Porównawcza ocena osadu czynnego i elektrokoagulacji w usuwaniu mikroplastików ze ścieków

Dlaczego drobne tworzywa sztuczne w ściekach mają znaczenie dla codziennego życia

Za każdym razem, gdy pierzemy ubrania, płuczemy pojemniki po żywności lub używamy produktów zapakowanych w plastik, drobne fragmenty plastiku zbyt małe, by je zobaczyć, spływają do kanalizacji. Te „mikroplastiki” mogą przechodzić przez oczyszczalnie ścieków i trafiać do rzek oraz morza, gdzie mogą zostać zjedzone przez ryby i w końcu powrócić na nasze talerze. Badanie stawia proste, lecz istotne pytanie: jak skutecznie typowa miejska oczyszczalnia usuwa te cząstki i czy relatywnie proste dodatkowe ogniwo procesu może zatrzymać ich znacznie więcej, zanim trafią do środowiska?

Małe plastiki, duży problem środowiskowy

Mikroplastiki to fragmenty i włókna tworzyw sztucznych mniejsze niż pięć milimetrów—często znacznie mniejsze. Powstają z rozpadu toreb i butelek, ścierania syntetycznych ubrań podczas prania oraz z drobnych kuleczek niegdyś stosowanych w kosmetykach. Ponieważ plastik rozdrabnia się, a nie całkowicie ulega rozkładowi, te cząstki mogą przebywać w wodzie przez lata. Mogą być połykane przez organizmy od planktonu po ryby, przenosić na swojej powierzchni szkodliwe związki chemiczne i metale oraz stanowić siedlisko dla społeczności mikroorganizmów, w tym potencjalnych patogenów. Oczyszczalnie ścieków znajdują się w krytycznym wąskim gardle: obsługują ogromne ilości wody i mogą albo zatrzymać te cząstki, albo wypłukać je do cieków wodnych poniżej.

Dokładne badanie rzeczywistej oczyszczalni

Naukowcy skoncentrowali się na oczyszczalni ścieków w mieście Kafr Saad w Egipcie, która stosuje powszechną metodę zwaną osadem czynnym, gdzie mikroby rozkładają materię organiczną. Przez miesiąc w okresie letnim pobierali próbki dopływających ścieków oraz oczyszczonej wody końcowej, a następnie starannie je przetwarzali, aby nie wprowadzać przypadkowych włókien z laboratorium. Zastosowali trawienie chemiczne w celu usunięcia naturalnych zanieczyszczeń, separację gęstościową aby oddzielić plastiki od cięższych ziaren oraz drobne filtry do wychwycenia cząstek poniżej mikrometra. Pod stereomikroskopami i mikroskopami elektronowymi liczyli i obrazowali fragmenty, a techniki oparte na podczerwieni oraz analiza elementarna pozwoliły zidentyfikować rodzaje obecnych tworzyw.

Jak dobrze działa obecne oczyszczanie — i gdzie zawodzi

Przed jakimkolwiek oczyszczaniem każdy litr dopływających ścieków zawierał około 136 sztuk mikroplastików, głównie cienkich włókien i nieregularnych fragmentów w różnych kolorach. Po przejściu przez standardowe etapy oczyszczalni — w tym osadniki, napowietrzanie z udziałem mikroorganizmów i dezynfekcję — liczba ta spadła do około 23 cząstek na litr, co odpowiada mniej więcej 83-procentowej redukcji. Choć brzmi to imponująco, nadal oznacza to miliony cząstek wypływających z zakładu każdego dnia, zwłaszcza najmniejsze i najlżejsze, które najtrudniej wychwycić. Analizy chemiczne wykazały, że większość cząstek składała się z powszechnie używanych tworzyw, takich jak polietylen i polipropylen — powszechne w opakowaniach i tekstyliach — wraz z mniejszymi ilościami poliestru, polistyrenu i innych polimerów.

Dodanie prądu, by zlepiać plastiki

Aby sprawdzić, czy usuwanie można poprawić, naukowcy przetestowali dodatkowy etap zwany elektrokoagulacją zarówno na surowej, jak i już oczyszczonej wodzie. W tej metodzie w wodzie umieszcza się proste metalowe płyty i przyłożony zostaje niski prąd elektryczny. Metal stopniowo rozpuszcza się, uwalniając naładowane cząstki, które sprzyjają zlepianiu się mikroplastików i innych zanieczyszczeń w większe „floki”, które albo unoszą się, albo opadają i mogą być oddzielone. W ich reaktorze laboratoryjnym, przy użyciu płyt aluminiowych i łagodnych warunków pracy, stężenie w surowych ściekach spadło do około 12 cząstek na litr, a w już oczyszczonej wodzie do zaledwie 2 cząstek na litr, co odpowiada sprawności usunięcia powyżej 91% — lepszej niż sam proces konwencjonalny. Mikroskopia i analiza elementarna potwierdziły, że to, co pozostało po tym etapie, to w dużej mierze reziduum nieorganiczne, a nie plastik.

Co to oznacza dla czystszej wody

Dla osób niebędących specjalistami kluczowy wniosek jest taki, że nawet dobrze prowadzona oczyszczalnia ścieków nadal uwalnia mikroplastiki, ale dodatkowe, stosunkowo niskotechniczne leczenie elektryczne może usunąć większość tych cząstek, które się przez nią przemykają. Zachęcając drobinki plastiku do zlepiania się i osadzania, elektrokoagulacja przekształca trudną do wychwycenia mgiełkę cząstek w większe masy, które można traktować jako osad. Badanie sugeruje, że instalacja tego etapu po zwykłym procesie biologicznym mogłaby znacząco ograniczyć zanieczyszczenie mikroplastikami zmierzające do rzek i mórz, bez nadmiernego obciążania systemu ani zakłócania mikroorganizmów odpowiedzialnych za główne oczyszczanie. Choć nadal potrzebne są próby w skali rzeczywistej, to połączenie tych metod oferuje obiecującą drogę do zatrzymania większej ilości plastiku poza środowiskami wodnymi — a ostatecznie także z naszych pokarmów i wody pitnej.

Cytowanie: El-Ezaby, K.H., Abou Samra, R.M., Hamzawy, A.H. et al. Comparative evaluation of activated sludge and electrocoagulation for microplastics removal from sewage. Sci Rep 16, 9675 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41175-1

Słowa kluczowe: mikroplastiki, oczyszczanie ścieków, elektrokoagulacja, osad czynny, zanieczyszczenie ściekami