Введение
В чем суть вопроса? Пластмасса на сегодняшний день является наиболее распространённым материалом в мире [11]. Она представляет собой материал на основе природных или синтетических полимеров, которые могут приобретать заданную форму при нагревании и под давлением устойчиво сохранять ее после охлаждения [1].
Пластик состоит из структурных повторяющихся звеньев под названием мономеры. Они связаны в длинные цепочки – полимеры. Химические ингредиенты с содержанием пластика более 50 % классифицируют как опасные [16]. Ежегодно производят и выбрасывают около 300 млн т пластика [5]. Среднестатистический человек в Северной Америке и Западной Европе за год использует 100 кг пластика, в основном в виде упаковки. Ежегодно в океаны попадает от 10 до 20 млн т пластика. Согласно оценочным данным, поверхность всех океанов на Земле содержит 245 тыс. т пластика [там же].
Около 80 % микропластика в сточных водах – это синтетические волокна, попадающие в стоки после стирки одежды. В 2013 году было произведено около 55 млн т одежды и текстильных изделий из синтетического волокна. Некоторые частицы микропластика (вероятно, и нанопластика, хотя никакие исследования не производили) попадают в реки и океаны, минуя очистные сооружения [5]. В то же время частицы, которые были уловлены, в конечном счете попадают на сушу, но уже в качестве шлама.
В Северной Америке на сельскохозяйственные поля ежегодно попадает от 44 до 300 тыс. т микропластика. В Европе эта цифра составляет от 63 до 430 тыс. т. Если потребление пластика останется на том же уровне, то к 2050 г. его на планете образуется еще 33 млрд т [5].
Согласно статистическим данным, в Украине продуцируется в среднем 300 млн т отходов в год, около 10–15 % из них приходится на пластик [18]. Отходы (промышленные и мусор) занимают 7 % территории Украины (2017 г.). И если в развитых странах, таких как Германия и Швейцария, перерабатывают до 97 % всего произведенного пластикового мусора, то в Украине эта цифра колеблется от 4 до 10 %, в зависимости от региона.
Более того, специалисты из Миннесотского университета недавно поделились результатами исследований, в которых пришли к выводу, что микрочастицы пластика можно найти в воде практически в любой точке мира [13]. Они провели тщательный анализ 159 образцов воды из различных регионов Земли, включая США, Европу, Индонезию, Уганду, Бейрут, Индию и Эквадор. В 83 % исследованных проб нашли пластик; ни одна страна не может похвастаться тем, что ее водоемы полностью чистые.
Цель
Качество питьевой воды является мировой проблемой, важной для всех людей независимо от регионов, в которых они проживают. Сегодня идет интенсивное загрязнение Земли пластмассой. В ходе исследований последних лет было найдено большое количество пластика во многих экосистемах земного шара, Мирового океана и даже в таких далеких местностях, как Антарктида и Арктика.
На наш взгляд, если не принимать серьёзных мер, то вред от пластика может превзойти его пользу. Необходимо прекратить выпуск неразлагаемого пластика, как это сделали в Сингапуре, Бангладеш и на о. Тайвань, запретив использование пластиковых пакетов. Нужно переходить на выпуск биоразлагаемого пластика, производить сортировку отходов, их переработку, утилизацию и т. д.
Учитывая все это, целью нашей статьи является анализ наличия пластика в воде Украины и мира, его количества и размеров; влияния его на окружающую среду, здоровье людей, земных и морских животных, рыб, а также предложения по внедрению разработанных нами методов очистки питьевых и сточных вод от пластика.
Методика
Для получения полной информации о масштабах загрязнения воды пластиком был проведен анализ научных источников и лабораторных отчетов как украинских, так и зарубежных изданий. Таким образом, теоретической базой исследований стали новейшие научные разработки (1989–2018 гг.), в которых отображено, какой пластик, в какой форме и количестве присутствует в питьевой и бутилированной воде, а также в сточных водах.
Результаты
Проблемы бутилированной воды. Употребляя бутилированную воду, люди, пусть и не умышленно, сами же загрязняют воду, которую они пьют.
