Mikroplastik to cząsteczki tworzyw sztucznych o średnicy mniejszej niż 5 milimetrów. Powstaje on na skutek powolnej degradacji tworzyw sztucznych, na przykład butelek PET, i jest dużym zagrożeniem dla środowiska naturalnego. Jest już obecny we wszystkich środowiskach, na wszystkich kontynentach, nawet na Arktyce i na szczycie Mount Everestu. Szczególnie zagraża organizmom żyjącym w morzach i oceanach. Jest zjadany przez żyjące tam zwierzęta i w ten sposób przedostaje się w górę łańcucha pokarmowego. Niektóre rodzaje mikroplastiku zawierają szkodliwe substancje. Np. w tym pochodzącym ze ścierania opon samochodowych występuje 1,3-difenyloguanidyna, która ma właściwości rakotwórcze i mutagenne.

Większość mikroplastiku, wraz z zawartymi w nim niebezpiecznymi substancjami, trafia do ścieków. Niestety oczyszczalnie ścieków nie usuwają go całkowicie, więc ponownie trafia on do środowiska, w którym i tak go nie brakuje.

Prof. dr hab. inż. Agnieszka Cydzik-Kwiatkowska wraz z zespołem z Katedry Biotechnologii w Ochronie Środowiska otrzymała niedawno grant z Narodowego Centrum Nauki na projekt pt. „Usuwanie mikroplastiku w zintegrowanym systemie tlenowy osad granulowany – filtracja membranowa oraz wpływ mikroplastiku na strukturę i aktywność biomasy". Na badania przyznano ok. 1,23 mln zł.

Badaniom poddawana jest skuteczność dwustopniowego systemu oczyszczania ścieków w usuwaniu mikroplastiku pochodzącego ze ścierania opon samochodowych. Nowatorstwo pomysłu polega nie tylko na zestawieniu technologii granul tlenowych z filtracją membranową, ale także na określeniu wpływu mikroplastiku i wymytych z niego substancji na aktywność oraz skład mikrobiologiczny granul. Pozwoli to określić mechanizmy usuwania ze ścieków mikroplastiku i wymytych z niego związków chemicznych oraz wskazać mikroorganizmy biorące udział w procesie.

Pierwsza część tego systemu to reaktory z granulami tlenowymi. Profesor Cydzik-Kwiatkowska i jej zespół są pionierami w badaniach nad wykorzystaniem tego typu biomasy w oczyszczaniu ścieków, które następnie są poddawane filtracji membranowej. Taka filtracja jest coraz powszechniej stosowana w skali technicznej (np. w podolsztyńskim Jonkowie).

- Ścieki trafiające do reaktorów w konwencjonalnych oczyszczalniach są najczęściej oczyszczane przez mikroorganizmy występujące w postaci luźnych skupisk, tzw. kłaczków osadu czynnego. W reaktorze biologicznym wykorzystującym naszą technologię granul tlenowych, mikroorganizmy – przez dobór parametrów eksploatacyjnych reaktora, np. długości cyklu napowietrzania, ilości wymienianych ścieków czy czasu sedymentacji (sedymentacja to oddzielanie biomasy od ścieków) – zostają zmuszone do tworzenia sferycznych, regularnych struktur, czyli tzw. granul – wyjaśnia prof. Cydzik-Kwiatkowska, kierowniczka projektu.

Jakie są tego zalety?

- Po pierwsze oszczędzamy czas i energię elektryczną. Bardzo dobre właściwości sedymentacyjne granul powodują, że faza oddzielania ścieków oczyszczonych od biomasy znacząco się skraca. Dzięki temu cały proces oczyszczania ścieków, trwający kilka godzin, również trwa krócej. Zastosowanie granul pozwala także na utrzymanie w komorze napowietrzania około dwu- lub trzykrotnie wyższego stężenia osadu w porównaniu z systemami z osadem czynnym, co przekłada się na szybsze i lepsze oczyszczanie ścieków. Zamiast wykorzystania kilku reaktorów, wystarczy nam jeden. To obniża koszty budowy i eksploatacji oczyszczalni. Potrzebujemy również o około 20 proc. mniejszej powierzchni pod budowę oczyszczalni – podaje zalety nowej technologii prof. Cydzik-Kwiatkowska.

Nie wiadomo, jak mikroplastik ze ścierania opon i zawarte w nim związki chemiczne wpływają na aktywność bakterii oczyszczających ścieki. Może je hamują, a może stymulują? Nikt tego jeszcze na świecie nie badał, więc będzie to zupełnie nowy aspekt poznawczy projektu.

Badania będą prowadzone we współpracy z zespołem naukowców z Uniwersytetu Wiedeńskiego, którym kieruje prof. Thorsten Huffer. Dlaczego z nimi?

- Bo mają bardzo dobre zaplecze badawcze, odpowiedni sprzęt i bogate doświadczanie w badaniach substancji wymywanych z mikroplastiku – wyjaśnia prof. Cydzik-Kwiatkowska.

Efektem pracy oczyszczalni ścieków są nie tylko ścieki oczyszczone, trafiające do rzek i jezior, ale także osad. Co można zrobić z powstającym osadem?

Obecnie zespół prof. Cydzik-Kwiatkowskiej bada, jako pierwszy w Polsce, możliwości zagospodarowania tlenowego osadu granulowanego powstającego po procesie oczyszczania ścieków w skali technicznej. Już wiadomo, że ze względu na bogactwo składników, a szczególnie fosforu, jest cennym nawozem. Granule są również bogate w polimery (głównie w formie alginianu), które są testowane jako sorbent do usuwania metali ciężkich z roztworów wodnych. Dodatkowo naukowcy z UWM badają, ile biogazu i kompostu można uzyskać z osadu granulowanego. Zebrane dane będą stanowić podstawę do projektowania instalacji nowej generacji w oczyszczalniach ścieków. Przyczyni się to do poprawy jakości środowiska. Badania wpisują się także w ideę recyklingu organicznego, czyli odzysku bioproduktów z odpadów.

Za badania nad granulacją tlenową prof. Agnieszka Cydzik-Kwiatkowska została laureatką Polskiej Nagrody Inteligentnego Rozwoju 2019 w kategorii „Naukowiec przyszłości”.

Lech Kryszałowicz