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- Asamblea PT PROTECMA -Jornada “RETOS TECNOLÓGICOS PARA LA
DETECCIÓN Y ELIMINACIÓN DE MICROPLÁSTICOS y CONTAMINANTES EMERGENTES”
Centro Tecnológico del Mar Fundación CETMAR, Vigo, 10 de diciembre de 2019
Cuantificación y tratamiento de
microplásticos en aguas residuales
urbanas. Proyecto MICROPLAST.
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Índice
Introducción• Definición tradicional/ECHA• Tipología• Origen/fuentes• Aproximación a las técnicas de detección disponibles • Eliminación de MP en EDAR
Proyecto AVI MICROPLAST• Presentación de la convocatoria y del consorcio• Introducción y objetivos del proyecto• Resultados parciales:
- Actividad Nº1- Actividad Nº2- Actividad Nº3- Actividad Nº4
• Conclusiones
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¿Qué es
AIMPLAS?
Centro
Tecnológico (CT)
con 30 años de
experiencia en el
sector del plástico
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Contamos con un equipo de
más de 160 profesionales altamente cualificados
27 Doctores
26%
Técnicos especializados
74%
Titulados Universitarios
62%mujeres
38%hombres
39 años edad media
5
Más 9.000 m2
de instalaciones
con los últimos
avances tecnológicos
5.000 m2 plantas piloto
4.000 m2 laboratorios
6
Ingresos por Actividad
Servicios tecnológicos 20%
Formación 5%
Cuotas asociados 2%
I+D+I 73%
DATOS 2018
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Orientados al mercado
Envase y embalaje Construcción Automoción y transporte Reciclado
Industria Gráfica Aeronáutica Agricultura Eléctrico-Electrónico Energía
Medicina MobiliarioNáutica Aeroespacial Ocio y deporte
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Introducción: definición tradicional vs. ECHA
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Con un fin específico, por ejemplo, como partículas exfoliantes en cremas exfoliantes faciales o corporales.
Producidos de forma involuntaria
Fabricados y añadidos deliberadamente a productos
Introducción: tipología
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Introducción: origen/fuente
1. Degradación de Neumáticos (involuntario): El desgaste que sufren los neumáticos por la abrasióndel asfalto origina la emisión de partículas de diferentes tamaños.
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Introducción: origen/fuente
1. Degradación de Neumáticos (involuntario): El desgaste que sufren los neumáticos por la abrasióndel asfalto origina la emisión de partículas de diferentes tamaños.
La cantidad y tamaño por neumático dependerá de varios parámetros como:
- Características de los neumáticos: tamaño (radio/ancho/profundidad), laprofundidad de la banda de rodadura, la presión, la temperatura, lacomposición química, los kilómetros realizados etc;
- Características del vehículo: el peso, ubicación de las ruedas motrices,potencia del motor, sistemas de frenado, el tipo de suspensión, elestado de mantenimiento etc;
- Características de la superficie de la carretera: siendo las mássignificativas la materia (hormigón asfáltico), textura, longitud de onda,la porosidad, la condición, la humedad y el aderezo superficial;
- Funcionamiento del vehículo: tales como velocidad, aceleración lineal,aceleración radial, frecuencia y extensión del frenado y las curvas.
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Introducción: origen/fuente
2. Productos de cosmética (deliberado): desde pasta de dientes hasta esmalte de uñas. En función del tipo de polímero, su composición, tamaño y forma, los microplásticos se emplearán para funciones distintas en los productos de cosmética:
- reguladores de la viscosidad- emulsionantes,- formantes de películas- agentes opacificantes- aglutinantes, exfoliantes- cuidado bucal (pulido dientes)- gelificantes en adhesivos para dentaduras- prolongar la vida del almacenamiento atrapando
ingredientes activos degradables en la matriz departículas porosas (protegiendo el ingrediente activode bacterias que son demasiado grandes para entraren los poros).
