میکروپلاستیک ها، ذرات پلاستیکی بسیار ریز با قطر کمتر از 5 میلی متر، به یکی از بزرگ ترین تهدیدهای محیط زیست و منابع آبی جهان تبدیل شده اند. این ذرات از منابع مختلفی مانند فاضلاب خانگی، صنعتی، کشاورزی و زباله های پلاستیکی وارد آب و فاضلاب می شوند و به دلیل اندازه بسیار کوچک، حذف آنها با روشهای سنتی تصفیه آب دشوار است.
حذف میکروپلاستیک ها از آب و فاضلاب اهمیت بسیاری دارد؛ چرا که این ذرات می توانند وارد زنجیره غذایی انسان و حیوانات شوند، کیفیت آب را کاهش دهند و به سلامت انسان آسیب برسانند. در این مقاله، به بررسی روش های مختلف تصفیه آب و فاضلاب از میکروپلاستیک ها، از روشهای فیزیکی تا نوین ترین فناوری های روز دنیا، می پردازیم.
میکروپلاستیک چیست؟
میکروپلاستیک ها به ذرات پلاستیکی گفته می شود که اندازه ای کمتر از 5 میلی متر دارند و می توانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم وارد محیط زیست شوند. این ذرات ممکن است از تجزیه پلاستیک های بزرگ، الیاف مصنوعی لباس ها یا حتی صنایع پلاستیک سازی همچون کارخانجات ساخت مخازن پلی اتیلن حاصل شوند.
اثرات منفی میکروپلاستیک ها شامل موارد زیر است:
- آلودگی منابع آب: کاهش کیفیت آب های آشامیدنی و صنعتی.
- تأثیر بر زندگی آبزیان: ورود ذرات به دستگاه گوارش ماهی ها و صدف ها.
- خطر برای سلامت انسان: تجمع در زنجیره غذایی و احتمال ایجاد بیماری های گوارشی و هورمونی.
بنابراین، استفاده از روش های کارآمد تصفیه برای حذف میکروپلاستیک ها از آب و فاضلاب ضروری است.
منابع ورود میکروپلاستیک به آب و فاضلاب
میکروپلاستیک ها از منابع مختلف وارد آب و فاضلاب می شوند و به دلیل اندازه کوچک، می توانند به راحتی در محیط های آبی منتشر شوند.
- فاضلاب خانگی: فاضلاب خانگی یکی از مهمترین منابع میکروپلاستیک ها است. شست وشوی لباس های مصنوعی مانند پلی استر و نایلون باعث آزاد شدن الیاف ریز پلاستیکی به آب می شود. این ذرات از طریق سیستم فاضلاب وارد تصفیه خانه ها شده و بخشی از آن ها ممکن است به محیط زیست راه پیدا کنند.
- فاضلاب صنعتی: کارخانه های تولید یا فرآوری پلاستیک مقادیر قابل توجهی ذرات ریز پلاستیک به فاضلاب صنعتی وارد می کنند. این ذرات معمولاً در مراحل اولیه تصفیه باقی می مانند و می توانند وارد منابع آب طبیعی شوند.
- کشاورزی و فعالیت های انسانی: فعالیت های کشاورزی مانند استفاده از کودها و مواد پلاستیکی، پوشش های پلاستیکی گلخانه ها و آبیاری با آبهای آلوده، می توانند میکروپلاستیک ها را به منابع آب منتقل کنند. همچنین فعالیت های شهری مانند زباله ریزی و مدیریت نادرست زباله ها سهمی در ورود میکروپلاستیک دارند.
- تجزیه پلاستیک های بزرگ: زباله های پلاستیکی رها شده در محیط تحت تأثیر نور خورشید، باد و جریان آب خرد شده و به ذرات ریز پلاستیکی تبدیل می شوند. این ذرات با جریان آب وارد سیستم های فاضلاب و منابع آبی می شوند و آلودگی میکروپلاستیک ها را افزایش می دهند.
