Karbonizacja hydrotermalna może zmniejszać liczbę widocznych cząstek mikroplastiku w osadach ściekowych, ale nie oznacza to, że tworzywa całkowicie znikają. Badaczki z Akademii Górniczo-Hutniczej sprawdziły, co dzieje się podczas takiej obróbki z PET i polistyrenem. Okazało się, że oba materiały reagują inaczej, a część ich składników może przechodzić do wody procesowej.
Oczyszczalnie ścieków mogą zatrzymywać nawet około 90% mikroplastiku obecnego w ściekach. Duża część tych cząstek trafia następnie do osadów ściekowych. Jeżeli przetworzony osad zostanie później wykorzystany jako nawóz albo materiał do rekultywacji, zawarte w nim drobiny tworzyw mogą przedostać się do gleby.
Jedną z metod przetwarzania mokrych osadów jest karbonizacja hydrotermalna. Materiał ogrzewa się pod ciśnieniem w obecności wody, zazwyczaj do temperatury 180–260°C. W wyniku procesu powstaje stały produkt bogaty w węgiel, określany jako hydrokarbonizat, a także woda procesowa i niewielka ilość gazu.
PET rozpadał się wyraźnie silniej niż polistyren
Zuzanna Prus-Frączek i jej współpracowniczki z AGH porównały zachowanie dwóch popularnych tworzyw: politereftalanu etylenu, czyli PET, oraz polistyrenu. Fragmenty tworzyw o wielkości do 5 mm poddawano przez jedną, dwie lub trzy godziny działaniu wody o temperaturze 220°C.
Eksperyment przeprowadzono bez osadu ściekowego. Dzięki temu można było obserwować wyłącznie zmiany zachodzące w samych tworzywach, bez wpływu innych składników organicznych i mineralnych.
PET okazał się bardziej podatny na działanie gorącej wody. W jego strukturze występują wiązania estrowe, które mogą rozpadać się w procesie hydrolizy. Po obróbce powierzchnia materiału stawała się bardziej chropowata, pojawiały się pęknięcia i zagłębienia, a analizy wykazywały wyraźne zmiany w jego budowie chemicznej.
Zmniejszyła się również odporność cieplna PET. Początek jego rozkładu przesunął się z około 402°C przed obróbką do zakresu 246–284°C po procesie. Nie oznaczało to jednak całkowitego zniszczenia tworzywa. W pozostałości stałej odzyskano około 54–60% jego początkowej masy, a charakterystyczne sygnały PET nadal były obecne.
Część produktów przemian trafiała do wody
Jednocześnie w przypadku PET znaczna ilość materii organicznej przeszła do wody procesowej. Wysokie chemiczne zapotrzebowanie na tlen wskazywało na obecność dużej ilości rozpuszczonych produktów przemian.
Badaczki nie ustaliły jeszcze dokładnego składu tych substancji. Mogły to być m.in. fragmenty łańcuchów polimerowych, oligomery i inne związki zawierające węgiel.
Polistyren zachowywał się inaczej. Jego szkielet węglowy i pierścienie aromatyczne są bardziej odporne na hydrolizę. Choć na powierzchni materiału również pojawiły się zmiany, badania spektroskopowe nie wykazały tak rozległego rozpadu głównej struktury jak w przypadku PET. Do wody przeszło również znacznie mniej materii organicznej.
Zniknięcie cząstki nie oznacza zniknięcia tworzywa
Wyniki pokazują, że spadek liczby widocznych cząstek mikroplastiku po obróbce nie musi oznaczać ich całkowitego rozkładu. Materiał może pozostać w układzie w innej postaci: jako mniejsze fragmenty, chemicznie zmieniona pozostałość albo związki rozpuszczone w wodzie.
Karbonizacja hydrotermalna nie tyle usuwa mikroplastik, ile może go przekształcać i rozdzielać między różne produkty procesu. Ma to znaczenie praktyczne, ponieważ w przypadku zastosowania tej technologii do osadów ściekowych oczyszczania może wymagać nie tylko produkt stały, ale również woda procesowa. Szczególnie PET może zwiększać jej obciążenie rozpuszczonymi substancjami organicznymi.
Potrzebne są badania z rzeczywistym osadem ściekowym
Badanie miało charakter laboratoryjny. Obejmowało dwa tworzywa, jedną temperaturę oraz czystą wodę. Nie analizowano rzeczywistego osadu ściekowego, w którym obecne byłyby także inne substancje organiczne i mineralne. Nie określono również toksyczności produktów przemian ani ich podatności na biodegradację.
Kolejnym etapem powinny więc być doświadczenia z rzeczywistym osadem ściekowym oraz dokładna identyfikacja substancji powstających podczas procesu. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Energy Reports”.
źródło: naukawpolsce.pl
📩 Zapisz się na newsletter
Chcesz być na bieżąco z ekologicznymi treściami? Dołącz do newslettera i otrzymuj artykuły, poradniki oraz darmowe materiały do pobrania prosto na swoją skrzynkę. Dzięki nim łatwiej wprowadzisz ekologiczne zmiany w swoim życiu.
☕ Wesprzyj portal
Każdy artykuł to godziny pracy i poszukiwania rzetelnych informacji. Jeśli cenisz to, co robię, możesz postawić mi wirtualną kawę albo zostać Patronem na Patronite. Twoja pomoc daje mi siłę, by rozwijać portal, a dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła.
