DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172675
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38670366
تاريخ النشر: 2024-04-25
المؤلف: Marco Carnevale Miino وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تتناول ورقة البحث المكان الأمثل لتقنيات معالجة المياه داخل محطات معالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs) لمعالجة قضية الميكروبلاستيك (MPs) في مياه الصرف الصحي الحضرية (WW). وتبرز أن MPs، التي تتكون أساسًا من الألياف والشظايا، تختلف حسب المنطقة الجغرافية ولا يتم تحللها بشكل فعال خلال عمليات المعالجة التقليدية. بينما يمكن لهذه العمليات إزالة ما يصل إلى 99% من MPs من خلال الفصل الفيزيائي، يبقى جزء كبير منها في الحمأة، مما يشكل مخاطر بيئية، خاصة عند إعادة استخدام الحمأة كمعزز للتربة. تؤكد الدراسة أن الاستقرار البيولوجي غير فعال في تحلل MPs، وأن إزالة الماء هي الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تقلل من محتوى MPs في الحمأة، على الرغم من عدم وجود تحلل فعال.
يدعو المؤلفون إلى نهج مشترك يعزز كل من خطوط معالجة مياه الصرف الصحي والحمأة للتخفيف من تلوث MPs دون المساس بجودة الحمأة. ويحددون عدة فجوات بحثية، بما في ذلك الحاجة إلى بيانات حول MPs في بقايا WWTPs الأخرى، وتأثير معالجة الحمأة على تركيز MPs، وفعالية العلاجات الإضافية مثل العمليات الحرارية. علاوة على ذلك، يدعون إلى تشريعات جديدة لفرض حدود على محتوى MPs في تصريفات WWTPs والحمأة، خاصة لإعادة الاستخدام الزراعي. تشير النتائج إلى أن WWTPs الحالية غير كافية في منع إطلاق MPs إلى البيئة، مما يبرز ضرورة تحسين كفاءة المعالجة واستراتيجيات تقليل المصدر.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القلق المتزايد حول الميكروبلاستيك (MPs)، الذي يُعرف بأنه جزيئات بلاستيكية أصغر من 5 مم، مع تصنيف إضافي للنانوبلاستيك للجزيئات التي تقل عن 1 ميكرومتر. يمكن تصنيف MPs على أنها أولية، مصنوعة عمدًا لأغراض محددة، أو ثانوية، ناتجة عن تحلل العناصر البلاستيكية الأكبر. يبرز المؤلفون المخاطر البيئية والصحية الكبيرة التي تشكلها MPs، مشيرين إلى أن إطلاقها السنوي يختلف عالميًا، حيث تساهم أمريكا الشمالية بحوالي 212 جرامًا للفرد. تشير الدراسات الأولية إلى اضطرابات صحية محتملة نتيجة التعرض لـ MPs، بما في ذلك الالتهابات في نماذج حيوانية والتراكم في أعضاء الإنسان.
تؤكد الورقة على دور محطات معالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs) في إدارة تلوث MPs، حيث تركز هذه المنشآت غالبًا MPs في الحمأة بدلاً من إزالتها بشكل فعال. وهذا أمر مقلق بشكل خاص نظرًا للاستخدام الزراعي الشائع للحمأة، الذي قد ينقل MPs بشكل غير مقصود إلى نظم التربة البيئية. يقترح المؤلفون أن الأدبيات الحالية تفتقر إلى مقارنة شاملة لتقنيات المعالجة التي تهدف إلى تقليل إطلاق MPs، خاصة فيما يتعلق بنقاط التدخل المثلى داخل WWTPs. تهدف هذه المراجعة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقييم عمليات المعالجة المختلفة وفعاليتها في التخفيف من تلوث MPs، داعية في النهاية إلى تغيير في الرؤية تجاه WWTPs باعتبارها حواجز حاسمة أمام التلوث البيئي بدلاً من كونها نقاط ساخنة لـ MPs. تهدف النتائج إلى إبلاغ كل من المجتمع العلمي والجهات الفنية، مع اقتراح اتجاهات للبحث المستقبلي والاعتبارات التشريعية.
نقاش
ت outlines قسم النقاش في ورقة البحث النهج المنهجي المتبع للتحقيق في الميكروبلاستيك (MPs) في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية (WWTPs). تهدف الدراسة إلى تحديد المواقع المثلى للتقنيات التي تعزز إزالة وتحلل MPs، مع فحص دور WWTPs في مصير MPs ومسارات التعرض المحتملة للبشر، خاصة من خلال إعادة استخدام الحمأة في الزراعة. تم إجراء مراجعة أدبية شاملة، تركزت على الوثائق التي تمت مراجعتها من قبل الأقران المنشورة بعد عام 2014، مما أسفر عن تحليل 89 مقالة ذات صلة. تبرز النتائج تباينًا كبيرًا في تركيزات MPs في مياه الصرف الصحي الحضرية غير المعالجة، المتأثرة بعوامل مثل نوع مياه الصرف، والمساهمات الصناعية، والسياق الاجتماعي الاقتصادي للسكان.
