Mikroműanyagok kiszűrése folyadékból
A környezetbe kerülő elsődleges mikroműanyagok – olyan szándékosan apróra gyártott vagy használat közben leváló részecskék, amelyek közvetlenül mikroméretben jutnak a vízbe és a talajba – teljes globális mennyiségét évente körülbelül 1,5–3,2 millió tonnára becsülik a szakértők.
Ha az összes műanyaghulladék aprózódásából származó (másodlagos) mikroműanyagokat is figyelembe vesszük, ez a szám elérheti akár a 8–10 millió tonnát is. Ezáltal a folyadékokból való kiszűrésük egy igen fontos, ám rendkívül nehéz feladat, mivel a nagyon kis méretű, akár 1 mikrométer alatti, úgynevezett nanoplasztik tartományba eső részecskék eltávolítása különösen nagy kihívást jelent. Ennek kiküszöbölésére az utóbbi években számos különböző technológia jelent meg, amelyek kiegészíthetik vagy bizonyos esetekben kiválthatják a hagyományos mechanikai szűrési módszereket. A teljesség igénye nélkül kiemelünk néhányat a legígéretesebbnek mutatkozó eljárások közül.
Mágneses szeparáció: A módszer alapja, hogy a szennyezett vízhez speciálisan felületkezelt mágneses nanorészecskéket (pl. vas-oxid alapú bioszén) adagolnak. A mikroműanyagok önmagukban nem mágnesesek, de a megfelelően felületkezelt mágneses részecskékkel fizikai és kémiai kölcsönhatásba léphetnek, így a mikroműanyagok a mágneses részecskékhez kötődhetnek. Amikor ezután a folyadék áthalad egy mágneses mezőn, a mágneses részecskék – a hozzájuk kötődött mikroműanyag-szemcsékkel együtt – pillanatok alatt kinyerhetők. A módszer előnye, hogy rendkívül gyors, és a nanoplasztik mérettartományban is működik anélkül, hogy drága szűrőmembránokat kellene cserélni.
Akusztikus hidrodinamikai leválasztás: Ez a technológia fizikai érintkezés és hagyományos szűrőanyag nélkül választja le a lebegő részecskéket a folyadékból. Egy mikroméretű csatornában piezoelektromos átalakítókkal ultrahang-hullámokat bocsátanak ki. A csatorna szemközti falairól visszaverődő hullámok úgynevezett állóhullámokat hoznak létre a vízben. Az állóhullámokban léteznek olyan csomópontok, amelyek kitérése nulla. A vízben mozgó mikroműanyag-részecskékre ható akusztikus erő a méretüktől és sűrűségüktől függően a csatorna közepe (a csomópontok) felé tereli őket. A csatorna végén a víz áramlása kettéválik. A középső, mikroműanyagban dúsult sávot elvezetik, míg a szélső, megtisztított víz tovább halad. A módszer előnye, hogy nincs elduguló alkatrész, folyamatos áramlás mellett is működik, és szinte nulla a karbantartási igénye.
Kémiai csomósítás és flokkuláció: A hagyományos vízkezelési flokkuláció (pelyhesítés) során a mikroműanyagok eltávolítása több tényezőtől - többek között a részecskék felületi tulajdonságaitól és a víz összetételétől - függ. Az újabb kutatások olyan speciális anyagok és kezelési eljárások fejlesztését vizsgálják, amelyek elősegíthetik a mikroműanyag-részecskék összetapadását és nagyobb aggregátumok kialakulását. A létrejövő nagyobb részecskék ezt követően ülepítéssel vagy más szeparációs módszerrel eltávolíthatók. Az eljárások egyik lehetséges előnye, hogy a nagyon kis részecskék eltávolítása a hagyományos mechanikai szűrés kiegészítésével valósítható meg.
Fejlett oxidációs folyamatok (AOP) és fotokatalízis: Ez a módszer nem egyszerűen összegyűjti, hanem kémiai úton is képes lebontani a mikroműanyagokat. Titán-dioxid vagy cink-oxid félvezető nanorészecskéket vagy nanostrukturált felületeket alkalmaznak, amelyek felületén UV-fény vagy napfény hatására elektronok szabadulnak fel. Ezek az elektronok reakcióba léphetnek a környező víz- és oxigénmolekulákkal, létrehozva a természet legerősebb oxidálószereit, hidroxilgyököket és szuperoxid-ionokat. A létrejött reaktív részecskék megtámadják a mikroműanyagok polimerláncait, elősegítve azok oxidatív bomlását, szén-dioxidot és vizet eredményezve.
A fentieken túl, a mechanikai szűrés területén szintén ígéretes technológiai előrelépések figyelhetők meg.
Az ördögráják kopoltyúívein alapuló szűrési mechanizmus az egyik legizgalmasabb áttörés a szűréstechnikában. Ez a rendszer úgy képes visszatartani a szűrőnyílásoknál lényegesen kisebb részecskéket, hogy közben az eltömődéssel szemben is ellenálló.
Az ördögrája szájüregében található kopoltyúíveket apró, egymással párhuzamosan futó, toll- vagy szárnyszerű lemezkék borítják. Amikor a rája nyitott szájjal úszik, a víz áthalad ezeken a lemezkéken, és a kopoltyúréseken távozik.
A szűrés titka a lemezkék alakjában és elrendezésében rejlik, ami speciális áramlástani jelenségeket hoz létre. Ahogy a víz áthalad a szárnyszerű lemezkék felett, a lemezek közötti kis résekben szabályozott örvények alakulnak ki. A lemezek dőlésszöge és az örvények felhajtóereje együttesen azt eredményezik, hogy a vízben lebegő planktonok – vagy a szűrő esetében a mikroműanyag-részecskék – „pattogni” kezdenek a szűrő felületén. A fizikai ütközés és az örvény hidrodinamikai ereje a részecskéket eltérítik a szűrőnyílástól. A víz be tud fordulni és át tud áramolni a lemezkék közötti réseken, míg a szilárd részecskék tehetetlenségüknél fogva nem minden esetben követik ugyanazt az áramlási pályát. Ehelyett lepattannak a lemezek éléről, és visszalökődnek a szájüreg közepén haladó, gyorsabb fő áramlásba.
Mivel a részecskék soha nem érintkeznek tartósan a szűrő felületével és nem fúródnak be a nyílásokba, a rendszer az eltömődéssel szemben ellenálló lehet. A részecskék a szájüreg hátsó része (a nyelőcső) felé terelődnek egyre nagyobb koncentrációban, miközben a megtisztított víz a kopoltyúkon át távozik.
A kísérletek szerint az ördögrája-modell képes volt olyan részecskék visszatartására is, amelyek fizikailag átfértek volna a szűrő résein. Ennek az elvnek lényeges előnye, hogy nem kell óriási nyomással átpréselni a vizet egy sűrű hálón (mint pl. a fordított ozmózisnál), így az energiaigény csökkenthető. Mivel nincs eltömődés, az ilyen elven működő szűrők élettartama nagyságrendekkel hosszabb a hagyományos membránokénál.
Bár a mikroműanyagok nemcsak a vízben, hanem a levegőben, a talajban és az élelmiszerekben is jelen vannak, a folyadékokból történő eltávolításuk fontos lépés lehet a környezeti kitettség csökkentésében.
Források: