Биологическая очистка сточных вод от микропластика

Городские очистные сооружения задерживают, по большинству опубликованных балансовых исследований, от 90 до более чем 99 % поступающих микропластиковых частиц. Цифра верная и почти всегда понимается неправильно: она описывает, куда частицы ушли, а не то, что с ними стало.

Механизм захвата

Ни одна стадия классической схемы не проектировалась под полимерные частицы, и тем не менее две работают. Первичное отстаивание разделяет поток по плотности: полиэтилен и полипропилен с плотностью около 0,90–0,95 г/см³ всплывают и снимаются вместе с жировой плёнкой, тогда как полиэтилентерефталат (1,38) и поливинилхлорид (около 1,4) осаждаются. Полимеры промежуточной плотности и волокна, у которых поведение определяется не плотностью, а сопротивлением формы, проходят дальше.

Основную работу делает биологическая ступень, и делает её через флокуляцию. Бактерии хлопьев активного ила выделяют внеклеточные полимерные вещества — белки и полисахариды, — которые мостиковыми связями сшивают частицы в агрегат. Полимерная частица включается в этот агрегат как любой другой инертный минеральный зародыш. Параллельно на её поверхности за несколько суток формируется биоплёнка; масса плёнки и захваченных ею минеральных включений поднимает эффективную плотность частицы выше плотности воды, и то, что поступало плавучим, начинает седиментировать. Это и есть «биологическая фильтрация» микропластика — гетероагрегация и биообрастание, а не какое-либо действие фермента на полимер.

Почему это перенос, а не удаление

Удержанный микропластик оказывается в избыточном иле. Ил обезвоживают и в значительной доле вносят на поля, поэтому массовый поток замыкается: частицы возвращаются в почву, где деструкция полиолефинов не идёт (см. биодеградацию микропластика на суше). Директива 86/278/EEC об использовании осадка сточных вод в сельском хозяйстве нормирует тяжёлые металлы и патогены и о полимерах не говорит; пересмотренная директива по городским сточным водам (ЕС) 2024/3019 вводит мониторинг микропластика на входе, выходе и в осадке — то есть требует измерять, а не удалять.

Граница измеримости

Отчётный процент удаления неотделим от размера ячейки, которой отбирали пробу. Большинство балансов сделано сетями и фильтрами с ячейкой от 20 до 300 микрометров, и «99 %» относится к тому, что эта ячейка удержала. Частицы единиц микрометров и наноразмерная фракция при таком отборе не попадают ни в числитель, ни в знаменатель. Между тем именно измельчение при перемешивании, аэрации и перекачке смещает распределение в сторону мелких фракций внутри самих сооружений.

Мембранный биореактор снимает часть этой неопределённости — номинальный размер пор ультрафильтрации 0,04–0,4 микрометра, — но и он опирается прежде всего на слой осадка на мембране, а вытянутое волокно способно пройти отверстие, ориентировавшись по потоку. Здесь же сидит и его главный компромисс: те самые внеклеточные полимеры, которые захватывают частицы в хлопья, образуют гелевый слой на мембране и поднимают трансмембранное давление. Механизм удаления и механизм загрязнения мембраны — один и тот же.

Наконец, о деструкции в аппарате говорить не приходится: время пребывания стока измеряется часами, а гидролиз даже наиболее уязвимого полиэфира — месяцами и годами.