Украинцы за последние 10 лет начали пить в 5 раз больше бутилированной воды, это почти 42 литра в год на одного человека. Один европеец в среднем выпивает 103 литра бутилированной воды в год [14]. Насколько этот тренд безопасен для здоровья, окружающей среды, мы попытаемся разобраться в этой статье.
В 2016 г. средний американец использовал 167 одноразовых бутылок с водой, из которых было переработано 38 шт. При этом средний россиянин использует 120 одноразовых бутылок в год, а перерабатывает из них только 5 шт. [18, 19].
Сотрудники из Университета штата Нью–Йорк провели исследование бутилированной воды на ее качество, соответствующему термину «безопасная» [18, 19]. Проверили и ужаснулись. Замеры показали, что на каждый литр того, что попадает в организм человека из пластиковых бутылок, приходится 325 частиц микропластика. Размеры частиц от 6,5 до 100 микрометров (1 микрометр = 10-6 м, нанометр = 0,001 мкм), что приблизительно соответствует толщине человеческого волоса. Эта группа ученых показала, что водопроводная вода содержит в 2 раза меньше примесей. Во время эксперимента химики проанализировали состав содержимого 259 отдельных бутылок из 27 разных партий 11 самых известных брендов в мире. Образцы для тестирования закупали в 9 странах Европы, Америки, Африки и Азии. Воду проверяли при помощи спектроскопического анализа FTIR.
Результаты показали, что из всех проверенных бутылок (259 шт.) лишь 17 не содержали следов микропластика. В процентном соотношении это выглядит еще более устрашающе – всего 7 % бутилированной воды. Остальные 93 % содержали 325 частиц пластика на каждый литр [10].
Большая часть микропластика (54 %) оказалась полипропиленом (PP), 11 % –полистиролом (PS), 16 % – нейлоном (NYLON), 10 % – полиэтиленом (PE), 6 % – смесь полиэфира и полиэтилентерефталата (PEST), 3 % – другие включения (азлон, полиакрилаты и сополимеры) [14, 15].
Проведенный авторами данной статьи анализ водопроводной воды городов Приднепровья показал, что она содержит до 4 частиц пластика (иногда и меньше), а бутилированная вода известных украинских брендов содержит свыше 10 микрочастиц пластика.
Загрязнение Мирового океана пластиком. Степень загрязнения Мирового океана постепенно возрастает [10–19]. Способность воды к самоочищению зачастую оказывается недостаточной, чтобы справиться со сбрасываемыми отходами, количество которых постоянно увеличивается.
Роль Мирового океана в жизни человека значительна. Он выполняет средообразующую, промысловую, сырьевую, транспортную и другие функции. Учитывая неограниченные богатства Мирового океана, ученые называют его седьмой экономикой мира сразу после США, Китая, Японии, Германии, Франции и Великобритании. Общую стоимость его ресурсов оценивают в 24 млрд долларов. Но 2/3 океанской экономики зависит от состояния самого океана.
С богатством Мирового океана человечество обращается небрежно и расточительно. Ежегодно в него сбрасывают более 30 тыс. различных химических соединений, общая масса которых составляет 1,2 млрд т. Но загрязнение его вод пластиковым мусором приобретает катастрофический характер.
Пластмасса является наиболее распространённым элементом, который находится в океане. Это вредно для окружающей среды, поскольку пластмассу морские животные рассматривают как пищу.
Известно, что в отличие от других загрязнителей, пластик не тонет и почти не разлагается, его легко захватывают воды мощнейших течений Земли. Вследствие этого в окрестностях таких течений возникают своеобразные пластиковые свалки – «острова», самой большой из которых является Большое мусорное пятно в северной части Тихого океана. По различным оценкам, общая площадь этого пятна составляет от 700 тыс. до 1,5 млн км2, в нем сосредоточено более 100 млн т мусора.
Юный изобретатель из г. Кропивницкого (Украина) Руслан Коптев разработал и сконструировал роботизированную систему для сбора пластикового мусора из водоемов. Фактически робот был создан из подручных материалов и оснащен солнечной батареей, GPS и камерой с датчиком. Проведенные пилотные испытания установки показали ее высокую эффективность. За один день работы роботизированная система может собрать до 20 кг пластикового мусора с поверхности водоема. Сейчас разработчик и его команда пытаются найти средства для налаживания серийного выпуска своего изобретения [9].
