Contamination of Microplastic in Municipal Wastewater Treatment Plant

Abstract

This research was to study microplastic contamination in two community wastewater treatment systems which were aerated lagoon wastewater treatment system (AL) in Khon Kaen City and the stabilization pond wastewater treatment system (SP) in Udon Thani City. Water and sediment samples were collected. For AL, water samples were collected from influent pipe, aeration pond, sedimentation pond, and effluent, while sediment samples were collected from aeration pond and sedimentation pond. For SP, water samples were collected from influent pipe, fermentation pond, facultative pond, maturation pond, and effluent point, while sediment samples were collected from fermentation pond and facultative pond. Physical and chemical characteristics of microplastic was analyzed as well as numerical loading of microplastics to the surface water. The integrated sampling method is applied to collect the water and sediment samples by taking 1 L of water and 1 Kg of sediment sample with three replicates. The samples were taken for 3 months during wet season. The color, size, and shape of the microplastics were analyzed using a stereomicroscope. The polymer type of the microplastic samples was analyzed using the ATR FT-IR microscope.

The results showed that AL could reduce abundance of microplastics in effluent for 84.35%. The most common microplastic shape is fibers which was 54% of total number of microplastic found in water samples. The dominant size was in the size range of 0.02-0.3 mm. (38%). Polypropylene was the most abundance which was found around 62%. Blue color microplastic was accounted for 34%. In sediment samples, it was found that the efficiency of microplastics treatment was 39.3%. The most common microplastic shape is fragments (57%), the most common microplastic size is 0.02-0.3 mm. (43%), the most common microplastic polymer is polypropylene (64%) and the most common microplastic of color is white (46%).

From the study of SP, it could remove microplastic from effluent for 77%. The most common microplastic shape is fragments (51%), the most common microplastic size is 0.02-0.3 mm. (39%), the most common microplastic polymer is Polypropylene (64%) and the most common microplastic of color is blue (30%). Meanwhile, the system was having efficiency to remove microplastics from sludge of around 29.30%. The most common microplastic shape is fragments shape (62%), the most common microplastic size is 0.02-0.3 mm. (53%), the most common microplastic polymer is Polypropylene (81%), and the most common microplastic of color is red (38%).

When comparing the number of microplastics in the water samples in the AL and at hydraulic loading rate 35,000 m3/day. The AL showed that microplastics entered the Aerated lagoon wastewater treatment system were 3,353×105±2,576×105 pcs/day, microplastic contamination to the environment was 525×105±350×105 pcs/day, and microplastic treatment equal to 2,828×105±2,226×105 pcs/day. Meanwhile, SP showed that microplastics entered the Stabilization ponds wastewater treatment system were 2,975×105±696.5×105 pcs/day, microplastic contamination to the environment was 672×105±241.5×105 pcs/day, and microplastic treatment equal to 2,303×105±455×105 pcs/day. It was due to the retention time of wastewater in the Aerated lagoon wastewater treatment system, the system had a hydraulic retention time (HRT) of 7 days. Meanwhile, SP had HRT of 15 days. Therefore, it was assumed that the AL was able to treat microplastics in the wastewater better than the SP.

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการปนเปื้อนไมโครพลาสติกในระบบบำบัดน้ำเสียชุมชนทั้ง 2 แห่งคือ ระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศของเทศบาลนครขอนแก่นและระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรของเทศบาลนครอุดรธานี โดยเก็บตัวอย่างน้ำและตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสียทั้งสองระบบ ระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศ เก็บตัวอย่างน้ำจากหน่วยบำบัดจุดน้ำเข้า บ่อเติมอากาศ บ่อตกตะกอน และจุดน้ำออก ในขณะที่เก็บตัวอย่างตะกอนจากหน่วยบำบัดบ่อเติมอากาศและบ่อตกตะกอน ระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรเก็บตัวอย่างน้ำจากหน่วยบำบัดจุดน้ำเข้า บ่อหมัก บ่อผึ่ง บ่อบ่ม และจุดน้ำออก ในขณะที่เก็บตัวอย่างตะกอนจากหน่วยบำบัดบ่อหมักและบ่อผึ่งโดยศึกษาลักษณะทางกายภาพและเคมีของไมโครพลาสติกและประเมินปริมาณไมโครพลาสติกที่ถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมจากระบบบำบัดน้ำเสีย เก็บตัวอย่างแบบอินทิเกรตเป็นการเก็บตัวอย่างรวมที่ได้จากการเก็บแบบหลายจุดในเวลาเดียวกันหรือใกล้เคียงกัน แล้วนำมารวมกันเป็นตัวอย่างเดียว โดยเก็บตัวอย่างน้ำปริมาตร 1 ลิตร ต่อ 1 ตัวอย่าง และเก็บตัวอย่างตะกอนน้ำหนัก 1 กิโลกรัม ต่อ 1 ตัวอย่าง จำนวน 4 ครั้ง เป็นเวลา 3 เดือน ในช่วงฤดูฝนและทำการวิเคราะห์สี ขนาด และรูปร่างของไมโครพลาสติกโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบสเตอริโอและวิเคราะห์ชนิดพอลิเมอร์โดยใช้เครื่อง Microscope ATR FT-IR