چالش های تصفیه میکروپلاستیک ها
- اندازه بسیار کوچک ذرات: میکروپلاستیک ها معمولاً کمتر از 5 میلیمتر هستند و بسیاری از آنها حتی به اندازه نانو (<100 نانومتر) می رسند. این اندازه کوچک باعث می شود که ذرات از فیلترهای سنتی و تجهیزات مکانیکی عبور کنند و به راحتی در آب باقی بمانند. حذف چنین ذراتی نیازمند فناوری های پیشرفته غشایی یا روش های شیمیایی و بیولوژیکی است.
- ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مقاوم: میکروپلاستیک ها عمدتاً از پلیمرهایی ساخته شده اند که در برابر تجزیه شیمیایی، بیولوژیکی و حرارتی مقاوم هستند. به همین دلیل، روش های معمول تصفیه آب مانند کلرزنی یا جذب معمولی برای تجزیه آن ها کافی نیست.
- تنوع منابع و اشکال: میکروپلاستیک ها می توانند به صورت الیاف، گلوله های پلاستیکی، ذرات خرد شده یا فیلم های نازک وارد آب شوند. این تنوع شکل و ترکیب باعث می شود که یک روش واحد برای حذف همه انواع مؤثر نباشد و معمولاً ترکیب روش ها لازم است.
- تداخل با سایر آلاینده ها: در فاضلاب و منابع آب، میکروپلاستیک ها همراه با مواد آلی، فلزات سنگین و لجن وجود دارند. این موضوع می تواند راندمان روش های حذف فیزیکی یا شیمیایی را کاهش دهد و نیاز به پیش تصفیه یا مراحل ترکیبی ایجاد کند.
- هزینه و مصرف انرژی بالا: روش های مؤثر برای حذف میکروپلاستیک ها، مانند غشای اولترافیلتراسیون، اکسیداسیون پیشرفته و فناوری نانو، معمولاً هزینه نصب و نگهداری بالایی دارند و مصرف انرژی بالایی نیز دارند، که پیاده سازی گسترده در تصفیه خانه ها را چالش برانگیز می کند.
- ایجاد لجن و پسماند ثانویه: روش هایی مانند انعقاد و لخته سازی یا فیلترهای مکانیکی، میکروپلاستیک ها را از آب جدا می کنند، اما باعث تولید لجن یا ذرات جمع آوری شده می شوند که باید مدیریت و دفع شوند. این پسماند خود یک چالش محیط زیستی جدید است.
انواع روش های تصفیه میکروپلاستیک ها
حذف میکروپلاستیک ها از آب و فاضلاب به دلیل اندازه کوچک و مقاومت شیمیایی آن ها چالش برانگیز است. برای این منظور، روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی توسعه یافته اند که هرکدام به نحوی ذرات پلاستیکی را جدا یا تجزیه می کنند و استفاده ترکیبی از آن ها راندمان تصفیه را افزایش می دهد.
روش های فیزیکی تصفیه میکروپلاستیک ها
روش های فیزیکی تصفیه میکروپلاستیک ها بر اساس جدا کردن ذرات پلاستیکی از آب یا فاضلاب با استفاده از فرآیندهای مکانیکی و غشایی انجام می شوند. یکی از ابتدایی ترین و رایج ترین روش ها، غربالگری و فیلتر مکانیکی است. در این روش، آب یا فاضلاب از طریق شبکه های مش بندی یا غربال هایی با اندازه منافذ مشخص عبور می کند و ذرات بزرگ تر از اندازه مش جدا می شوند. این فرآیند ساده و کم هزینه است و به سرعت بخشیدن به مراحل اولیه تصفیه کمک می کند، اما برای ذرات بسیار ریز کارایی ندارد و معمولاً باید با روش های دیگر ترکیب شود.
