Wastewater treatment plants as pathways of microlitter to the aquatic environment
| dc.contributor | Aalto-yliopisto | fi |
| dc.contributor | Aalto University | en |
| dc.contributor.advisor | Mikola, Anna, Dr., Aalto University, Department of Built Environment, Finland | |
| dc.contributor.advisor | Setälä, Outi, Dr., Finnish Environment Institute, Finland | |
| dc.contributor.author | Talvitie, Julia | |
| dc.contributor.department | Rakennetun ympäristön laitos | fi |
| dc.contributor.department | Department of Built Environment | en |
| dc.contributor.lab | Water and Environmental Engineering | en |
| dc.contributor.school | Insinööritieteiden korkeakoulu | fi |
| dc.contributor.school | School of Engineering | en |
| dc.contributor.supervisor | Vahala, Riku, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland | |
| dc.date.accessioned | 2018-05-14T09:02:51Z | |
| dc.date.available | 2018-05-14T09:02:51Z | |
| dc.date.defence | 2018-05-18 | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.abstract | Microlitter and its synthetic sub-type microplastics, defined as anthropogenic particles less than 5 mm in size, are an ever-increasing form of marine litter that has received considerable attention over the past decades. Among the numerous possible sources and pathways that allow this microlitter to enter aquatic environments, wastewater treatment plants (WWTPs) have been suggested as one of the more significant pathways. This thesis examines the step-wise removal of microlitter during the purification process within conventional WWTPs utilizing conventional activated sludge processes. In addition, the removal of microplastics from wastewater effluents using five different advanced final-stage treatment technologies was investigated and the microplastic discharge from existing Finnish WWTPs into the aquatic environments was assessed. To further evaluate the environmental risk that microlitter may pose to aquatic food webs, their ingestion by Baltic blue mussels (Mytilus trossulus) was studied at a wastewater receiving area in the Gulf of Finland in the Northern Baltic Sea. These results show that conventional wastewater treatment using primary and secondary treatments can efficiently remove (> 99 %) microlitter arriving at the WWTP in influent. Most (98%) of the microlitter was removed during primary treatment. The activated sludge process further decreased (~ 88%) the microlitter concentration. During the wastewater treatment, most of the microlitter (> 99.5 %) was retained in the raw and excess sludge. However, part (~ 20 %) of the retained microlitter was recycled back to the treatment process along with the reject water. The removal of microplastics can be further enhanced by advanced final-stage wastewater treatment technologies. Membrane bioreactor removed an additional 99.9% of microplastics during treatment. Sand filtration removed 97%, dissolved air flotation removed 95 %, and disc filtration removed 40 – 98.5% of the MPs. Biologically active filtration did not have any impact on the microplastic concentration. According to our estimations, Finnish WWTPs annually discharge ~ 480 billion microplastic particles into aquatic environments. As vast volumes of wastewaters are constantly discharged into the aquatic environments, the role of WWTPs as pathways may be significant. However, to further evaluate the relative importance of the role of WWTPs as pathway for microplastics, information on other pathways are also needed. The results from the wastewater receiving environment indicate that the WWTPs may influence the microlitter and microplastics abundance and composition detected in biota. Blue mussels collected from the wastewater receiving area had higher microlitter content than those from the reference site. | en |
| dc.description.abstract | Mikroroskaksi kutsutaan yleisesti alle 5 mm:n kokoista roskaa. Mikroroskien ja erityisesti mikromuovien ekologiseen merkitykseen on alettu kiinnittää erityistä huomiota viimeisen vuosikymmenen aikana. Mikroroskia päätyy ympäristöön useista eri lähteistä kuten liikenteestä, vaatteiden pesusta ja kosmetiikasta ja erityisesti jätevedenpuhdistamoita on epäilty yhdeksi merkittävimmistä mikroroskien kauttakulkureiteistä vesistöihin. Tässä työssä tutkittiin mikroroskien kulkeutumista ja poistumista perinteisen aktiivilietemenetelmään perustuvan jätevedenpuhdistusprosessin sekä erilaisten jälkikäsittelyiden aikana. Lisäksi tutkittiin jätevedenpuhdistamoiden vesistöihin aiheuttamaa mikroroskakuormitusta Itämeren sinisimpukoiden avulla. Tutkimuksessa verrattiin sinisimpukoista löydettävien mikroroskien määrää jätevesiä vastaanottavan ja verrokkialueen välillä. Tutkimuksissa havaittiin, että perinteinen jätevedenpuhdistus esikäsittelyineen ja jälkiselkeytyksineen poistaa tehokkaasti (> 99%) puhdistamolle tulevan mikroroskat. Suurin osa mikroroskista (~ 98%) poistui jo esikäsittelyn aikana ja aktiivilieteprosessi vähensi edelleen (~ 88%) mikroroskien määrää esikäsitellystä