ผลการศึกษาไมโครพลาสติกในตัวอย่างน้ำในระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศพบว่าประสิทธิภาพการบำบัดไมโครพลาสติก เท่ากับ 84.35% โดยพบไมโครพลาสติกแบบเส้นใยมากที่สุดเท่ากับ 54% ขนาดไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ 0.02-0.3 มิลลิเมตร เท่ากับ 38% สารพอลิเมอร์ของไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ Polypropylene เท่ากับ 62% และพบไมโครพลาสติกสีน้ำเงินมากที่สุดเท่ากับ 34% ในขณะที่ตัวอย่างตะกอนในระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศจากบ่อเติมอากาศถึงบ่อตกตะกอน พบว่าประสิทธิภาพการบำบัดไมโครพลาสติก เท่ากับ 39.3% โดยพบไมโครพลาสติกแบบไร้รูปแบบมากที่สุดเท่ากับ 57% ขนาดไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ 0.02-0.3 มิลลิเมตร เท่ากับ 43% สารพอลิเมอร์ของไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ Polypropylene เท่ากับ 64% และพบไมโครพลาสติกสีขาวใสมากที่สุด เท่ากับ 46%

ผลการศึกษาไมโครพลาสติกในตัวอย่างน้ำในระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรพบว่าประสิทธิภาพการบำบัดไมโครพลาสติกเท่ากับ 77% โดยพบไมโครพลาสติกแบบไร้รูปแบบมากที่สุดเท่ากับ 51% ขนาดไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ 0.02-0.3 มิลลิเมตร เท่ากับ 39% สารพอลิเมอร์ของไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ Polypropylene เท่ากับ 64% และพบไมโครพลาสติกสีน้ำเงินมากที่สุดเท่ากับ 30% ในขณะที่ตัวอย่างตะกอนในระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรจากบ่อหมักถึงบ่อผึ่ง พบว่าประสิทธิภาพการบำบัดไมโครพลาสติก เท่ากับ 29.30% โดยพบไมโครพลาสติกแบบไร้รูปแบบมากที่สุดเท่ากับ 62% ขนาดไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ 0.02-0.3 มิลลิเมตร เท่ากับ 53% สารพอลิเมอร์ของไมโครพลาสติกที่พบมากที่สุดคือ Polypropylene เท่ากับ 81% และพบไมโครพลาสติกสีแดงมากที่สุดเท่ากับ 38%

เมื่อเปรียบเทียบจำนวนไมโครพลาสติกในตัวอย่างน้ำในระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศและระบบบำบัดแบบบ่อปรับเสถียรที่อัตราการไหลน้ำเสีย 35,000 ลูกบาศก์เมตร/วัน ระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศ พบว่ามีจำนวนไมโครพลาสติกเข้าระบบบำบัด เท่ากับ 3,353 ×105±2,576×105 ชิ้น/วัน ไมโครพลาสติกออกสู่สิ่งแวดล้อมเท่ากับ 525×105±350×105 ชิ้น/วัน โดยพบว่ามีประสิทธิภาพการกำจัดไมโครพลาสติกเท่ากับ 2,828×105±2,226×105 ชิ้น/วัน ในขณะที่ระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรพบว่ามีจำนวนไมโครพลาสติกเข้าระบบบำบัด เท่ากับ 2,975×105±696.5×105 ชิ้น/วัน ไมโครพลาสติกออกสู่สิ่งแวดล้อมเท่ากับ 672×105±241.5×105 ชิ้น/วัน โดยพบว่ามีประสิทธิภาพการกำจัดไมโครพลาสติก เท่ากับ 2,303×105±455×105 ชิ้น/วัน โดยพบว่าระยะเวลาในการเก็บกักน้ำเสียในระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศมีเวลาเก็บกักน้ำเสีย 7 วัน ในขณะที่ระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรมีเวลาเก็บกักน้ำเสีย 15 วัน จึงอนุมานได้ว่าระบบบำบัดน้ำเสียแบบสระเติมอากาศสามารถบำบัดไมโครพลาสติกในน้ำเสียได้ดีกว่าระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียร