EmiStop – Identifikation und Reduktion von MikroPlastik in industriellen Abwässern

Forschungsschwerpunkt „Plastik in der Umwelt – Quellen • Senken •
Lösungsansätze“

Industrielle Abwässer gehören zu den Eintragspfaden für Mikroplastik in die Umwelt. Wie viel Mikroplastik in den Abwässern unterschiedlicher Industriebranchen enthalten sind, erforscht seit Januar 2018 das Verbundprojekt EmiStop. Die Hochschule RheinMain, die TU Darmstadt, die inter 3 GmbH und die BS-Partikel GmbH erfassen unter der Leitung der EnviroChemie GmbH Kunststoffemissionen in industriellen Abwasserströmen mit innovativen Nachweisverfahren.

Hier finden Sie ein Video zum Forschungsprojekt EmiStop auf YouTube.

Mikroplastik in industriellem Abwasser stammt vermutlich vor allem aus der Herstellung und Verarbeitung von Kunstfasern und Kunststoffpellets. Daher werden zunächst Abwässer untersucht, die in industriellen Wäschereien und in Industriebetrieben anfallen, die Kunststoffe produzieren, transportieren oder weiterverarbeiten. Dabei kommen zwei Analysemethoden zum Einsatz:

1.  An der Hochschule RheinMain werden mittels Raman-Spektroskopie Größe und Art des Kunststoffs der Mikroplastik-Partikel im Abwasser bestimmt. 

2.  Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie werden an der TU Darmstadt die Konzentrationen von Mikroplastik-Partikeln ermittelt.

Vermeidung und Entfernung industrieller Mikroplastik-Emissionen

Zur Vermeidung der industriellen Mikropastik-Emissionen setzt EmiStop im Industriebetrieb selbst an: Gemeinsam mit den Industriebetrieben werden Möglichkeiten zur Reduktion an der Entstehungsstelle evaluiert und nach Möglichkeit Maßnahmen zur Vermeidung des Eintrags von Mikroplastik ins Abwasser ergriffen. Daher wird in einer Expertenbefragung identifiziert, welche Rahmenbedingungen die Umsetzung solcher Maßnahmen fördern oder hindern. 

Wenn Vermeidungsansätze nicht möglich oder ausreichend sind, kann Mikroplastik durch effiziente Reinigungsmethoden wieder aus dem Abwasser entfernt werden. Welche Reinigungsmethoden für welche industriellen Abwasserarten geeignet sind, wird in EmiStop mittels magnetischer Tracerpartikel untersucht. Abgerundet werden die Untersuchungen zur Entfernung von Mikroplastik aus Abwasser durch die Entwicklung von Flockungsmitteln. Diese sollen gezielt Mikroplastik im Abwasser zu großen Mikroplastik-Flocken verbinden und so die Effizienz aller Reinigungsmethoden verbessern.

Erste Analyseergebnisse

Es wurden Proben von zwei Industriebetrieben untersucht. Ein Industriebetrieb leitet vorbehandeltes Prozesswasser in eine öffentliche Kläranlage ein sowie unbehandeltes Regenwasser vom Betriebsgelände in einen Fluss. Der andere Industriebetrieb reinigt das Abwasser in einer biologischen Kläranlage. Beim ersten Betrieb wurden qualifizierte Stichproben vor und hinter einer Kammerfilterpresse genommen (Abb. 1a,b,c) sowie Regenwasser-Mischproben in der Kanalisation mittels Probennehmer. Beim zweiten Betrieb erfolgte die Probenahme am Ablauf der Nachklärung mittels einer Probenahmeapparatur (Abb. 2).

Für die Bestimmung mittels Raman-Mikrospektroskopie ist nach der Aufkonzentrierung der Proben (siehe Abb. 3) eine Probenaufbereitung notwendig (Abb. 4). Die Abtrennung/Zerstörung von natürlichen organischen und anorganischen Stoffen wie Sand und Algen ist Voraussetzung für eine zuverlässige Messung. Dies wird durch eine chemische und physikalische Behandlung der Proben gewährleistet. Aufgrund der hohen Partikelkonzentrationen (Abb. 5) können nur sehr kleine Probenvolumina untersucht werden.

Für eine Untersuchung dieser kleinen Volumina wird ein aliquoter Teil aus einer suspendierten Probe entnommen. Die Homogenisierung der Probe sowie die Entnahme einer repräsentativen Teilmenge ist eine komplexe Fragestellung und wird aktuell mithilfe von fluoreszierenden Kunststoffpartikeln untersucht (siehe Abb. 6).

Nach der chemisch/physikalischen Probenbehandlung wird das Mikroplastik auf einer Kreisfläche mit 8 mm Durchmesser auf einem Siliziumfilter aufkonzentriert. Die Analyse mittels Raman-Mikrospektrometer ist sehr zeitaufwendig. Es können nur Teilflächen des beladenen Filters analysiert werden, die anschließend auf die gesamte Filterfläche hochgerechnet werden. Für eine repräsentative Analyse wurde ein Schachbrettmuster entwickelt (Abb. 7), welches die zu analysierende Fläche um 50 % reduziert.

Parallel wird an einer automatisierten Analysemethode mittels Partikelerkennung gearbeitet. Durch eine selektive Messung der Partikel könnte die Analysezeit signifikant reduziert werden.

Das Analyseverfahren wird kontinuierlich weiterentwickelt und validiert um repräsentative und genaue Ergebnisse zu erhalten.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt EmiStop im Forschungsschwerpunkt "Plastik in der Umwelt – Quellen, Senken, Lösungsansätze" mit über 400.000 Euro. Der Forschungsschwerpunkt ist Teil der Leitinitiative Green Economy des BMBF-Rahmenprogramms "Forschung für Nachhaltige Entwicklung" (FONA3).

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Jutta Kerpen