توضح الورقة فعالية مراحل المعالجة المختلفة في WWTPs فيما يتعلق بإزالة MPs. يمكن أن تزيل المعالجات الأولية ما يصل إلى 70-80% من MPs، بينما تكون المعالجات البيولوجية أقل فعالية بسبب أوقات الاحتفاظ القصيرة وطبيعة MPs. يمكن أن تقلل المعالجات النهائية، مثل الترشيح بالرمل السريع وأنظمة الأغشية، من تركيزات MPs بشكل أكبر، لكن فعاليتها تختلف بناءً على ظروف التشغيل وخصائص MPs. يشكل تراكم MPs في الحمأة مخاطر على النظم البيئية، خاصة عندما يتم إعادة استخدام الحمأة كمعزز للتربة. كما أن وجود MPs يؤثر على عمليات WWTPs من خلال التسبب في انسدادات، وتغيير المجتمعات الميكروبية، وزيادة استهلاك الطاقة المحتمل. تختتم الورقة باقتراحات لتحسين أداء WWTPs ضد MPs، مع التأكيد على الحاجة إلى تحسين المعايير التشغيلية والترقيات الهيكلية في عمليات المعالجة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172675
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38670366
Publication Date: 2024-04-25
Author(s): Marco Carnevale Miino et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
The research paper discusses the optimal placement of technologies within wastewater treatment plants (WWTPs) to address the issue of microplastics (MPs) in urban wastewater (WW). It highlights that MPs, primarily composed of fibers and fragments, vary by geographical region and are not effectively degraded during conventional treatment processes. While these processes can remove up to 99% of MPs through physical separation, a significant portion remains in sewage sludge, posing environmental risks, especially when sludge is reused as soil improver. The study emphasizes that biological stabilization is ineffective for MP degradation, and dewatering is the only method that can reduce MP content in sludge, albeit without effective degradation.
The authors advocate for a combined approach that enhances both wastewater and sludge treatment lines to mitigate MP contamination without compromising sludge quality. They identify several research gaps, including the need for data on MPs in other WWTP residues, the impact of sludge treatment on MP concentration, and the effectiveness of additional treatments like thermal processes. Furthermore, they call for new legislation to impose limits on MP content in WWTP discharges and sewage sludge, particularly for agricultural reuse. The findings suggest that current WWTPs are inadequate in preventing MP release into the environment, highlighting the necessity for both improved treatment efficiency and source reduction strategies.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the growing concern surrounding microplastics (MPs), defined as plastic particles smaller than 5 mm, with a further classification of nanoplastics for particles under 1 μm. MPs can be categorized as primary, intentionally manufactured for specific uses, or secondary, resulting from the degradation of larger plastic items. The authors highlight the significant environmental and health risks posed by MPs, noting that their annual release varies globally, with North America contributing approximately 212 grams per capita. Preliminary studies indicate potential health disruptions from MP exposure, including inflammation in animal models and accumulation in human organs.
The paper emphasizes the role of wastewater treatment plants (WWTPs) in managing MP pollution, as these facilities often concentrate MPs in sewage sludge rather than effectively removing them. This is particularly concerning given the common agricultural reuse of sludge, which may inadvertently transfer MPs into soil ecosystems. The authors propose that existing literature lacks a comprehensive comparison of treatment technologies aimed at reducing MP release, particularly regarding optimal intervention points within WWTPs. This review aims to fill that gap by evaluating various treatment processes and their effectiveness in mitigating MP pollution, ultimately advocating for a paradigm shift in viewing WWTPs as critical barriers to environmental contamination rather than mere hotspots for MPs. The findings are intended to inform both the scientific community and technical stakeholders, while also suggesting directions for future research and legislative considerations.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodological approach taken to investigate microplastics (MPs) in urban wastewater treatment plants (WWTPs). The study aims to identify optimal locations for technologies that enhance MPs removal and degradation, while also examining the role of WWTPs in the fate of MPs and potential human exposure pathways, particularly through the reuse of sewage sludge in agriculture. A comprehensive literature review was conducted, focusing on peer-reviewed documents published after 2014, resulting in the analysis of 89 relevant articles. The findings highlight significant variability in MPs concentrations in untreated urban wastewater, influenced by factors such as the type of wastewater, industrial contributions, and the socioeconomic context of the population.
The paper details the effectiveness of various treatment stages in WWTPs concerning MPs removal. Primary treatments can eliminate up to 70-80% of MPs, while biological treatments are less effective due to the short retention times and the nature of MPs. Polishing treatments, such as rapid sand filtration and membrane systems, can further reduce MPs concentrations, but their effectiveness varies based on operational conditions and the characteristics of the MPs. The accumulation of MPs in sewage sludge poses risks for ecosystems, particularly when sludge is reused as a soil improver. The presence of MPs also impacts WWTP operations by causing blockages, altering microbial communities, and potentially increasing energy consumption. The paper concludes with suggestions for improving WWTP performance against MPs, emphasizing the need for optimized operational parameters and structural upgrades in treatment processes.