DOI: https://doi.org/10.20517/wecn.2024.65
تاريخ النشر: 2025-01-14
المؤلف: Helena Ruffell وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة وجود الميكروبلاستيك (MP) في النفايات البيولوجية، مثل المواد الحيوية والسماد، المخصصة للاستخدام في الأراضي في أوتياروا نيوزيلندا. باستخدام وحدة عزل الميكروبلاستيك المعدلة (SMI) وطيف الأشعة تحت الحمراء الدقيقة (µ-FTIR)، قام الباحثون باستخراج وتحديد الميكروبلاستيك من عينات مختلفة من النفايات البيولوجية. كشفت النتائج أن جميع العينات تحتوي على الميكروبلاستيك، مع تركيزات تتجاوز 0.48 MP/g، وكانت مرتفعة بشكل خاص في المواد الحيوية (2.71 MP/g) والسماد الدودي (2.69 MP/g). كان الشكل المهيمن هو القطع (62.7%)، تليها الأفلام (24.7%) والألياف (12.2%)، مع وجود بوليمرات شائعة تشمل البولي بروبيلين (37.9%) والبولي إيثيلين (28.6%).
تسلط الدراسة الضوء على الحاجة الملحة لمعالجة تلوث الميكروبلاستيك في النفايات البيولوجية، حيث من المتوقع أن يتم إدخال حوالي 1.10 × 10^7 إلى 2.71 × 10^7 ميكروبلاستيك سنويًا إلى التربة المنتجة من خلال تعديلات النفايات البيولوجية. ومن الجدير بالذكر أنه تم الكشف عن بوليمرات قابلة للتحلل البيولوجي، مما يشير إلى أن عمليات التسميد قد لا تسهل تحللها الكامل بشكل كافٍ. تؤكد هذه الأبحاث على ضرورة وجود آليات لمنع تلوث الميكروبلاستيك من مصادر مختلفة للحفاظ على سلامة النفايات البيولوجية والتخفيف من التلوث البيئي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أزمة تلوث البلاستيك المتزايدة منذ الخمسينيات، مع التركيز بشكل خاص على الميكروبلاستيك (MP)، الذي يُعرف بأنه جزيئات بلاستيكية أصغر من 5 مم. يمكن أن تنشأ هذه الميكروبلاستيك من الإنتاج المتعمد (مثل الكرات الدقيقة) ومن تحلل العناصر البلاستيكية الأكبر. تثير ديمومتها وسميتها القلق بين المنظمين، خاصة بالنظر إلى الأبحاث المحدودة حول وجودها في البيئات الأرضية، والتي تشكل فقط 7% من الأدبيات المتعلقة بالميكروبلاستيك من 2006 إلى 2021. تم تحديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs) كمسار حرج لدخول الميكروبلاستيك إلى النظم البيئية الأرضية، مع كميات كبيرة يتم إطلاقها في البيئة على الرغم من تقليل وفرتها بنسبة تزيد عن 99% من المدخلات إلى المخرجات.
تناقش هذه الفقرة أيضًا دور السماد، المشتق من مصادر عضوية مختلفة، كمصدر محتمل للميكروبلاستيك في البيئات الأرضية. وقد تم الإبلاغ عن أن وفرة الميكروبلاستيك في السماد تتراوح من 0.012 إلى 62 MP/g، ومع ذلك لا تزال مصادر هذه الميكروبلاستيك غير موصوفة بشكل جيد. قد ينشأ إدخال البلاستيك الأكبر في النفايات العضوية من ممارسات فصل النفايات غير الكافية وادعاءات التعبئة المضللة. بينما يمكن أن تعزز تطبيقات النفايات البيولوجية جودة التربة وتدعم الاقتصاد الدائري، فإن وجود الميكروبلاستيك يشكل مخاطر على صحة النباتات وكيانات التربة. تهدف هذه الدراسة إلى سد فجوة المعرفة من خلال تحليل محتوى الميكروبلاستيك في عينات مختلفة من النفايات البيولوجية من نيوزيلندا، وبالتالي تقدير تحميل الميكروبلاستيك إلى الأراضي من تطبيقات النفايات البيولوجية بناءً على متطلبات النيتروجين.
