus aplinkai ir sveikatai, nuolatinės nuotekų valymo metodų naujovės išlieka būtinos, siekiant apsaugoti mūsų vandens išteklius ir ekosistemas. Mikroplastiko problemai spręsti reikia daugialypio požiūrio. Tai mūšis, reikalaujantis visapusiško bendradarbiavimo.
Susiję:
Novikau Raman-87c6ce891b7851d874eacade1f9970bb.jpg
2024. 01. 15 - FTMC mokslininkų tyrimas – tarp 1 proc. gausiausiai cituojamų straipsnių aplinkos ir ekologijos srityje Dr. R. Novikau ir dr. G. Lujanienė tyrė būdus, kaip apsaugoti aplinką nuo radionuklidų bei sunkiųjų metalų.
Laboratorija 4 mini-19e0fe1112161a6aa1e506fe958a4eea.jpg
2023. 10. 26 - Mobili laboratorija tirs oro taršą mokyklos patalpose FTMC Aplinkotyros skyriaus mokslininkai stebės, kiek mikroplastiko ir kitų taršiųjų dalelių kasdien sklando aplink vaikus ir mokytojus.
Screenshot 2023-10-18 163717aaa-111d7bceea430d75191881f92d87eccd.jpg
2023. 10. 18 - Aplinkotyros ekspertė I. Uogintė – LRT TV laidoje „Laba diena, Lietuva“ „Plastiko piratai“ – tarptautinis projektas, kuriame jėgas suvienija mokslininkai, mokiniai, mokytojai ir jaunimo organizacijos.
pexels-johannes-plenio-2566845a-c4a342ad24146421b77d47a91cc78c66.jpg
2023. 05. 03 - Netikėta taršos sinergija – aerozolio dalelės ir mikroplastikas FTMC Aplinkotyros skyriaus komanda aiškinasi, kiek mikroplastiko yra mokyklos aplinkos ore ir iš kur jis atkeliauja.