Mikro, a niebezpieczny!

Poza tym jest dziwnie. Bo niby wszyscy o tym zaśmiecaniu środowiska wiedzą, ba! — są nawet tacy, którzy o tym mikroplastiku wiedzą i nawet chcieliby go zwalczać — a mimo to nadal brakuje danych o wpływie MP na organizmy występujące w tym środowisku. To co robić?

— Mikroplastik (MP) definiuje się jako cząstki plastiku o średnicy mniejszej niż 5 mm — wyjaśnia dr hab. inż. Agnieszka Cydzik-Kwiatkowska, prof. UWM, z Katedry Biotechnologii w Ochronie Środowiska Wydziału Geoinżynierii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. — MP wykrywany jest w szerokim zakresie stężeń w różnych systemach wodnych, od odległych obszarów morskich po strefy przybrzeżne i obszary przy ujściach rzek, a także w słodkowodnych jeziorach i rzekach. Wszechobecność mikroplastiku w systemach wodnych i mały rozmiar stwarzają szereg zagrożeń dla zdrowia ludzi i zwierząt. Niewielkie rozmiary MP powodują, że jest pobierają go organizmy wodne różnych poziomów troficznych, a MP włącza się następnie do łańcucha pokarmowego i gromadzi w tkankach organizmów wyższych poziomów troficznych. Dodatkowo wraz z MP mogą być uwalniane substancje, które mogą być toksyczne lub zaburzać gospodarkę hormonalną.

No, właśnie!

Tymczasem MP może przedostawać się do środowiska bezpośrednio, na przykład przez pierwotną emisję z produktów podczas ich produkcji i cyklu życia. Główne źródła takiego MP to pranie syntetycznych ubrań, ścieranie opon samochodowych podczas jazdy oraz pył miejski. MP może być również generowany w wyniku degradacji i fragmentacji źle zarządzanych odpadów z tworzyw sztucznych. Ten drugi rodzaj MP jest określany mianem wtórnego MP i charakteryzuje się niejednorodną mieszaniną typów, kształtów i rozmiarów cząstek uwalnianych do środowiska. Ogólnie przyjmuje się, że źródła wtórne stanowią dominujące źródło MP. Natomiast wkład pierwotnych źródeł szacuje się na 15-31 proc. całego MP w środowisku.

MP a związki azotu

Usuwanie zanieczyszczeń w środowisku wodnym może zachodzić naturalnie w wyniku aktywności zbiorowisk mikrobiologicznych w rzekach, jeziorach lub w stworzonych przez człowieka biocenozach technicznych: w złożach biologicznych, reaktorach z osadem czynnym lub tlenowym osadem granulowanym. Szczególnie niebezpieczne dla środowiska wodnego są wysokie stężenia azotu, którego obecność przyczynia się do eutrofizacji zbiorników wodnych, przejawiającej się coraz częściej obserwowanymi w Polskich akwenach zakwitami glonów. Najważniejsze procesy, w efekcie których następuje usuwanie azotu z wód, to autotroficzna nitryfikacja i heterotroficzna denitryfikacja.
Nitryfikacja jest dwustopniowym biologicznym procesem przemiany azotu amonowego do azotu azotanowego (V) — odpowiadają za nią głównie bakterie, jednak w procesie mogą również uczestniczyć także grzyby czy glony. Z kolei denitryfikacja zachodzi w czterech etapach: najpierw azot azotanowy (V) jest redukowany do azotu azotanowego (III). Potem następuje redukcja azotu azotanowego (III) do tlenku azotu, który jest następnie redukowany do podtlenku azotu. Ostatnim etapem denitryfikacji jest redukcja tlenku diazotu do azotu gazowego.

— Wiele badań wykazało, że czynniki środowiskowe — zasolenie, temperatura, materia organiczna, pH i występowanie substancji toksycznych — znacząco wpływają na strukturę zbiorowisk drobnoustrojów w różnych ekosystemach — mówi mgr inż. Piotr Jachimowicz, doktorant z Katedry Biotechnologii w Ochronie Środowiska Wydziału Geoinżynierii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. — W literaturze pojawiają się pierwsze doniesienia naukowe wskazujące na negatywny wpływ MP na zbiorowiska mikrobiologiczne prowadzące przemiany związków azotu, kluczowe dla efektywnego usuwania azotu z wód.

Błona biologiczna na powierzchni MP

Błona biologiczna to złożona struktura biologiczna, która rozwija się na powierzchni nośnika np. MP. Składa się z różnorodnych mikroorganizmów: bakterii, grzybów i pierwotniaków, które są wzajemnie połączone za pomocą wydzielanych przez mikroorganizmy polimerów zewnątrzkomórkowych. Błona biologiczna zapewnia integralność strukturalną, ochronę mikroorganizmów wrażliwych na zmienne parametry środowiskowe, komunikację międzykomórkową, jak również przyspiesza tworzenie mikrokolonii oraz wychwytywanie składników odżywczych.

— Tworzenie i rozwój błony biologicznej przebiega w etapach: pierwszy z nich to wstępna adsorpcja makrocząsteczek, np. białek, polisacharydów na powierzchni nośników. Wstępna adsorpcja makrocząsteczek stwarza warunki do kolonizacji komórek bakteryjnych na powierzchniach nośników. W kolejnych etapach tworzenia błony biologicznej zachodzi adhezja drobnoustrojów, rozwój i dojrzewanie struktury błony biologicznej a na koniec jej starzenie — wyjaśnia mgr inż. Piotr Jachimowicz.

UWM bada

Od kilku lat w Katedrze Biotechnologii w Ochronie Środowiska na Wydziale Geoinżynierii prowadzone są badania, których celem jest określenie potencjału wykorzystania granul tlenowych jako efektywnej technologii usuwania MP ze ścieków. Uzyskane rezultaty pozwolą zidentyfikować organizmy, które odgrywają rolę w biologicznej degradacji plastiku w układach technologicznych z granulami tlenowymi. Badania są finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach grantu badawczego pt. „Wpływ stężenia i rodzaju mikroplastiku na efektywność oczyszczania i strukturę biomasy w reaktorach z tlenowym osadem granulowanym” uzyskanego w konkursie Preludium 19. Prowadzi je zespół pod kierunkiem mgr. inż. Piotra Jachimowicza, wspiera go mgr inż. Dawid Nosek, a opiekę naukową nad badaniami sprawuje dr hab. inż. Agnieszka Cydzik-Kwiatkowska, prof. UWM.

— MP jest jednym z powszechnie występujących zanieczyszczeń w środowisku wodnym — niestety — mówi prof. Cydzik-Kwiatkowska. — Jego obecność notuje się w wielu miejscach na świecie, a to wzbudza ogromne obawy społeczne. Dodatkowym problemem jest fakt, że błona biologiczna, która występuje na powierzchni MP, umożliwia transport w środowisku niebezpiecznych patogenów i takich zanieczyszczeń jak np. metale ciężkie, które mogą zagrażać zdrowiu ludzi i zwierząt. Dlatego warto szukać rozwiązań technologicznych, które z jednej strony skutecznie pozwolą na szybkie usunięcie mikroplastiku ze środowiska wodnego, a z drugiej — przeprowadzenie tej walki jak najbardziej naturalnymi metodami.
Magdalena Maria Bukowiecka