Nanoplastic Generation from Secondary PE Microplastics: Microorganism-Induced Fragmentation

Concern regarding the pollution of the marine environment with plastics has been rising in recent years. Plastic waste residing in and interacting with the environment fragments into secondary particles in the micro- and nanoscale, whose negative impacts on the environment are even greater than those of the parent items. In this work, secondary high density polyethylene (HDPE) and low density polyethylene (LDPE) microplastics were produced by irradiation of virgin films following mechanical fragmentation. The fragments with size ranging from 250 μm to 2 mm were selected for subsequent microcosm experiments. Incubation for 120 days in seawater inoculated with two marine communities, Agios, acclimatized to utilizing plastics as a carbon source, and Souda, as was collected at the Souda bay (Crete, Greece), resulted in biofilm formation by polyethylene (PE) degraders. Monthly FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) examination of the samples revealed changes in the chemical structure of the surface of the polymers. Dynamic light scattering (DLS) was employed and nano- and microparticles with sizes in the range between 56 nm and 4.5 μm were detected in the seawater of inoculated microcosms. It was thus demonstrated that weathered plastics particles can biodeteriorate and biofragment as a result of biofilm attachment, resulting in the production of nanoplastics due to microbial activity

Βιοδιάσπαση μικροπλαστικών στο θαλάσσιο περιβάλλον

Περίληψη: Μεγάλες ποσότητες πλαστικών καταλήγουν κάθε χρόνο στο υδάτινο περιβάλλον με αποτέλεσμα να συσσωρεύονται, έχοντας αρνητικές συνέπειες για τη θαλάσσια ζωή. Απο το 1970 έχουν παρατηρηθεί μεγάλα κομμάτια πλαστικών στο θαλάσσιο περιβάλλον ενώ ο τρόπος μεταφοράς και η τύχη των πλαστικών κοματιών, απασχολεί έντονα την ερευνητική κοινότητα τη τελευταία δεκαετία. Τα πλαστικά εισέρχονται στο υδάτινο περιβάλλον σε ένα ευρύ φάσμα μεγεθών. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα πλαστικά δεν απομακρύνονται ποτέ πλήρως, αλλά θρυματίζονται σε μικροπλαστικά εξαιτίας της έκθεσης σε υπεριώδη (UV) ακτινοβολία, ακραίες θερμοκρασίες, μηχανική καταπόνηση από τα κύμματα τον αέρα και τήν άμμο καθώς και βιολογική δράση. Ανάμεσα στα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα και άφθονα πολυμερή είναι πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) το οποίο είναι εξαιρετικά υδρόφοβο και υψηλού μοριακού βάρους κάτι που το καθιστά δύσκολα αποδομήσιμο εκτός κι αν υποστεί γήρανση . Ο πραγματικός χρόνος που χρειάζεται το πολυαιθυλένιο να αποδομηθεί εντελώς στο θαλάσσιο περιβάλλον παραμένει άγνωστος. Στην παρούσα μελέτη, μετά πεντάμηνη έκθεση σε UV-A ακτινοβολία και άσκηση ήπιας μηχανικής καταπόνησης δημιουργήθηκαν δευτερογενή μικροπλαστικά από φίλμ υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλενίου. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης των θαλάσσιων μικροβιακών κοινοτήτων στα δευτερογενή μικροπλαστικά σε προσομειωμένο θαλάσσιο περιβάλλον όπου τα μικροπλαστικά είναι η μοναδική πηγή άνθρακα. Το εύρος διαμέτρου των μικροπλαστικών κυμαινόταν από 2mm εως 250μm. . Στη συνέχεια τα μικροπλαστικά χωρίστηκαν ισόποσα σε κωνικές φυάλες κι αυτές εμβολιάστηκαν με μικροβιακές κοινότητες από τον κόλπο του Άγιο Ονούφριου που είχε ήδη αναπτυχθεί παρουσία πολυαιθυλενίου ως μοναδική πηγή άνθρακα και της Σούδας Χανίων. Μετρήσεις βάρους των μικροπλαστικών , της μικροβιακής ανάπτυξης και δραστηριότητας του μεγέθους των σωματιδίων στο διηθούμενο υγρό κι της χημικής σύστασης της επιφάνειας των μικροπλαστικών πραγματοποιούνταν κάθε μήνα για την παρακολούθηση και εκτίμηση της επίδρασηςτων αυτόχθονων θαλάσσιων μικροβαικών κοινοτήτων σε δευτερογενή πλαστικά στο θαλάσσιο περιβάλλον

Bioelectrochemical treatment of groundwater containing BTEX in a continuous-flow system: substrate interactions, microbial community analysis, and impact of sulfate as a co-contaminant

Summarization: Microbial electrochemical technologies (MET) are increasingly being considered for in situ remediation of contaminated groundwater. However, their application potential for the simultaneous treatment of complex mixtures of organic and inorganic contaminants, has been only marginally explored. Here we have analyzed the performance of the ‘bioelectric well’, a previously developed bioelectrochemical reactor configuration, in the treatment of benzene, toluene, ethyl-benzene and xylenes (BTEX) mixtures. Although to different extents, all BTEX were found to be degraded in the bioelectrochemical system, operated using a continuous-flow of groundwater at a hydraulic retention time of 8.8 h, with the graphite anode potentiostatically controlled at +0.200 V vs. the standard hydrogen electrode. In the case of toluene and ethyl-benzene, biodegradation was further confirmed by the GC–MS identification of fumarate-addition metabolites, previously shown to be involved in the activation of these contaminants under anaerobic conditions. Degradation rates were higher for toluene (31.3 ± 1.5 mg/L d) and lower for benzene (6.1 ± 0.3 mg/L d), ethyl-benzene (3.3 ± 0.1 mg/L d), and xylenes (4.5 ± 0.2 mg/L d). BTEX degradation was linked to electric current generation, with coulombic efficiencies falling in the range 53–69%, although methanogenesis also contributed to contaminant degradation. Remarkably, the system also allowed removal of sulfate simultaneously with toluene. Sulfate removal was likely driven by the hydrogen abiotically generated at the cathode. Taken as a whole, these findings highlight the remarkable potential of this innovative reactor configuration for application in a variety of contamination scenarios.Παρουσιάστηκε στο: New Biotechnolog