Химики из Швейцарии показали, что с помощью медленной фильтрации через песок из воды можно удалить до 99,5 процента наночастиц пластика. Напротив, озонирование и фильтрация через активированный уголь практические не повлияли на количество наночастиц в обработанной воде.

Исследование опубликовано в Journal of Hazardous Materials.

Последнее время ученые находят частицы пластика в самых неожиданных местах, в том числе и в питьевой воде. При этом как именно частицы пластика могут влиять на здоровье людей, достоверно неизвестно, но ученые заранее ищут способы очистки воды от пластика. Труднее всего изучать нанопластик — его частицы размером в несколько нанометров плохо поддаются экспериментальным измерениям. Но ученым достоверно известно, что нанопластик содержится в питьевой воде, и насколько современные методы очистки помогают от него избавиться, пока неясно.

Ральф Каеги (Ralf Kaegi) и его коллеги из Швейцарского федерального института гидрологии и технологии решили узнать, какие способы очистки лучше всего помогают избавиться от нанопластика в воде. Для этого они приготовили пластиковые наночастицы, содержащие примеси палладия. Такие частицы легко детектировать с помощью масс-спектрометрии.

Чаще всего очистка воды включает в себя несколько фильтраций и озонирование — действие на воду раствором сильного окислителя озона с формулой O₃. И химики решили проделать эти же процедуры с водой из Цюрихского озера — источника питьевой воды для жителей Цюриха. Они приготовили суспензии наночастиц в озерной воде и провели озонирование. Затем ученые рассчитали диаметр получившихся наночастиц с помощью динамического рассеяния света. Оказалось, что диаметр практически не изменился, то есть частицы не разрушились под действием озона. Далее химики попробовали фильтровать суспензии наночастиц через колонки, набитые песком и активированным углем. Причем колонок с песком было два типа — одни набивали обычным песком, а для других брали уже использованный песок из очистных сооружений Цюриха.

Зависимость отношения концентраций нанопластика в воде до и после фильтрования от объема фильтрованной воды. Слева — данные для фильтра, наполненного использованным ранее песком. Справа — то же самое для фильтра с активированным углем / Ralf Kaegi et al. / Journal of Hazardous Materials, 2022

В процессе фильтрования ученые заметили, что чем медленнее проходило фильтрование, и чем длиннее была колонна, тем меньше наночастиц проходило сквозь фильтр. Далее они сравнили три разных наполнителя для фильтров: два вида песка и активированный уголь. Выяснилось, что ранее использованный песок работает намного лучше двух других наполнителей: до 80 процентов частиц задерживались на поверхности песочного фильтра.

Затем ученые проверили свои результаты на станции очистки воды Цюриха (Zurich Water Works). Там на колоннах длиной в два метра химики фильтровали воду в течение 9 часов. Как они и предполагали, лучшие результаты показали колонны, набитые использованным песком: на них задержалось 99,5 процента наночастиц. Авторы статьи связывают преимущество использованного песка с тем, что на его песчинках за долгое время фильтрования образовалась биопленка — она улучшает фильтрацию за счет уменьшения заряда на поверхности песчинок и изменения формы пор.

Слева — фильтр с песком в лаборатории. Справа — фильтр с песком на станции очистки воды в Цюрихе / Ralf Kaegi et al. / Journal of Hazardous Materials, 2022

В итоге химики показали, что с помощью фильтрования на песке можно практически полностью очистить воду от нанопластика. При этом эффективность фильтрования составила 77 процентов в лабораторных экспериментах, а при использовании больших очистных фильтров эффективность достигла 99,5 процента.