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Introducción: origen/fuente
2. Productos de cosmética (deliberado): desde pasta de dientes hasta esmalte de uñas. En función del tipo de polímero, su composición, tamaño y forma, los microplásticos se emplearán para funciones distintas en los productos de cosmética:
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Pérdida de pellets durante los diferentes procesos de
producción, transformación, tránsporte etc.
Introducción: origen/fuente3. Pellets: Las partículas de granza para la pre-producción industrial de artículos de plástico se fabrican directamentecon forma esférica o cilíndrica con un diámetro de unos pocos milímetros (generalmente menores de 10 mm). Sucolor varía de blanco translúcido, blanco grisáceo, blanco amarillento a ámbar y negro. Constituyen la materia primaindustrial transportada por carretera o directamente por transporte marítimo hasta los lugares donde la industriatransformadora produce los diferentes objetos plásticos derritiendo y moldeando estos gránulos.
Degradación de pellets
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Introducción: origen/fuente3. Pellets: Los plásticos actúan como “esponjas” para toxinas que se acumulan en su superficie enconcentraciones muy superiores a las del agua del mar circundante.
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Introducción: origen/fuente
4. Productos textiles: Las fibras liberadas en el lavado de las prendas sintéticas.
Las fibras artificiales proceden de materiales naturales (básicamente celulosa) y las sintéticas se obtienen a partir de polímeros sintéticos derivados del petróleo. Las más comunes son:
- Poliéster- Acrílico- Polipropileno- Poliamidas (Nylon)
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Introducción: origen/fuente
5. Pinturas, barnices y tintas: Existen diferentes tipos de pinturas con diferentes propiedades físicas y químicas en función del uso que se las va a dar. Los fragmentos de pintura son considerados como microplásticos debido al porcentaje de polímeros que contienen.
- Eliminación de viejas capas de pintura (incluyendo lijado y decapado por chorrode arena);- Desgaste de las pinturas durante su vida útil (en gran medida influencia de lascondiciones meteorológicas);- Enjuague en el fregadero de rodillos y pinceles utilizados.
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Introducción: origen/fuente6. Campos artificiales de deporte: El césped artificial es una superficie de fibras sintéticas hechaspara parecerse al césped natural. Con el fin de mantener las fibras sintéticas en una posición vertical yproporcionar la elasticidad deseada del campo, se utilizan granulados como relleno. El material derelleno más común es el caucho de estireno-butadieno (SBR), que se recupera de los neumáticos delos vehículos al final de su vida útil. El relleno de caucho tiene un tamaño de partícula medio deaproximadamente 2 mm.
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Introducción: origen/fuente
7. Productos de limpieza: Los productos de limpieza son esenciales por razones de higiene o seguridad(reducir riesgo por contaminación bacteriana o para evitar que las superficies no se vuelvanresbaladizas, etc). Los limpiadores abrasivos se utilizan en los hogares para limpiar suelos, superficies,equipos y piezas de trabajo, principalmente en cocinas y baños. Los materiales a limpiar pueden sersuperficies de madera, metal, plástico, cerámica, etc.Estos detergentes llevan micropartículas como la calcita para mejorar su capacidad abrasiva, que es unagente barato y eficaz, pero para algunas superficies más delicadas resulta demasiado dura y agresiva,por lo que en estos caso particulares se emplean detergentes con partículas microplásticas comoabrasivos debido a su acción abrasiva suave.
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Introducción: aproximación a las técnicas de detección
disponibles
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Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad por influencia antropogénica se ha degenerado y provienen del agua usada de carácter doméstica, urbana y/o industrial, así como la mezcla de todas las anteriores.
En la directiva 91/271 CEE, del Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas, se definieron las siguientes tipologías de aguas residuales:
- Aguas residuales domésticas: aquellas procedentes de zonas de vivienda y de servicios generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas.
- Aguas residuales industriales: Todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de escorrentía pluvial.