По мнению ученых, удалить микропластик из Мирового океана не представляется возможным. Наличие в океане огромной массы микропластика – это новая, малоизвестная угроза для морских экосистем и человеческого организма. В процессе распада пластика получается своего рода суспензия. Многие морские животные и птицы поглощают пластик как часть пищи. Люди легко заражаются, потребляя загрязненные морепродукты, которые могут вызывать серьезные проблемы со здоровьем – от повреждения иммунной системы до рака. Поэтому самым эффективным решением данной проблемы является сокращение пластмассовых отходов.
Разные страны решают ее по-своему. Например, в Сингапуре, Бангладеш, о. Тайвань запретили использование пластиковых пакетов. Евросоюз предполагает к 2030 г. запретить одноразовую пластиковую упаковку. Правительства многих стран вводят налоги, мотивируя свое население отказаться от производства и использования пластика. В Украине до настоящего времени проблему загрязнения природных вод пластиком не рассматривали ни на официальном, ни на академическом уровнях.
Несмотря на все усилия законодателей, неправительственных организаций, в океан по-прежнему попадают тысячи пластмассовых отходов [8, 10].
Влияние пластика на здоровье современных потребителей. С появлением одноразовой пластиковой посуды люди стали ее активными пользователями. Проведенные в последние годы исследования показали, что некоторые виды пластика являются опасными, имеют непосредственное пагубное влияние на здоровье потребителей. Прежде чем купить пластиковую посуду, необходимо тщательно изучить значение зашифрованных символов и знаков на ее маркировке.
Пластик – полимерный материал. Самые распространенные полимерные материалы, из которых производят как технический, так и пищевой пластик, – поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат. Пластик, который используют для производства изделий, контактирующих с пищей, в первую очередь детского ассортимента, в обязательном порядке исследуют на соответствие санитарно-гигиеническим нормам и сертифицируют. Производитель обязан маркировать свою продукцию.
Маркировка пластиковой посуды и расшифровка маркеров. Значок «рюмка – вилка» – самый главный маркер, свидетельствующий о пригодности пластиковой посуды к контакту с пищевыми продуктами. Если такой значок перечеркнут или отсутствует, пластиковые изделия не предназначены для хранения, использования и употребления из них продуктов питания. Треугольник из трех стрелок – знак вторичной переработки сырья, символизирующий замкнутый цикл: создание → применение → утилизация. Посуда или упаковка, маркированная данным знаком, пригодна для последующей переработки.
Цифры внутри треугольника говорят о типе переработанного материала: 1–19 – пластик, 20–39 – бумага и картон, 40–49 – металл, 50–59 – древесина, 60–69 – ткани и текстиль, 70–79 – стекло [7, 8].
Выделяют следующие группы пластиков (табл. 1):
1. PET или PETE (ПЭТ)– полиэтилентерефталат. Его используют для изготовления упаковок (бутылок, коробок, банок) для разлива прохладительных напитков, соков, воды. Также этот материал встречается на упаковках для порошков, сыпучих пищевых продуктов.
2. HDPE (ПНД) – полиэтилен высокой плотности низкого давления. Его применяют для изготовления изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, игрушек. Этот материал является безопасным для пищевого использования и хранения еды.
3. PVC (ПВХ) – поливинилхлорид. Используют для труб, трубок, садовой мебели, в напольных покрытиях, для оконных профилей, жалюзи, бутылок моющих средств и клеенки. Материал является потенциально опасным для пищевого применения, так как может содержать диоксины, бисфенол А, ртуть, кадмий и другие.
4. LDPE (ПВД) – полиэтилен низкой плотности высокого давления. Из него производят полиэтиленовые пакеты, гнущиеся пластиковые упаковки, изделия для упаковки и укупорки лекарственных средств.
