Avskiljning av mikroplaster från avloppsvatten med elektrokoagulering plus elektroflotation eller membranfiltrering. Många mikroplaster passerar genom avloppsverk och det är intressant att se vad kompletterande processer kan uträtta för att separera dessa. Här provas elektrokoagulering och membranfilter (mikrofiltrering) med god framgång
Av: Jörgen Hanaeus
Då många mikroplaster passerar genom avloppsverk är det viktigt att avskilja dem innan de emitteras till vattenmiljön. Elektrokoagulering eller elektrolytisk dosering av metalljoner med tillhörande gasbildning och flotation är ett alternativ liksom membranfiltrering.
Här undersöktes några av elektrokoaguleringens parametrar: strömtäthet över elektrodytan av 10-20 A/m2, pH 4-10 och uppehållstid 0-120 min. Därutöver provades mikrofiltrering (membran) med 1-3 bars tryck. De vanliga plasterna PE och PVC provades i lab med medeldiametrarna 150 µm resp. 250 µm och kunde avskiljas till 100 % med rätt parameterval. De följdes även i fullskala.
Bakgrund
Skattning av plastpartiklar som överförs till större vattenrecipienter ger värden av storleksordningen 13 miljoner ton och 60-80 % av dessa bedöms vara mikroplastpartiklar med storlekar mellan 0,1 µm och 5 mm. I naturen har mikroplastpartiklar återfunnits i fler än 600 organismarter och även i människoföda som bordssalt, öl och dricksvatten. Geografiskt på alla kontinenter, inklusive Antarktis. Viktiga källor utgörs av hygienprodukter, ofta av storlek 1-4 mm, som landar i tvättställ och badkar och på så vis tillförs avloppssystemen. Sekundära plastprodukter kan också nå dessa, genom t ex UV-nedbrytning eller mekaniskt slitage.
Separationen av mängden mikroplaster i avloppsverk kan variera stort beroende på bl a processval och plastmaterial och värden på 40-70 % och 55-97 % har rapporterats. Tre studerade avloppsverk vid den turkiska Mersinbukten i Medelhavet har bedömts svara för 17 % av mikroplastbelastningen i denna. En artikel menar att uppemot 80 % av mikroplasterna i större vattenvolymer kommer via avloppssystemen.
I avloppsverken kan en väl fungerande förbehandling, t ex silar, avskilja > 50 % av mikroplasterna. Det biologiska steget bryter inte ner mikroplasterna, men de kan bakas in i slamflockar och i måttlig omfattning separeras från vattenströmmen.
Ett tredje steg med kemisk rening eller membranteknik bidrar till avskiljningen av mikroplaster; kemisk fällning kan ge åtminstone 35 % och membranteknik har visats nå 82 %. Många verk når ändå inte högre än 40 % i samlad avskiljning av mikroplaster.
En variant av fällningssteget kan provas med elektrokoagulering och elektroflotation som teknik och det har genomförts här; i huvudsak i labskala. Även membranteknik har provats, i mindre omfattning.
Den fullskalestudie som genomfördes gällde avloppsvatten från Konacik-verket i Turkiet (medelflöde 1600 m3/d) med karakteristika: Suspenderade ämnen 170 mg/L, COD 3 760 mg/L, pH 7,5 och konduktivitet 270 mS/m.
Material och metod
Den elektrolytiska doseringen utfördes satsvis i 1-L-bägare med magnetomrörare. Ett elektrodpar med inbördes avstånd 2 cm från varandra sänktes ner. Elektroderna, av aluminium eller järn hade ytan 9*6 cm2 och tjockleken 1 mm. Processen bygger på att en strömkrets byggs och att aluminiumjoner (järnjoner) går i lösning vid anoden och att vätgas utvecklas vid katoden. Elektroner vandrar genom lösningen vars konduktivitet (saltinnehåll) blir viktig. Extern ledningsförbindelse sluter kretsen.
Utfälld aluminiumhydroxid fångar in mikroplastpartiklar och floteras av vätgasen och kan avskiljas.tillsattes
Det membran som provades var av polyvinyliden fluorid (PVDF) med nominella öppningar om 0,22 µm. Mikroplastlösning om 0,2 partiklar PE+PVC/mL tillsattes.
Resultat
Med aluminiumanod och järnkatod, en strömtäthet av 15 A/m2 erhölls vid pH 7 100 % mikroplastpartikelavskiljning efter 20 min.
Variation av pH, 4-10, gav små skillnader i avskiljning med någon fördel för pH 7.
Beträffande strömtätheten gav 15 A/m2 och 20 A/m2 likvärdig avskiljning, nära 100 % efter 10 min, även om den högre tätheten gav intensivare gasbildning. Tätheten 10 A/m2 gav något sämre avskiljning, troligen pga mindre mängd emitterad aluminium. Man menade också att PVC-partiklar är känsligare för utfällning och flotation än PE.
Membranförsök utfördes med mikrofiltrering och ett tryck av en bar. Rent vatten passerade helt med en flux av 450 L/m2 på 30 min. Det syntetiska dagvattnet passerade till 25 % av detta värde på 90 min. När trycket ökade till 2 och 3 bar passerade hela fluxen och avskiljde mikroplastpartiklarna till 100 %.
De fullskalemätningar som utfördes i avloppsverket gav 489 mikroplastpartiklar in och 222 ut, ca 55 % avskiljning.
Slutsatser
Mikroplaster har i labskala reducerats till 100 % med elektrokoagulering och elektroflotation. Separationssteget är dock ofullständigt beskrivet (flotation + sedimentering) och aluminiumåtgången (uthålligheten) behöver anges. Försök i större skala föreslås.
Källa: Akarsu, C.1), Kumbur, H.1) & Kideys, A.E.2) (2020). Removal of microplastics from wastewater through electrocoagulation-electroflotation and membrane filtration processes. Water Science & Technology Vol 84, No 7, pp 1648-1662.
Författarna från:
Department of Environmental Engineering, Mersin University, 33343 Yenisehir, Mersin, Turkiet
Institute of Marine Science, Middle East Technical University33731 Erdemil, Mersin, Turkiet
Kontakt: ceyhunakarsu [a] hotmail.com.tr