- Aguas residuales urbanas: Las aguas residuales domésticas o la mezcla de estas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrentía pluvial. Todas ellas habitualmente se recogen en un sistema colector y son enviadas mediante un emisario terrestre a una planta EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales). Las industrias que realicen el vertido de sus aguas residuales en esta red colectora habrán de acondicionar previamente sus aguas.
Introducción: Eliminación de Microplásticos en EDAR
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Introducción: Eliminación de Microplásticos en EDAR
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PROYECTO MICRPLAST
Presentación de la convocatoria y del consorcio
AGUAS DE VALENCIA S.A.1. AIMPLAS 2. 3.
UNIVERSITAT DE VALENCIA
Proyectos estratégicos en cooperación
Nexe
Convocatoria 2019
GENERALITAT VALENICANA – AGENCIA VALENCIANA DE LA INNOVACIÓ
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Introducción y objetivos generales
El objetivo principal de este proyecto es la prevención de contaminantes emergentes, como son los microplásticos, en el medio
evitando así un problema ambiental y económico que actualmente va en incremento.
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Objetivos específicos .• Metodología estandarizada para la medición cuantitativa de Microplásticos.
• Evaluación de la situación actual en las EDAR.
• Evaluación de la generación de microplásticos durante los procesos de reciclaje de plásticos.
• Desarrollo y evaluación de dos tecnologías de tratamiento diferentes a escala piloto, lecho de filtro y reactoresde membrana.
• Protocolos de operación para la captación de microplásticos en cada tecnología.
• Evaluación de las limitaciones de cada tecnología para su aplicación en EDAR urbanas e industriales.
• Desarrollo del conocimiento básico para futuras regulaciones.
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Propuesta y discusión del plan de trabajo
Entidad nº Actividad
1 Desarrollar una metodología estandarizada para la medición tanto cuantitativa como
cualitativa de Microplásticos
1,3 Diseñar y evaluar un sistema de filtración utilizando membranas comerciales
1,2,3 Determinar la eficiencia de recuperación de microplásticos de medios filtrantes
seleccionados
1,2,3 Evaluar la eficiencia de recuperación de microplásticos mediante la tecnología de filtración
seleccionada en una empresa de reciclaje de plásticos
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Actividad nº 1
Objetivos:El objetivo de esta actividad es el desarrollo de un método para la determinación de microplásticos en aguas y lodos residuales tanto urbanos como industriales. En el caso de los industriales el proyecto se
centrará en los efluentes provenientes de un proceso de reciclaje de plástico.
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Actividad nº 1
Diseño y desarrollo de patrones de microplásticos
- Cantidad - Distribución de tamaños- Tipología y naturaleza química- Flexibilidad
Equipamiento relacionado:
- Molino micronizador- Tamizadora
Medios:- Simulación carga orgánica procedente de aguas EDAR: Influente; Tratamiento primario, secundario y terciario;
Efluente- Simulación aguas planta de reciclado (uso de detergentes, tensoactivos, productos químicos, etc.)
DEFINICIÓN DEL CASO DE ESTUDIO
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Actividad nº 1
Definición y desarrollo de la metodología de análisis.
Medios:
- Agua EDAR: Influente; Tratamiento primario, secundario y terciario; Efluente
- agua planta de reciclado
Desarrollo de protocolos:
1) Muestreo (toma de muestras in-situ y muestreo para representatividad muestra en laboratorio)
2) Metodología analítica
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Actividad nº 1 Definición y desarrollo de la metodología de análisis.
2) Metodología analítica
- Filtración in-situ- Preparación muestra retenida en el medio filtrante del mecanismo in-situ (dilución)- Digestión - Separación por densidad- Filtración con filtro de fibra de vidrio- Presencia o no de Microplásticos en filtro (tinción con rosa de bengala de partículas no MP y detección):
- Microscopio óptico (LEICA Modelo LEITZ DM RX2)- Espectrofotómetro de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR NICOLET 6700 S/N AHR071021).- Microscopio + FTIR adaptado- RAMAN
- Por tipología. Mediante otras técnicas para la “semi-cuantificación” (DSC (picos de fusión), TGA (temperaturas de descomposición), etc.)