روش دیگر، استفاده از غشاهای فیلتراسیون پیشرفته مانند اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و حتی اسمز معکوس است. در این روش، آب تحت فشار از غشاهایی با منافذ بسیار ریز عبور می کند و ذرات میکروپلاستیک تا اندازه نانو به طور مؤثر جدا می شوند. این فناوری توانایی حذف ذرات ریز و متوسط را دارد و کیفیت آب خروجی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. با این حال، این روش هزینه نصب و نگهداری بالایی دارد و نیازمند تجهیزات تخصصی و فشار مناسب است.
علاوه بر این، انعقاد و لخته سازی فیزیکی نیز به عنوان یک روش فیزیکی ترکیبی کاربرد دارد. در این فرآیند، ذرات ریز میکروپلاستیک با استفاده از مواد منعقدکننده به یکدیگر چسبیده و تشکیل لخته می دهند. سپس این لخته ها با ته نشینی یا فیلتراسیون از آب جدا می شوند. این روش برای حجم های بالای فاضلاب شهری و صنعتی مناسب است و معمولاً با سایر روش ها ترکیب می شود تا راندمان حذف ذرات افزایش یابد. با این حال، تولید لجن و نیاز به مدیریت مواد شیمیایی از محدودیت های آن است.
روش های شیمیایی تصفیه میکروپلاستیک ها
روش های شیمیایی بر پایه تجزیه یا جذب میکروپلاستیک ها با استفاده از واکنش های شیمیایی و مواد جاذب انجام می شوند. یکی از مهم ترین این روش ها، اکسیداسیون پیشرفته است. در این فرآیند از ازن ژنراتور، پراکسید هیدروژن، یا نور فرابنفش (UV) برای شکستن زنجیره های پلیمری میکروپلاستیک ها استفاده می شود. این واکنش ها باعث کاهش اندازه ذرات و گاهی تجزیه کامل آنها به ترکیبات کم ضرر می شوند. اکسیداسیون پیشرفته به ویژه در تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب صنعتی کاربرد دارد و می تواند ذرات ریز و مقاوم را حذف کند. با این حال، هزینه بالای انرژی و تجهیزات، یکی از محدودیت های اصلی این روش است.
روش دیگری که در دسته شیمیایی قرار می گیرد، جذب با مواد شیمیایی یا نانوذرات است. در این روش، میکروپلاستیک ها به سطح مواد جاذب مانند کربن فعال، نانوذرات سیلیکا یا آهن می چسبند و سپس از آب جدا می شوند. این روش برای ذرات بسیار ریز و نانوپلاستیک ها مؤثر است و در برخی تصفیه های صنعتی و تحقیقاتی به کار می رود. محدودیت آن شامل هزینه مواد جاذب و نیاز به تعویض یا بازیافت این مواد است.
روش های بیولوژیکی تصفیه میکروپلاستیک ها
روش های بیولوژیکی بر اساس تجزیه میکروپلاستیک ها توسط میکروارگانیسم ها انجام می شوند. برخی باکتری ها و قارچ ها قادر به شکستن زنجیره های پلیمری هستند و می توانند پلیمرهای خاص را به ترکیبات ساده تر تبدیل کنند. این روش نسبت به روش های شیمیایی انرژی کمتری مصرف می کند و از نظر محیط زیستی پایدارتر است. با این حال، سرعت تجزیه پایین است و برای برخی پلاستیک ها کارایی ندارد، بنابراین معمولاً به صورت ترکیبی با روش های فیزیکی یا شیمیایی استفاده می شود.
علاوه بر بیورمیدیشن، روش های نوین تحقیقاتی نیز در این دسته قرار می گیرند. استفاده از فناوری های مغناطیسی و الکتریکی برای حرکت و جداسازی ذرات ریز، یا ترکیب روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، نمونه هایی از این رویکردهای نوین هستند. این روش ها هنوز عمدتاً در سطح تحقیقاتی یا تصفیه های صنعتی پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند، اما پتانسیل بالایی برای حذف کامل میکروپلاستیک ها در آینده دارند.