5. PP (ПП) – полипропилен. Его применяют в автомобильной промышленности (оборудование, бамперы), при изготовлении игрушек, в пищевой промышленности, в основном при производстве упаковок. Полипропилен выдерживает высокие температуры, поэтому посуду можно использовать для горячей еды и напитков. Контакт с алкоголем возможен, но нежелателен. Пластиковые одноразовые стаканчики, которые делают из полипропилена, к горячим жидкостям «равнодушны», поэтому вредных веществ при нагревании не выделяют. Но они обладают другим свойством: при контакте с алкоголем или газированными напитками (с любыми сложными химическими соединениями) могут выделять формальдегид или фенол. Из этого следует, что воду пить из такого стакана можно, а вот водку – не стоит. Формальдегид имеет ярко выраженные мутагенные свойства, обладает аллергенным и раздражающим действием. Контакт человеческого организма со средой, содержащей это вещество, может привести к появлению рака дыхательных путей и многих других тяжелейших заболеваний вплоть до лейкоза. К признакам, характерным для отравления формальдегидом через его вдыхание, относят конъюнктивит и прогрессирующий отек легких. Попадание данного вещества в организм через желудочно-кишечный тракт может стать причиной его химического ожога, эрозии, язвы.
6. PS (ПС) – полистирол. Используют при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, другой одноразовой посуды, коробок CD, пеноматериалов, игрушек, ручек. Посуда из полистирола пригодна исключительно для холодных пищевых продуктов и прохладительных напитков, так как при нагревании или контакте с горячим выделяет стирол – высокотоксичное вещество, относящееся к ІІІ классу опасности. Стирол служит основой для изготовления полимеризационных пластиков (полистиролов), стеклопластиков, синтетических каучуков, полиэфирных смол. Посуду нельзя применять для горячих продуктов, для разогрева еды в микроволновой печи, а также в качестве емкостей для алкогольных напитков. Например, если налить в стаканчик горячий напиток или положить горячее блюдо в такую пластиковую посуду, их уже нельзя называть безопасными. Тарелки из полистирола часто используют в летних кафе под шашлык, горячий суп и другие продукты. Практически все реакции, которым подвергаются стирол и его гомологи, несут потенциальную угрозу здоровью и жизни людей. Вдыхание его паров грозит многочисленными острыми и хроническими заболеваниями. Длительное попадание стирола в организм человека может приводить к поражению дыхательных путей, раздражению кожи и слизистых оболочек, поражению печени, почек, кровеносной и нервной систем.
7. OTHER или О – прочие. К этой группе относят любой другой пластик без буквенного кода, который не может быть включен в предыдущие группы. Служит как многослойная упаковка или комбинированный пластик. Например, поликарбонат, который не является токсичным для окружающей среды [15].
Таблица 1
Тайный код пластмасс
Table 1
The secret code of plastics
Посуда из меламина может содержать асбест, который запрещен даже в строительстве.
Согласно некоторым исследованиям последних лет, многоразовое использование пластиковой посуды или бутылок способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Это больше всего относится к поликарбонату. Диэтилгексилфталат и бисфенол А, найденные в пластиковых бутылках и канистрах, могут быть поглощены с едой и вызывать аллергические заболевания, бронхиальную астму, бесплодие, рак молочных желез, предстательной железы, заболевания сердечно-сосудистой системы, нарушение обмена веществ [2, 15].
Одноразовую упаковку нужно использовать только один раз. Нет сведений о том, как реагирует пластик на ингредиенты, для которых он не предназначен. Это относится к жирам и кислотам. Считают, что продукты с большим содержанием сахара и жиры нельзя готовить в пластиковой посуде. Они нагреваются до температуры плавления и деформирования пластмассы. Нужно готовить их в специальной посуде, выдерживающей нагревание до 140, 180 и более градусов. При повторном использовании одноразовой пластиковой посуды повреждается ее внешний защитный слой, и начинают выделяться канцерогенные вещества – формальдегид, фенол, кадмий, свинец. Не стоит пить из одноразовых пластиковых стаканов спиртное. В любом пластике содержатся токсичные вещества, которые в обычных холодных напитках не растворяются, но не выдерживают химической атаки алкоголя. В домашних условиях целесообразно сразу снимать с продуктов упаковочную пленку, срезать верхний слой с продуктов, хранившихся в пластиковой упаковке. Недопустимо использовать одноразовую упаковку для хранения продуктов, нужно держать еду в стеклянной и керамической посуде, покупать детское питание только в стеклянной или картонной упаковке. Важно не использовать для детского питания пластиковую посуду. Не следует разогревать в микроволновой печи пищу в пластиковой посуде и держать подолгу воду в кувшинных фильтрах. Помутневший пластиковый кувшин для воды необходимо выбрасывать. Также одноразовая упаковка не предназначена для мытья, так как результат может быть непредсказуем. Вместо пластиковой посуды целесообразно использовать посуду из бумаги, которая экологически безопасна и безвредна для организма [15].