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1) Muestreo (toma de muestras in-situ)
Actividad nº 1
Definición y desarrollo de la metodología de análisis.
- Desarrollo de sistema de filtración 500, 200, 150 y 25 micras.
- Uso de diferentes métodos de muestreo en los estudios:
- Recogida en recipiente- Bombeo y recogida en recipiente junto con filtración- Recogida a través de Superficie de Filtración
Sistema de muestreo apilado con 4 tamaños de malladiferentes
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Sistema de muestreo apilado con 4 tamaños de malladiferentes (Ziajahromi et al. 2017)
Montaje de superficie de filtrado (Carr et al. 2016)
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Actividad nº 1 Definición y desarrollo de la metodología de análisis.
2) Metodología analítica
- Separación por densidad- Solución Saturada de cloruro de sodio ClNa 120 g/L
- Precio económico y características no tóxicas - Durante la separación, se crea suspensión (agitación vigorosa y seguido de incubación) y se forman
dos fases claras:- Capa inferior de agua: partículas de alta densidad (Pe. arcillas)- Capa superior de agua: partículas de baja densidad como microplásticos
- Digestión- Necesaria para eliminar los materiales de origen biológico- Incubación de las muestras que contienen microplásticos
en 30% (v/v) en H2O2
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Actividad nº 1 Definición y desarrollo de la metodología de análisis.
2) Metodología analítica
- Filtración en filtro fibra de vidrio (tamaño de poro inferior a 25 micras)
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Caracterización para minimizar el error
- Espectrofotometría con rayos infrarojos (FTIR) y Espectroscopía Raman
- FTIR: principio de funcionamiento se basa en el momento dipolar de los enlaces químicos produce un espectro de infrarojos en el análisis.
- µ-FTIR: muestras de microplásticos de pequeño tamaño (<20 µm)
- Pros y contras: tecnología no destructiva y reproducible. Tecnología lenta y necesita entrenamiento de un técnico.
- Espectrocospía Raman: ofrece un espectro de huella molecular de acuerdo con las polarizabilidades de enlaces químicos (Strungaru et al. 2019)
- Sólo aplicable a la detección de enlaces aromáticos
- Detección hasta 1-2 µm y no se ve limitada por las formas irregulares, y detecta los que no se pueden con FTIR. (Imhof et al. 2016)
- Inconvenientes: tiempo de procesamiento largo, calefacción del polímero y degradación y fluorescencia de inferencia.
Caracterización por tipología (no es el objetivo principal)
Mediante otras técnicas para la “semi-cuantificación” (DSC (picos de fusión), TGA (temperaturas de descomposición), etc.)
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Actividad nº 1
Validación de la metodología de análisis
IDENTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE CUANTIFICACIÓN
DISPONIBLES
IMPLEMENTACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS EN PATRONES
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA Y
DETERMINACIÓN DE LA SENSIBILIDAD DEL MÉTODO
VALIDACIÓN DEL MÉTODO
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Actividad nº 2
Objetivos:El objetivo de esta actividad es la evaluación y diseño una planta a escala
demostrativa de membranas de uso comercial seleccionando la que tenga la tecnología más rentable para la retención de microplásticos en términos
cuantitativos, esto se realizará tomando en cuenta los patrones desarrollados en la actividad 1.
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Actividad nº 2
Diseño una planta a escala demostrativa de membranas de uso comercial para la retención de microplásticos
Montaje y puesta a punto de la planta a escala demostrativa de membranas de uso comercial para la retención de microplásticos
Evaluación de la rentabilidad de la retención de microplásticos en términos cuantitativos
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Actividad nº 3
Objetivos:El objetivo de esta actividad es la determinación de la eficiencia de recuperación de microplásticos de los medios filtrantes seleccionados, esto se realizará a partir
de los resultados obtenidos en la planta piloto de membranas diseñada en la Actividad 2.