مقایسه روش های تصفیه میکروپلاستیک ها
روش های مختلف تصفیه میکروپلاستیکها هر کدام مزایا، محدودیت ها و کاربردهای خاص خود را دارند و انتخاب مناسب ترین روش بستگی به نوع آب یا فاضلاب، اندازه ذرات و مقیاس تصفیه دارد.
روش های فیزیکی مانند غربالگری، فیلتر مکانیکی و غشاهای فیلتراسیون، برای حذف ذرات بزرگ و متوسط بسیار مؤثر هستند. این روش ها ساده و سریع هستند و در بسیاری از تصفیه خانه های شهری و صنعتی به عنوان مرحله پیش تصفیه استفاده می شوند. با این حال، توانایی حذف ذرات ریز و نانوپلاستیک ها محدود است و هزینه تجهیزات پیشرفته غشایی بالا می باشد.
روش های شیمیایی بر اساس تجزیه یا جذب ذرات ریز عمل می کنند. اکسیداسیون پیشرفته با ازن ، پراکسید هیدروژن یا UV می تواند ذرات مقاوم را تجزیه کند و مواد جاذب موجود در فیلتر کربنی یا نانوذرات، ذرات ریز را جذب و از آب جدا می کنند. این روش ها برای حذف میکروپلاستیک های کوچک و افزایش کیفیت آب خروجی بسیار مؤثر هستند، اما هزینه بالا و نیاز به تجهیزات تخصصی و انرژی بیشتر، از محدودیت های آن ها محسوب می شود.
روش های بیولوژیکی و نوین از توانایی میکروارگانیسم ها برای تجزیه پلیمرهای پلاستیکی بهره می برند و به محیط زیست کمتر آسیب می رسانند. سرعت تجزیه در این روش ها معمولاً پایین است و محدود به برخی انواع پلاستیک ها می شود، اما وقتی با روش های فیزیکی یا شیمیایی ترکیب شوند، راندمان حذف میکروپلاستیک ها افزایش می یابد. فناوری های نوین مانند جداسازی مغناطیسی یا الکتریکی نیز به عنوان روش های تحقیقاتی امکان حذف ذرات ریز و نانو را فراهم می کنند، هرچند هنوز در مرحله توسعه و صنعتی شدن هستند.
مدیریت و دفع پسماند ناشی از تصفیه میکروپلاستیک ها
در فرآیند تصفیه آب و فاضلاب، روش هایی مانند فیلتراسیون، انعقاد و لخته سازی ذرات میکروپلاستیک را از آب جدا می کنند، اما این ذرات پس از جداسازی به شکل لجن یا پسماند جامد باقی می مانند. مدیریت صحیح این پسماندها اهمیت بالایی دارد، زیرا اگر به محیط بازگردند، دوباره به منابع آب و خاک وارد شده و آلودگی ایجاد می کنند.
یکی از روش های اصلی مدیریت پسماند، تثبیت و فشرده سازی لجن است. لجن جمع آوری شده پس از فشرده شدن و کاهش حجم، می تواند به مراکز دفن مطمئن منتقل شود تا از انتشار مجدد میکروپلاستیک جلوگیری شود.
روش دیگر، بازیافت و استفاده مجدد از پلاستیک ها است. در برخی تصفیه خانه های صنعتی، امکان جداسازی میکروپلاستیک ها به گونه ای فراهم شده که قابل بازیافت باشند. این کار نه تنها اثرات محیط زیستی را کاهش می دهد، بلکه هزینه های دفع پسماند را نیز کاهش می دهد.
همچنین، در پروژه های تحقیقاتی و صنعتی، استفاده از روش های حرارتی یا شیمیایی کنترل شده برای تجزیه پلاستیک های جمع آوری شده بررسی می شود. این روش ها می توانند بخشی از پسماند را به مواد کم ضرر تبدیل کنند، اما نیاز به تجهیزات پیشرفته و مدیریت دقیق دارند.
