Transport von fragmentierten und kugelförmigen Mikroplastikpartikeln in gesättigtem Kies und Quarzsand

Zusammenfassung Mikroplastik wird in der Literatur zunehmend als potenzielles globales Umweltproblem thematisiert, wobei insbesondere terrestrische Systeme relevant erscheinen, da mechanischer Abrieb dort zur Fragmentierung von Kunststoffen beitragen kann. Besonders im städtischen Oberflächenabfluss zerfällt Plastik bzw. Mikroplastik schnell und reichert sich im Boden an, wodurch es möglicherweise das oberflächennahe Grundwasser gefährdet. Zum besseren Verständnis des Transports von Mikroplastik im Grundwasser, wurden Säulenexperimente durchgeführt, in denen das Transportverhalten von fragmentiertem (FMPs ~1 µm Durchmesser) und kugelförmigem (SMPs ~1, 10 und 20 µm Durchmesser) Mikroplastik in natürlichem Kies (mittel und fein) und Quarzsand (grob und mittel) verglichen wurden. Polystyrol-Mikrokugeln wurden mit Glasperlen physikalisch abgerieben, um den schnellen Fragmentierungsprozess nachzuahmen. Die Versuche wurden bei einer konstanten Durchflussrate von 1,50 m pro Tag durchgeführt, indem zwei Porenvolumina von SMPs und FMPs injiziert wurden. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass SMPs im Vergleich zu FMPs in natürlichem Kies leichter transportiert werden, was möglicherweise auf den Rückhalt der größeren SMPs zurückzuführen ist. Interessanterweise zeigten FMPs einen höheren Durchbruch in Quarzsand, wahrscheinlich aufgrund von häufigen Drehungen und ihrer Tendenz, sich an den Strömungswegen auszurichten. Im Gegensatz dazu wurden beide Größen von SMPs (größer und kleiner als FMPs) in Quarzsand besser zurückgehalten. Zusammengefasst haben daher sowohl Form als auch Größe einen Effekt auf das Transportverhalten von Mikroplastik in porösen Grundwasserleitern. Aufgrund natürlicher Zerfallsprozesse unter Umweltbedingungen kann davon ausgegangen werden, dass fragmentiertes Mikroplastik in kiesig-sandigen Grundwasserkörpern potenziell besser transportiert wird, was auf ein erhöhtes Risiko einer Belastung des Grundwassers mit Mikroplastik hindeutet. Die aus der Studie gewonnenen Erkenntnisse bedürfen einer weiteren Überprüfung und Vertiefung in zukünftigen Forschungsarbeiten, insbesondere unter Berücksichtigung zusätzlicher Einflussfaktoren auf Transportprozesse. Diese Arbeit wurde im Zuge der Forschungskooperation Vienna Water Resource Systems 2020+ beim Mid-Term-Symposium 2025 vorgestellt und repräsentiert eine für die Österreichische Wasserwirtschaft abgestimmte Version der im Journal of Environmental Quality im Jahr 2024 publizierten Originalarbeit von Ameen et al. (2024).