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Actividad nº 3
Campaña de muestro en EDAR
Ensayos en prototipos a escala de laboratorio
Diseño y construcción de prototipos y ensayos a escala demostrativa
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Actividad nº 4
Objetivos:El objetivo de esta actividad es la evaluación de la eficiencia de
recuperación de microplásticos mediante la tecnología de filtración seleccionada en una planta piloto de reciclaje de plásticos que será
transferible a una empresa de reciclaje.
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Actividad nº 4
Tarea 4.1. Determinación y caracterización de microplásticos en la planta piloto de reciclado
Tratamiento de una cantidad mínima de residuos plásticos (definición del origen y del proceso de reciclado) en la planta para asegurar la generación de
microplásticos
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Actividad nº 4
Tarea 4.1. Determinación y caracterización de microplásticos en la planta piloto de reciclado
Factores a tener en cuenta:
- Escala piloto-escala industrial- Implementación de los protocolos de muestreo y análisis SITUACIÓN
INICIAL PREVIA A LA ELIMINACIÓN DE MICROPLÁSTICOS
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Actividad nº 4 Tarea 4.2. Acondicionamiento de los prototipos de demostración de filtro de arena y residuo de
carbón activado y formación a AIMPLAS sobre su funcionamiento
Se lleva a cabo el acondicionamiento de los prototipos de filtro de arena y carbón activo para la instalación en AIMPLAS.
¡OJO! Adaptación a caudales del equipamiento de AIMPLAS (escala piloto).
AGUAS DE VALENCIA
Labores de formación sobre su funcionamiento mediante un curso práctico indicado al personal técnico encargada de la planta piloto.
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Actividad nº 4 Ensayos a escala demostrativa
ÁDAMPATCIÓN FILTROS EN EQUIPAMIENTO
AIMPLAS
IMPLEMENTACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS EN
LAVADERO DE AIMPLAS
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE ELIMINACIÓN
(IDENTIFICACIÓN ANTES Y DESPUÉS)
VALIDACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE ELIMINACIÓN
ESCALADO INDUSTRIAL TEÓRICO
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Conclusiones
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- De cuidado personal y productos cosméticos- La mayoría de los microplásticos aportados a las aguas residuales procedentes de los productos cosméticos y de
cuidado personal se pueden eliminar por tratamientos de aguas residuales convencionales. - CARACTERIZACIÓN:
- Procedencia: limpiadores faciales, gel de baño,..- Tamaño: entre 60 y 800 µm de diámetro- Forma y color: uniforme, irregular, granular, elipse, varilla,esférico, blanco, opaco,…
- FIBRAS SINTÉTICAS- Más del 35 % de los microplásticos identificados en el medio acuático podrían ser liberados a través de las
fibras sintéticas a durante el lavado (Prata 2018)
- CARACTERIZACIÓN:- Procedencia: tela de poliester, poliamida, poliacrílico, mezcla de poliester-algodón, …- Tamaño variable de la longitud de fibra
MICROPLASTICOS SECUNDARIOS CAUSADOS POR FRAGMENTACIÓN DE GRANDES PLÁSTICOS A TRAVÉS DE FOTOOXIDACIÓN, MECÁNICA, QUÍMICA O INTERACCIONES BIOLÓGICAS
MICROPLASTICOS PRIMARIOS PROCEDENTES DE USO DIARIO
¿Qué se está observando…y qué se espera?
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¿Alguna pregunta?
Proyectos estratégicos en cooperación
Nexe
Convocatoria 2019
GENERALITAT VALENICANA – AGENCIA VALENCIANA DE LA INNOVACIÓ
MICROPLAST
Reunión de lanzamiento