Пластиковые бутылки и прочую тару создают по заданным параметрам и для определённых ситуаций при использовании (рис. 1). К примеру, в бутылку из-под молока лучше не заливать соки, тем более спиртные напитки. Большую роль в производстве пластика играет порядочность его производителя, который может экономить на качестве и экологичности, а также на температурном режиме.
При нагревании и контакте с водой пластик выделяет различные вредные токсичные соединения, которые, попадая в организм человека, подтачивают его здоровье, накапливаются и вызывают различные заболевания.
Исследования показали, что 80 % вредных веществ пластика в организме человека попадают:
– из строительных и отделочных материалов (гидроизоляции, обоев, утеплителей, предметов быта и др.);
– из пластиковых окон, мебели, бытовой техники;
– из пластиковой посуды – больше всего.
Особенно вредно использование ставших сейчас модными пластиковых контейнеров, так как в них зачастую хранят и разогревают пищу в микроволновых печах. Именно при таком использовании – нагревании и контакте с водой и пищей – идет образование и выделение токсичных веществ и ядов, которые попадают в организм.
Технический и пищевой пластик производят из поливинилхлорида (ПВХ), полипропилена, полиэтилена, полистирола и поликарбоната. Все пластмассовые изделия со временем стареют (изменяются), выделяя продукты разрушения. Например, ПВХ со временем начинает выделять вредное канцерогенное вещество – винилхлорид.
Вредное вещество из ПВХ начинает выделяться через неделю после того, как в пластиковую посуду залили содержимое. Через месяц в минеральной воде скапливается несколько миллиграммов винилхлорида (онкологи считают, что это очень много).
Австралийские ученые провели эксперимент и обнаружили бисфенол А у 95 % обследуемых добровольцев. Причем среди подопытных были дети и беременные женщины. Попало данное вещество в мочу, скорее всего, именно из бутилированной воды. При нагревании даже немного выше комнатной температуры начинается активное перемещение токсических молекул из пластиковой бутылки в жидкость, которой она наполнена. Понятно, что в жару более 30° такая вода становится отравленной, в том числе и бисфенолом А. Этот компонент отрицательно влияет на щитовидную железу, ЦНС, провоцирует неспособность иметь детей, гипертонию, ожирение и диабет [8, 10].
В нашей стране есть еще одна существенная опасность – повторное использование баклажек. Из РVС-бутылок выделяется токсичный хлорвинил. Эксперты считают, что бутылочный пластик сохраняет нейтральность только в отсутствие кислорода, пока вода сохраняет свой первоначальный химический состав. Как только бутылку открывают, вода и пластик быстро меняют свои свойства.
Пользоваться посудой из меламина (формальдегида) крайне опасно. Для прочности посуды в нее добавляют асбест, который запрещен даже в строительстве, не то что в изготовлении посуды. Формальдегид и асбест очень вредны и могут вызвать рак. Рисунок на такой тарелке тоже вреден. На меламин нельзя нанести безвредный краситель – держаться не будет. Поэтому используют краски, содержащие тяжелые металлы, например, свинец. Всего несколько раз разогрев в такой посуде супчик, можно заработать раковую опухоль [8, 10].
Производители продуктов быстрого приготовления также часто пользуются полистирольной упаковкой (стаканчик, пакетик, миска). Лотки с замороженными готовыми блюдами, в которых их можно разогревать, могут потерять необходимую термостойкость после того, как подверглись глубокому охлаждению.
