Direkte Mikro- und Makroplastiktransportmessungen an großen und mittleren Flüssen sowie im Ablauf von Kläranlagen

Abstract

Kunststoffabfälle als allgegenwärtige Verunreinigung unserer Umwelt geben aufgrund der weitgehend unbekannten langfristigen Auswirkungen auf Flora und Fauna zunehmend Anlass zur Sorge. Obwohl Flüsse als Transportwege von Kunststoffabfällen in Meere bekannt sind, konzentrierte sich die Forschung bisher vor allem auf das Vorkommen in den Weltmeeren. In den letzten Jahren wurden zwar einige Süßwasserstudien durchgeführt, aber kaum eine verwendete Methodik widmete sich der räumlichen Verteilung des Plastikmülls in der Wassersäule – insbesondere in Flüssen. Da Plastikpartikel aber nicht nur an der Oberfläche schwimmen, bedarf es zur Bestimmung des Transports unbedingt einer Methodik, die den Transport in verschiedenen Tiefen erheben kann und auch an mittleren und großen Flüssen anwendbar ist. Eine solche wurde in Österreich im Rahmen der Studie „Plastik in der Donau“ entwickelt und getestet. Die neue Methodik ermöglicht es, den Plastiktransport in verschiedenen Tiefen entlang von Vertikalen zu messen, die innerhalb eines Profils verteilt sind. Das netzbasierte Gerät ist robust und kann auch bei hohen Fließgeschwindigkeiten und Abflüssen eingesetzt werden. Netze mit unterschiedlichen Größen (41 µm, 250 µm, 500 µm und auch gröber für die Thematik Makroplastik) werden in drei verschiedenen Tiefen der Wassersäule positioniert. Im Auslaufbereich von Kläranlagen kann mit maßgeschneiderten Rahmen und Netzen relativ einfach der gesamte Abflussquerschnitt gefiltert und beprobt werden. Zur Untersuchung der Transportpfade und des Verhaltens einzelner Makroplastikpartikel, wurden selbige mit GPS-Sendern versehen, um ihre Positionen in hoher zeitlicher Auflösung zu verfolgen.Der Einsatz des Netzmesssystems an der österreichischen Donau zeigte eine hohe Heterogenität der Mikroplastik-Konzentrationen innerhalb eines Messprofils. Aufgrund von turbulenter Durchmischung sowie unterschiedlicher Dichten der Polymere, der Aggregation und des Wachstums von Biofilmen kann der Kunststofftransport nicht auf die Oberflächenschicht eines Flusses beschränkt werden, sondern muss wie Schwebstoffe innerhalb der gesamten Wassersäule untersucht werden. Diese Ergebnisse implizieren, dass Vielpunktmessungen zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Kunststoffkonzentration unabdingbar sind und daher auch eine Voraussetzung für die Berechnung der Frachten darstellen. Darüber hinaus konnten an zwei Kläranlagen Messungen des Plastiktransports im Ablaufkanal durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass die gewählte Methodik gut anwendbar ist und Restmengen an Mikrokunststoff gut entfernt werden könnten. An der Donau wurden erste Tests mit besenderten Makroplastikpartikeln durchgeführt, die ein hohes Potenzial für zukünftige Anwendungen im Forschungsbereich aufzeigen. So können die Transporteigenschaften der Partikel genau analysiert und auch Rückschlüsse über Ablagerung und Akkumulation von Plastikpartikeln gezogen werden.Plastic waste as a persistent contamination of our environment is of increasing concern due to the largely unknown long-term effects on biota. Although rivers are known as transport paths for plastic waste into the sea, research has so far concentrated mainly on its occurrence in the sea. In recent years, there have been some freshwater studies, but hardly any methodology has been applied to the spatial distribution of plastic waste in the water column – especially in (large) rivers. However, since plastic particles do not only float on the surface, a methodology that addresses the transport at different depths and is also applicable to medium and large rivers is inevitable to determine the transport. Such a methodology has been developed and tested in Austria within the study “Plastics in the Danube”. The new methodology enables the measurement of plastic transport at different depths of verticals distributed within a profile. The net-based device is robust and can be used even at high flow velocities and discharges. Nets of different sizes (41 µm, 250 µm, 500 µm and also wider for macroplastics) are positioned at three different depths of the water column. In the outlet area of wastewater treatment plants, the entire discharge cross section can be filtered and sampled relatively simple with specifically built frames and nets. For questions concerning the transport paths and the behaviour of individual macroplastic particles, the particles were equipped with GPS transmitters in order to track their positions with high temporal resolution.The use of the net measurement system at the Austrian Danube showed a high heterogeneity of the microplastic concentrations within a measurement profile. Due to turbulent mixing and because of different densities of polymers, aggregation and growth of biofilms, the transport of plastics cannot be limited to the surface layer of a river and has to be investigated like suspended solids within the whole water column. These results imply that multipoint measurements are indispensable to determine the spatial distribution of the plastic concentration and are therefore a prerequisite for the calculation of the loads. At two different wastewater treatment plants measurements of plastic transport in the discharge channel could be carried out. The chosen methodology is well applicable and shows that residual amounts of microplastics could be removed well. First tests with emitted macroplastic particles were carried out on the Danube and represent a high research potential. The transport properties of the particles can be analysed in detail and conclusions about the deposition and accumulation of plastic particles can be drawn.