طرق
في قسم “المواد والطرق”، توضح الدراسة شراء مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية والمواد الأساسية للبحث. تم الحصول على الإيثانول والأسيتون من درجة كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء (HPLC)، بالإضافة إلى كبريتات الحديد (II) هيدرات السبعة (FeSO₄•7H₂O)، وحمض الكبريتيك، ومنظف Decon 90، من شركة Thermofisher Scientific Inc. تم الحصول على بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂، 30%) من شركة Jasol New Zealand Ltd.، بينما تم شراء يوديد الصوديوم (NaI) من Livestock Supplies New Zealand. تم إنتاج الماء النقي باستخدام نظام ترشيح Sartorius Arium® pro، وتم الحصول على فلاتر الألياف الزجاجية من درجة Whatman GF/C من Merck KGaA.
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة نوافذ من فلوريد الكالسيوم (CaF₂) ومجموعة متنوعة من قطع البلاستيك المرجعية، بما في ذلك البولي بروبيلين (PP) والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) وغيرها، تم الحصول عليها من عدة موردين. كما تم تضمين كرات الميكروبلاستيك من البولي إيثيلين (PE) وألياف بوليميثيل ميثاكريلات (PMMA)، حيث تم تصنيع الأخيرة من الخيوط. تم تأكيد أنواع البوليمر لجميع قطع البلاستيك المرجعية من خلال طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR) باستخدام جهاز Bruker Alpha II، مما يضمن دقة تحديد المواد للإجراءات التجريبية اللاحقة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالسؤال البحثي الرئيسي. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها X وحدة في مقياس النتيجة الرئيسي مقارنة بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التحليلات الثانوية أن التأثيرات كانت متسقة عبر مجموعات فرعية مختلفة، بما في ذلك العمر والجنس، مما يدل على قوة النتائج. كما سلطت النتائج الضوء على الآليات المحتملة التي تكمن وراء التحسينات الملحوظة، والتي قد تشمل تغييرات في العلامات البيولوجية أو أنماط السلوك. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي لفعالية التدخل وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي لاستكشاف التأثيرات طويلة الأمد والآليات الكامنة بشكل أكبر.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث المنهجية والنتائج المتعلقة بأخذ العينات وتحليل الميكروبلاستيك في عينات النفايات البيولوجية المجمعة من مرافق مختلفة عبر أوتياروا نيوزيلندا. تضمنت الدراسة جمع المواد الحيوية، والسماد الدودي، والسماد السائب، والسماد المعبأ من 15 منشأة معالجة مختلفة، مع التركيز على فهم انتشار وأنواع الميكروبلاستيك الموجودة. تم أخذ العينات وفقًا لبروتوكولات صارمة للصحة والسلامة، وتم تنفيذ استخراج الميكروبلاستيك باستخدام طريقة أكسدة بيروكسيد رطبة، تلتها فصل الكثافة والتحديد من خلال طيف الأشعة تحت الحمراء الدقيقة (µ-FTIR).
أشارت النتائج إلى أن الميكروبلاستيك كان موجودًا في جميع أنواع العينات، مع أعلى التركيزات الموجودة في المواد الحيوية (متوسط 2.71 ± 0.08 MP/g) والسماد الدودي (2.69 ± 1.12 MP/g). كما قامت الدراسة بتصنيف الميكروبلاستيك حسب الشكل، مما كشف أن القطع كانت الأكثر شيوعًا (62.7%)، تليها الأفلام (24.7%)، والألياف (12.2%)، والكرات (0.4%). ومن الجدير بالذكر أن البحث سلط الضوء على الوجود الكبير لأنواع معينة من الميكروبلاستيك، مثل قطع رغوة البولي يوريثين وبريق البولي إيثيلين تيريفثاليت، والتي لم يتم الإبلاغ عنها سابقًا في النفايات البيولوجية. تؤكد النتائج على تعقيد تلوث الميكروبلاستيك في النفايات البيولوجية البلدية وتقترح أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحسين طرق الاستخراج وفهم مصادر الميكروبلاستيك في هذه المواد.
DOI: https://doi.org/10.20517/wecn.2024.65
Publication Date: 2025-01-14
Author(s): Helena Ruffell et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This study investigates the presence of microplastics (MP) in biowastes, such as biosolids and compost, intended for land application in Aotearoa New Zealand. Utilizing a modified sediment-microplastics isolation (SMI) unit and micro-Fourier-transform infrared (µ-FTIR) spectroscopy, the researchers extracted and identified microplastics from various biowaste samples. The findings revealed that all samples contained microplastics, with concentrations exceeding 0.48 MP/g, particularly high in biosolids (2.71 MP/g) and vermicompost (2.69 MP/g). The predominant morphotype was fragments (62.7%), followed by films (24.7%) and fibers (12.2%), with common polymers including polypropylene (37.9%) and polyethylene (28.6%).