В пластмассовых емкостях нельзя хранить кислые продукты, капусту, солить огурцы и другие овощи. Мыть их горячей водой – тоже.
Рис. 1. Маркировка биоразлагаемых пластиков
Fig. 1. Marking of biodegradable plastics
Политика в области управления пластиковыми отходами устарела и угрожает здоровью людей и живой природе, как сообщают эксперты Челси М. Рокман, Марк Энтони Брауни и др. [16].
Большая часть пластика опасна сама по себе в химическом контексте – она может быть токсичной в определенных условиях либо сама адсорбировать вредные вещества. Но в США, Европе, Австрии, Японии, а также в Украине пластиковые отходы все еще классифицируют как ТБО, и поэтому с ними обращаются, как с пищевыми отходами или, например, как со скошенной травой.
Мы верим: если страны классифицируют пластиковые отходы как опасные, агентства по охране окружающей среды сумеют восстановить ареалы обитания и предотвратить накопленные опасных отходов [3, 17, 19]. В конечном итоге, подобный шаг может подхлестнуть исследования в области новых полимеров и заменить пластик более безопасными материалами.
С загрязнениями окружающей среды, в частности воды, борются по-разному. Некоторые вводят запрет на продажу бутилированной воды на законодательном уровне, например, в г. Банденун (Австралия) или г. Конкорд (США) [18].
Швейцария отправляет на повторную переработку практически 100 % отходов [19]. Система сортировки мусора здесь доведена до абсолюта, а некоторым может показаться, что даже до абсурда. При этом такая система не знает исключения – все обязаны раскладывать мусор по разным контейнерам. Кто не согласен – платит штраф. В Швейцарии существует так называемая экологическая полиция, которая с помощью современных технологий отслеживает и штрафует нарушителей.
В Украине тоже принята система сортировки мусора, но для этого не созданы условия: нет контейнеров для разных отходов, никто не ведет мониторинг сортировки отходов; не перерабатывают отходы, а если и перерабатывают, то не более 4–10 % в зависимости от региона и т. д.
Среднестатистический взрослый человек использует девять продуктов в день, содержащих 126 различных химических веществ [5]. Мытье рук, купание, душ, стирка, мытье посуды, использование туалета – независимо от того, с какой целью мы используем воду, она несет загрязняющие вещества в слив. Если эта вода поступает в муниципальную систему очистки сточных вод, она в конечном итоге оказывается в водоеме (реке, озере и т. д.), который, как правило, является источником питьевой воды.
«Это закон жизни: практически всегда вода, стекающая в канализацию, содержит загрязняющие вещества (в том числе и пластик. –Примечание наше), которые в конце концов попадают в чью-то питьевую воду», – говорит Питер С. Картрайт [4]. Он является обладателем двух наград, в том числе от Ассоциации качества воды США, техническим консультантом Канадской ассоциации качества воды. Что можно предложить? «Индивидуальная практика. Очевидно, что все мы можем (и должны) стать персональными управляющими нашей окружающей среды», – говорит далее Питер Картрайт [4]. Это уделение большого внимания тому, что мы бросаем в канализацию, а также нашему общему использованию воды. Есть свидетельства того, что люди становятся более осведомлёнными относительно отходов в целом и более внимательными, например, утилизации пластика и фармацевтических продуктов. Все больше потребителей выбрасывают их в мусор, а не в туалет. И этот процесс набирает обороты, хотя и очень медленно. В производственной и сельскохозяйственной отраслях происходит постепенная смена парадигмы: тенденции к экономии воды, а также к восстановлению и повторному использованию сточных вод.
«Для питья и приготовления пищи мы на самом деле потребляем только один процент того, что входит в наш дом. Если этикетки производителей бутилированной воды подтверждают, что продукт прошел обратноосмотическую или дистилляционную очистку, этот продукт должен быть приемлемым. Но не забывайте, что использование при производстве тары для бутилированной воды БФА- и БФС-пластика создает проблемы», – продолжает Питер Картрайт [4].
