Evaluation of adsorption mechanisms of microplastics to activated sludge

Abstract

[CA] En els darrers anys ha hagut una preocupació creixent per la contaminació de plàstics i la seua capacitat de transportar contaminats als ecosistemes aquàtics. El plàstics tarda centenars d anys a descompondre s i, mentrestant, destrueix pot tindre un efecte negatiu sobre el medi ambient. Els residus de plàstic poden tindre diferents formes o mides, però els microplàstics (<1 mm) representen un risc encara més gran. Aquestes partícules poden danyar els organismes aquàtics i afectar altres factors ambientals. Actualment, les estacions de depuració d aigües residuals són una de les fonts més importants de microplàstics en el medi ambient. Encara que s ha demostrat una alta eficiència d eliminació durant el funcionament, els microplàstics també es poden unir als fangs actius durant el tractament, sent alliberats al medi normalment de forma directa al sòl. Tanmateix, és necessària més investigació en aquesta àrea, doncs gran part d aquest mecanisme encara és desconegut. Ja que la utilització de fangs activats en els plans de tractament d aigües residuals s aplica cada volta més, l objectiu d aquesta tesi és avaluar els mecanismes d adsorció dels microplàstics en fangs activats per intentar entendre millor les interaccions i variables que afecten aquest mètode. La investigació inclou diferents experiments d adsorció i estudis d isotermes que ajuden a analitzar la interacció físico-química entre els microplàstics i els fangs activats. Els resultats mostren que els microplàstics s eliminen de forma correcta d aigües residuals mitjançant un tractament amb fangs activats. A més, la posterior oxidació Fenton ajuda a també a degradar els contaminants retinguts a les aigües residuals, millorant encara més l eficiència del procés. Per concloure, els tractaments amb fangs activats han demostrat ser efectius per eliminar (micro)plàstics de les depuradores d aigües residuals. No obstant, s ha de prosseguir la investigació sobre el tema per tal de millorar l eficàcia i reduir la contaminació derivada de la gestió de residus.

[EN] In recent years, there has been growing concern about plastic pollution and its ability to carry pollutants into aquatic ecosystems. Plastic takes hundreds of years to decompose and can have a negative impact on the environment. Plastic debris in the environment comes in different shapes and sizes, but microplastics (<1 mm) pose an even greater risk due to their small size and therefore bioavailability. These particles can harm aquatic organisms and have an indirect impact on the entire ecosystem. Nowadays, wastewater treatment plants are one of the most important sources of microplastics in the environment. Most of the microplastics that enter the wastewater treatment plant are retained during the secondary treatment, where they come into contact with the activated sludge. Microplastics are adsorbed to the surface of the activated sludge due to various forces, but the mechanisms responsible for the binding are not yet known. In this context, the aim of the thesis was to investigate the adsorption mechanisms of microplastics to activated sludge to better understand the interactions and variables that influence these interactions. We studied batch adsorption with different concentrations of activated sludge and similar percentage of microplastics was adsorbed to activated sludge. In addition, the experimental data best fitted to the Freundlich isotherm model, which assumes weak physical interactions between microplastics and activated sludge. The results of the thesis provided a more detailed insight into the mechanisms of adsorption of microplastics to activated sludge. This process is a particularly important segment in the retention of microplastics in wastewater treatment plants. In the following, we should investigate the intensity of microplastic binding in more detail and, above all, analyse what long-term effects microplastics have on the activated sludge and to what extent we may be contaminating agricultural land when using contaminated activated sludge as a fertilizer.