Neue Strategie Mikroplastik vollumfänglich und ganzheitlich aus Wasser entfernen

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Kleine Partikel, großes Problem. Mikroplastik ist ein ernst zu nehmendes Umweltrisiko, dem nur schwer beizukommen ist. Nun verspricht ein neuer Ansatz sowohl die einheitliche Detektion von Mikroplastik als auch Prozesskontrolle, Entfernungseffizienz, Ressourcenschonung und das Schließen von Stoffkreisläufen. Wie kann das gehen?

Plastik ist vielseitig, praktisch – und hoch problematisch. Denn es wird schlicht und einfach zu viel. Und gelangt es einmal in den Wasserkreislauf, führt seine schlechte Abbaubarkeit dazu, dass der Kunststoffabfall lange Zeit im Wasser verbleibt. Im Laufe der Zeit zerfällt er dort in immer kleinere Kunststoffpartikel, so genanntes Mikroplastik [1]. Letzteres ist heute bereits in den entlegensten Teilen unserer Erde zu finden und landet über die Nahrungskette auch auf unseren Tellern. Doch wie bekommen wir dieses viel diskutierte Problem in den Griff – sprich, abseits von dringend notwendigen Plastik-Alternativen, das vorhandene Mikro­plastik aus dem Wasser?

Die verschlungenen Wege des Mikroplastiks

Bei der Überwachung von Mikroplastik in der Umwelt fällt immer wieder auf, dass in Seen, Flüssen, Ufersedimenten und an Stränden, insbesondere in der Nähe von Industriegebieten, v. a. der Kunststoff­industrie, oder in stark besiedelten Gebieten erhöhte Mikroplastikkonzentrationen auftreten [2–4]. Bereits 1992 befasste sich die US-Umweltschutzbehörde mit dem Pro­blem der Freisetzung industrieller Kunststoffpellets in die Umwelt. Kunststoffpellets können bei Transfer- und Transportprozessen sowie bei defekten Lagerbehältern verloren gehen und beim Reinigen mit Wasser oder bei Regen ins Abwasser gelangen [5]. Weitere Einleitungen von Kunststoffpartikeln in die Umwelt passieren durch Überläufe im Abwassersystem (Mischwasserableitung), unbehandeltes Wasser aus dem Abwasserkanalsystem, Rest­inhalte im aufbereiteten Abwasser oder Materialklärschlammrecycling aus dem Abwasser [7–10].

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Mikroplastik – geheimnisvoll und gefährlich

Das Umweltverhalten von Mikroplastikpartikeln ist noch nicht endgültig geklärt. Verschiedene Studien zeigen, dass Mikroplastik organische Spurenstoffe und Schwer­metalle aus Wasser adsorbieren und transportieren kann [11,12]. Somit kann es mit den Mikroverunreinigungen im Abwasser interagieren und als Transportvektor wirken. Zusätzlich können Additive wie Weichmacher oder Flammschutzmittel über Mikroplastik ins Was‑ ser freigesetzt werden [13,14]. Es wurde darüber hinaus nachgewiesen, dass zahlreiche Arten mit Mikro­plastik in der Umwelt interagieren, was je nach Partikelgröße, Form, chemischer Zusammensetzung, Oberflächeneigenschaft und Konzentration zu verschiedenen schädlichen Auswirkungen führen kann [15,16]. Mikroplastik stellt nach heutigem Forschungsstand eine Belastung für die Umwelt mit hohem Risikopotenzial dar. Doch wie wird man dieses Problem wieder los?