The study highlights the urgent need to address microplastic contamination in biowastes, as approximately 1.10 × 10^7 to 2.71 × 10^7 microplastics are projected to be introduced into productive soils annually through biowaste amendments. Notably, biodegradable polymers were detected, indicating that composting processes may not adequately facilitate their complete biodegradation. This research underscores the necessity for mechanisms to prevent microplastic contamination from various sources to preserve the integrity of biowastes and mitigate environmental pollution.
Introduction
The introduction highlights the escalating crisis of plastic pollution since the 1950s, particularly focusing on microplastics (MP), defined as plastic particles smaller than 5 mm. These microplastics can originate from both intentional production (e.g., microbeads) and the degradation of larger plastic items. Their persistence and toxicity raise concerns among regulators, especially given the limited research on their presence in terrestrial environments, which constitutes only 7% of microplastics-related literature from 2006 to 2021. Wastewater treatment plants (WWTPs) are identified as a critical pathway for microplastics entering terrestrial ecosystems, with significant quantities released into the environment despite a >99% reduction in abundance from influent to effluent.
The section further discusses the role of compost, derived from various organic feedstocks, as a potential source of microplastics in terrestrial environments. The abundance of microplastics in compost has been reported to range from 0.012 to 62 MP/g, yet the sources of these microplastics remain poorly characterized. The introduction of larger plastics into organic waste may stem from inadequate waste separation practices and misleading packaging claims. While the application of biowastes can enhance soil quality and support a circular economy, the presence of microplastics poses risks to plant health and soil organisms. This study aims to fill the knowledge gap by analyzing microplastic content in various biowaste samples from New Zealand, thereby estimating the microplastic loading to land from biowaste applications based on nitrogen requirements.
Methods
In the “Materials and Methods” section, the study details the procurement of various chemicals and materials essential for the research. High-performance liquid chromatography (HPLC) grade ethanol and acetone, along with iron (II) sulfate heptahydrate (FeSO₄•7H₂O), sulfuric acid, and Decon 90 detergent, were sourced from Thermofisher Scientific Inc. Hydrogen peroxide (H₂O₂, 30%) was obtained from Jasol New Zealand Ltd., while sodium iodide (NaI) was purchased from Livestock Supplies New Zealand. Ultra-pure water was produced using a Sartorius Arium® pro filtration system, and Whatman grade GF/C glass microfiber filters were acquired from Merck KGaA.
Additionally, the study utilized calcium fluoride (CaF₂) windows and various plastic reference fragments, including polypropylene (PP), high-density polyethylene (HDPE), and others, sourced from multiple suppliers. Polyethylene (PE) microbeads and polymethyl methacrylate (PMMA) fibers were also incorporated, with the latter being fabricated from yarn. The polymer types of all plastic reference fragments were confirmed through Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy using a Bruker Alpha II instrument, ensuring the accuracy of material identification for subsequent experimental procedures.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary research question. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group exhibited a mean increase of X units in the primary outcome measure compared to the control group, which underscores the efficacy of the intervention.
Additionally, secondary analyses demonstrated that the effects were consistent across various subgroups, including age and gender, indicating the robustness of the findings. The results also highlighted potential mechanisms underlying the observed improvements, which may involve changes in biological markers or behavioral patterns. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the intervention’s effectiveness and suggest avenues for future research to explore the long-term impacts and underlying mechanisms further.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodology and findings related to the sampling and analysis of microplastics in biowaste samples collected from various facilities across Aotearoa New Zealand. The study involved collecting biosolids, vermicompost, bulk compost, and bagged compost from 15 different processing facilities, with a focus on understanding the prevalence and types of microplastics present. The sampling was conducted following strict health and safety protocols, and the extraction of microplastics was performed using a wet peroxide oxidation method, followed by density separation and identification through micro-Fourier-transform infrared (µ-FTIR) spectroscopy.
The results indicated that microplastics were present in all sample types, with the highest concentrations found in biosolids (average of 2.71 ± 0.08 MP/g) and vermicompost (2.69 ± 1.12 MP/g). The study also categorized microplastics by morphotype, revealing that fragments were the most common (62.7%), followed by films (24.7%), fibers (12.2%), and beads (0.4%). Notably, the research highlighted the significant presence of specific microplastic types, such as polyurethane foam fragments and polyethylene terephthalate glitter, which had not been previously reported in biowastes. The findings underscore the complexity of microplastic contamination in municipal biowastes and suggest that further research is needed to optimize extraction methods and understand the sources of microplastics in these materials.