jätevedestä. Suurin osa mikroroskista pidättyi jätevedenpuhdistusprosessin aikana lietteeseen. Noin 20% lietteeseen pidättyvästä mikroroskasta päätyi kuitenkin takaisin prosessiin lietteen kuivauksessa syntyvän rejektiveden mukana. Perinteisesti käsitellystä jätevedestä voitiin edelleen poistaa mikroroskia erilaisten jälkikäsittelyiden avulla. Membraanisuodatustekniikkaan perustuva membraanibioreaktori (engl. membrane bioreactor, MBR) poisti lähes kaikki mikroroskat (99.9 %) esikäsitellystä jätevedestä. Myös jälkiselkeytyksen jälkeistä jätevettä käsittelevät tertiäärikäsittelyt kuten hiekkasuodatin, flotaatio ja kiekkosuodatin poistivat tehokkaasti mikroroskaa. Ainoastaan biologisella denitrifikaatiosuodattimella ei havaittu olevan vaikutusta mikroroskien määrään jätevedessä. Jätevedenpuhdistamot voivat olla merkittävä mikroroska- ja mikromuovikuormittaja, kun ottaa huomioon, että käsiteltyä jätevettä johdetaan jatkuvasti suuria määriä vesistöihin. Arviolta noin 480 miljardia mikromuovia päätyy Suomessa jätevedenpuhdistamoilta vesistöön. Toisaalta jätevedenpuhdistamot voivat tarjota ratkaisun mikromuovikuormituksen vähentämiseen. Itämeren sinisimpukoissa havaittiin korkeampia mikroroskamääriä jätevesiä vastaanottavalla merialueella kuin verrokkialueella. Havaitut korkeammat mikroroskamäärät saattavat johtua jätevedenpuhdistamoiden kuormittavasta vaikutuksesta. Muiden mahdollisten mikroroskan lähteiden ja reittien vaikutusta tuloksiin ei kuitenkaan pystytty sulkemaan tutkimuksessa pois. | fi |
| dc.format.extent | 69 + app. 48 | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | en |
| dc.identifier.isbn | 978-952-60-7980-6 (electronic) | |
| dc.identifier.isbn | 978-952-60-7979-0 (printed) | |
| dc.identifier.issn | 1799-4942 (electronic) | |
| dc.identifier.issn | 1799-4934 (printed) | |
| dc.identifier.issn | 1799-4934 (ISSN-L) | |
| dc.identifier.uri | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/30720 | |
| dc.identifier.urn | URN:ISBN:978-952-60-7980-6 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.opn | Dris, Rachid, Dr., University of Bayreuth, Germany | |
| dc.publisher | Aalto University | en |
| dc.publisher | Aalto-yliopisto | fi |
| dc.relation.haspart | [Publication 1]: Talvitie, J., Heinonen, M., Pääkkönen, J.-P., Vahtera, E., Mikola, A., Setälä, O., Vahala, R. (2015). Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic Sea. Water Science and Technology. 72 (9), 1495–1504. DOI: 10.2166/wst.2015.360 | |
| dc.relation.haspart | [Publication 2]: Talvitie, J., Mikola, A., Setälä, O., Heinonen, M., Koistinen, A. (2017). How well is microlitter purified from wastewater? - A detailed study on the stepwise removal of microlitter in a tertiary level wastewater treatment plant. Water Research. 109:164-172. DOI: 10.1016/j.watres.2016.11.046 | |
| dc.relation.haspart | [Publication 3]: Talvitie, J., Mikola, A., Koistinen, A., Setälä, O. (2017). Solutions to microplastic pollution - removal of microplastics from wastewater effluent with advanced wastewater treatment technologies. Water Research. 123:401 – 407. DOI: 10.1016/j.watres.2017.07.005 | |
| dc.relation.haspart | [Publication 4]: Railo S., Talvitie J., Setälä O., Lehtiniemi M. Koistinen, A. (2018). Application of an enzyme digestion method reveals microlitter in Mytilus trossulus at a wastewater discharge area. Marine Pollution Bulletin. 130:206 – 214. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2018.03.022 | |
| dc.relation.ispartofseries | Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS | en |
| dc.relation.ispartofseries | 86/2018 | |
| dc.rev | van Wezel, Annemarie, Prof., KWR Watercycle Research Institute, Netherlands | |
| dc.rev | Leusch, Frederic, Assoc. Prof., Griffith University, Australia | |
| dc.subject.keyword | microlitter | en |
| dc.subject.keyword | microplastics | en |
| dc.subject.keyword | municipal wastewaters | en |
| dc.subject.keyword | WWTPs | en |
| dc.subject.keyword | aquatic environment | en |
| dc.subject.keyword | blue mussels | en |
| dc.subject.keyword | mikroroskat | fi |
| dc.subject.keyword | mikromuovit | fi |
| dc.subject.keyword | yhdyskuntajätevedet | fi |
| dc.subject.keyword | jätevedenpuhdistamot | fi |
| dc.subject.keyword | vesiympäristö | fi |
| dc.subject.keyword | sinisimpukat | fi |
| dc.subject.other | Environmental science | en |
| dc.title | Wastewater treatment plants as pathways of microlitter to the aquatic environment | en |
| dc.title | Jätevedenpuhdistamot mikroroskan kulkureittinä vesistöihin | fi |
| dc.type | G5 Artikkeliväitöskirja | fi |
| dc.type.dcmitype | text | en |
| dc.type.ontasot | Doctoral dissertation (article-based) | en |
| dc.type.ontasot | Väitöskirja (artikkeli) | fi |
| local.aalto.acrisexportstatus | checked | |
| local.aalto.archive | yes | |
| local.aalto.formfolder | 2018_05_14_klo_11_44 |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- isbn9789526079806.pdf
- Size:
- 2.04 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