Das in Kläranlagen eintretende Wasser stellt die Betreiber eben dieser zunehmend vor Herausforderungen. Immer häufiger kommt es in Regenwasser und Abwasser zu einer wachsenden Menge an Mikroplastik, z. B. durch Waschmaschinenwasser, das mit Fasern von synthetischen Kleidungsstücken wie Fleecejacken belastetet ist, Reifen­abrieb oder Partikel aus industriellen Prozessen [17–19]. Die Entfernung der meisten Mikroplastikpartikel kann durch das spezifische Verhalten der Mikroplastikbelastung innerhalb des Klärprozesses in Abhängigkeit von Partikelgröße und -dichte erklärt werden [8]. Innerhalb des Klärprozesses wird ein großer Teil der Partikel (üblicherweise Partikel mit Dichten > 1 g/cm³) in den Klärschlamm überführt. Ergebnisse aktueller Studien liefern jedoch keine zuverlässigen und reproduzierbaren Daten und sehr unterschiedliche Entfernungsraten für Mikroplastik innerhalb der üblichen drei Reinigungsstufen des Klärprozesses [17,19,20]. Darüber hinaus fehlen bisher Standardanalysemethoden für Mikroplastik, was eine Vergleichbarkeit vorhandener Daten und zielführende Interpretation unmöglich macht [21].

Die meisten Mikroplastikpartikel werden in Kläranlagen nicht eliminiert, sondern faktisch „nur“ in Schlämmen wiedergefunden. In diesem Zusammenhang wird häufig ein Wert von 95 bis 99,9 % Entfernungsrate von Mikroplastik genannt. Dieser basiert jedoch auf Schätzungen und ist weder reproduzierbar noch für alle Kläranlagen gültig [20,22,23]. Andere Aussagen beschreiben Entfernungen von 34 % und 45 % des Mikroplastiks nach der Entfernung von Sand und Fett bzw. der primären Sedimentation, wobei nach der primären Behandlung Entfernungswirkungsgrade zwischen 70 und 98 % erreicht wurden [19,20,24,25]. Die Sekundärbehandlung reduziert Mikroplastik im Abwasser in Bezug auf den Primärklärer auf weniger als 20 % und die Tertiärprozesse in Bezug auf die Sekundärbehandlung auf weniger als 2 %.

Kläranlagen – Barriere und Eintragsquelle zugleich

Obwohl Kläranlagen eine Barriere gegen die weitere Verteilung von Mikroplastik darstellen, fungieren sie auch als wichtige Quelle für den Eintrag desselben in den Süßwasserkörper, d. h. in Flüsse, Seen oder direkt ins Meer. Am Auslauf kommunaler Kläranlagen wurde bereits eine erhöhte Mikroplastik-Kontamination nachgewiesen [4,26].

Schätzungen aus Studien zufolge transportiert jede Kläranlage jedes Jahr über das gereinigte Abwasser zwischen 93 Millionen und 8,2 Milliarden Kunststoffpartikel in Flüsse und Meere – 86 bis 714 Partikel pro Kubikmeter bzw. 98 bis 1479 Fasern pro Kubikmeter [17]. Da es sich dabei in Summe um täglich große Mengen handelt – bei überlasteter Abwasserbehandlung und starken Regenfällen u. U. sogar gänzlich unbehandeltes Abwasser in die Umwelt gelangt – kommt es zu beachtlichen Mikroplastikfrachten [17,27]. Auch industrielle Kläranlagen, insbesondere aus der Kunststoffindustrie, können Mikroplastik an die Umwelt abgeben [3,28]. Als weitere Eintragsquelle von Mikroplastik in die Umwelt ist die Verwendung von behandeltem Abwasser und Klärschlamm in der Landwirtschaft zu berücksichtigen. Ein unter den Aspekten von Kreislaufwirtschaft und Ressourcenschonung an sich guter Ansatz – der international durchaus verbreitet ist, während in Deutschland vorrangig auf Verbrennung gesetzt wird – birgt das Risiko, dass das Mikroplastik, welches sich noch im Abwasser oder Klärschlamm befindet, auf die Böden ausgetragen wird [29].

Alles in allem bleibt anzumerken, dass es noch erhebliche Wissenslücken über die Rolle von Kläranlagen bezüglich der Entfernung bzw. Verbreitung von Mikroplastik und Mikrofasern gibt [24,30]. Die hier beschriebenen Daten beruhen auf Studien, in denen Ergebnisse und Befunde stark voneinander abweichen und sich häufig widersprechen, insbesondere hinsichtlich Mikroplastikbelastungen und Rückhaltevermögen.

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