Научная новизна
и практическая
значимость
В работе обобщены имеющиеся и представлены новые методы и технологии очистки воды от пластика, такие как: процеживание на различных сооружениях (механические методы), флотационные, мембранные и обратноосмотические системы, мембранные биореакторы (физико-химические и комбинированные методы). Как второй путь снижения количества пластика в воде предложено запрещение его изготовления или создание био-разлагаемого пластика.
Для решения проблемы – очистки воды от пластика – есть много путей, но они сводятся в основном к двум: первый – это создание новых видов пластмасс и материалов, разлагающихся в природе и невредных для всего живого; второй – совершенствование действующих и создание новых эффективных методов и технологий для очистки воды от пластика.
На телеканалах Украины стали часто обсуждать вопросы, связанные с запретом на выпуск пластиковых пакетов. Для Европы и США в последнее время более характерен гражданский тренд – добровольный отказ покупателей от бутилированной воды и переход на фильтрованную воду в собственных бутылках многоразового использования. Фильтрованная водопроводная вода (доочищенная) с развитием технологий перестала уступать бутилированной, очищенной на производстве, в качестве, но обладает более низкой стоимостью. Денежный фактор, как обычно, решает многое [4, 18].
Для очистки воды от пластика мы предлагаем механические и физико-химические методы, а также их комбинации (рис. 2).
Физический метод дистилляции возможен для небольших расходов воды. Процеживание на канализационных станциях Украины и других стран осуществляют на решетках с прозорами не более 16 мм (согласно СНиП) со стержнями прямоугольной или другой формы. Такой прозор на решетках не позволяет улавливать пластик размером в человеческий волос, поэтому мы перешли на более мелкую величину прозора – 10 мм и менее.
Для улавливания тонких частиц пластика мы предлагаем осуществлять процеживание на вибрационных грохотах, на которых устанавливают щелевидные сита (рис. 3) с размерами отверстий 0,25–0,1 мм. Такие грохоты широко применяют в горнорудной и угольной промышленности для обезвоживания концентрата на обогатительных фабриках. Для повышения эффективности извлечения пластика можно устанавливать многоступенчатое процеживание (2 и более ступени) на грохотах. Оно позволяет улавливать частицы пластика с размерами от 0,1 мм до 30 мкм и меньше. Фильтрование, но уже как доочистка, может быть осуществлено через слой разработанного нами специального зернистого материала. Он позволяет задерживать загрязнения в воде, в том числе и пластик с размерами меньше 30–40 мкм.
Обратный осмос становится возможным при использовании полупроницаемых мембран, которые свободно пропускают воду, и в тоже время задерживают 90–99 % всех растворенных неорганических соединений, 95–99 % органических веществ и 100 % мельчайших коллоидных и пластиковых примесей, бактерий, вирусов и т. д.
Нанофильтрация – это баромембранный процесс разделения веществ (рабочее давление – 1–2 МПа) с молекулярной массой до 300–500 Да. Нанофильтрационные мембраны имеют отверстия нанометрического диаметра (1–3 нм). Они задерживают электролиты (NaCl на 40–60 %) и практически полностью (98–99,9 %) органические соединения (спирты, сахар, пестициды, пластик и др.). Микрофильтрация – это барометрический процесс, который применяют для отделения из раствора взвешенных и коллоидных частиц размером 0,1–10 мкм, в том числе и пластмассовых частиц (рабочее давление 0,01–0,05 МПа).
Ультрафильтрация – это процесс баромембранного разделения, а также концентрирования и фракционирования растворов высокомолекулярных соединений (рабочее давление 0,05–0,5 МПа). Этот процесс, в отличие от обратного осмоса, применяют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше, чем молекулярная масса растворяемого (воды). На практике ультрафильтрацию используют тогда, когда хотя бы один из компонентов раствора имеет молекулярную массу свыше 500 Да (пластик и др.).
Рис. 3. Щелевидные сита
Fig. 3. Slotted screens
Флотация основывается на разной степени смачиваемости водой различных веществ. Суть процесса состоит в том, что частицы пластика прилипают к пузырькам воздуха (газа) и который выносит их на поверхность аппарата, где они образуют пену. Оптимальные размеры частиц пены – 10-5–10-3 м.