Örnekleme, sıralama ve Microplastics su ortamlarında yüksek askıya alınan tortu yükler ve büyük yüzen enkaz ile karakterize
Summary
Çoğu microplastic araştırma bugüne deniz sistemleri asma katı düzeyleri nispeten düşük olduğu ortaya çıktı. Odak şimdi yüksek tortu yükler ve yüzen enkaz özelliği olabilir tatlı su sistemleri için kayıyor. Bu iletişim kuralı toplama ve asma katı yük içeren su ortamları microplastic örnekleri analiz giderir.
Abstract
Okyanusta plastik enkaz her yerde varlığını yaygın kamu, bilimsel topluluklar ve devlet kurumları tarafından kabul edilmektedir. Ancak son zamanlarda ancak, nehirler ve göller, gibi tatlı su sistemlerinde microplastics sayısal. Microplastic örnekleme yüzeyi genellikle örnekleme ortamlara düşük düzeylerde askıya alınmış çökeller ve yüzen veya batık enkaz ile sınırlayan bir sabit veya hareketli tekne drift nets ya arkasında dağıtma oluşur. Drift ağlar genellikle microplastic enkaz toplamak için istihdam önceki çalışmalarda ≥300 µm kafes boyutu, plastik enkaz (parçacıklar ve lifleri) net arasından geçmek ve miktar kurtulmak bu boyut altında izin ile ağlar kullanılır. Protokol burada sağlar ayrıntılı: 1) örnek koleksiyonu ile yüksek ortamlarda askıya yükler ve yüzen veya batık enkaz ve 2) yakalama ve miktar microplastic parçacıklar ve lifleri < 300 µm. su örnekleri toplanan kullanarak bir peristaltik pompa düşük yoğunluklu polietilen (PE) kaplarda filtreleme ve laboratuvarda analiz daha önce depolanan. Filtrasyon naylon mesh elek yer alan ve selüloz ester membran filtreleri karışık ayrılabilir Birliği eklemler içeren bir özel yapım microplastic filtrasyon cihazı ile yapıldı. Mesh elek ve Membran filtreler ölçmek ve microplastic partikülleri ve lifleri ayırmak için stereomicroscope ile incelendi. Bu malzemelerin sonra microplastic polimer türünü belirlemek için bir mikro-zayıflatılmış toplam yansıma Fourier transform Infrared spektrometre (mikro ATR-FTIR) kullanarak incelenmiş. Kurtarma mavi PE parçacıklar ve yeşil naylon iplikler kullanarak örnekleri spiking tarafından ölçüldü; yüzde kurtarma parçacıklar için % 100 ve % 92 lifleri için kararlıydı. Bu iletişim kuralı benzer çalışmalar microplastics tortu yüksek konsantrasyonları ile yüksek hız nehirler üzerinde yol gösterecektir. Peristaltik pompa ve filtreleme aygıtı basit değişiklikler ile kullanıcılar toplamak ve çeşitli örnek birimleri ve partikül boyut analiz.
Introduction
Plastik ilk olarak 1930’larda1erken okyanusta gözlendi. 4.8-12,7 milyon MT okyanus karasal girerek Plastik için okyanusun yüzeyinde plastik 243,000 metrik ton (MT)’den fazla deniz plastik enkaz aralığının son tahminler kaynakları her yıl2,3. Deniz plastik enkaz üzerinde erken çalışmalar odaklı üzerinde macroplastics (> 5 mm çapında) kolayca görünür ve ölçülebilir olduğu gibi. Ancak, bu son zamanlarda macroplastics temsil ettiğini keşfedildi < Plastik enkaz, okyanusu, plastik enkaz ezici çoğunluğu microplastic olduğunu belirten sayı yüzde 10'u (< 5 mm çapında)2.
Microplastics iki gruplar halinde kategorize edilir: birincil ve ikincil microplastics. Birincil microplastics oluşur çapı üretilmektedir plastik < 5 mm ve nurdles, tüketici ürünleri yapmak için kullanılan ham granül, kişisel bakım ürünleri (Örneğin, yüz yıkama, vücut fırçalayın, exfoliants olarak kullanılan lastikteki içerir Diş macunu) ve aşındırıcılar veya sanayi yağları. Daha büyük plastik enkaz photolysis, aşınma ve mikrobiyal ayrışma4,5tarafından parçalanmış gibi ikincil microplastics ortamı içinde oluşturulur. Sentetik lifler de ikincil microplastics ve büyüyen bir endişe vardır. Tek bir giysi serbest bırakabilirsiniz > yıkama iç çamaşır makinesi6başına 1.900 lifleri. Kişisel bakım ürünleri, lastikteki yanı sıra bu microfibers aşağı drenaj ve kanalizasyon sistemine Atıksu tedaviler tesisleri girmeden önce yıkanır. Murphy (2016) 65 milyon microplastics atık içinde kaldı ve her gün7çamur henüz 650.000 bir nüfusa hizmet veren bir atıksu arıtma tesisi microplastic konsantrasyon 98.4 oranında influent atık için azaltılmış buldum. Hatta sırasında tedavi süreçleri, milyonlarca, belki milyarlarca kaldırılmakta olan microplastics yüksek oranlarda, microplastics Atıksu arıtma tesisleri ile her gün geçmek ve yüzey suları atık6,8 ‘ girin ,9,10,11.
Nedeniyle çevre serbest bırakılmaları, microplastics tüm trophic düzeyleri12,13,14,15soldan sağa deniz organizmalar sindirim ve solunum dokularda bulunmuştur. Diğerleri fiziksel ve kimyasal doku hasar4,6,14,15gibi çok sayıda etkileri göstermek süre sonra uptake değişkenle bazı etkileri değil gözlem zarar, çalışmaları. Bu keşifler nedeniyle faiz bu alandaki son beş yılda artmıştır. Ancak, ancak son zamanlarda çalışmalar plastik enkaz, özellikle microplastics, nehirler ve göller, gibi tatlı su sistemleri ölçmek veya bu habitatları12,16‘konut organizmalar üzerindeki etkisini değerlendirmek için başladık, 17,18. Nehir plastik enkaz atık su atık ve microplastics ve macroplastics içeren yüzey su akış aldıkları okyanusta bulundu önemli bir kaynağıdır.
Burada ayrıntılı Protokolü nerede drift ağlar mümkün değildir microplastic örnekleri toplamak için kullanılabilir; Özellikle, sucul ortamlarda yüksek konsantrasyonda askıya alınmış çökeller ve büyük Mississippi Nehri gibi enkaz yüzen. Mississippi Nehri Havzası dünyanın en büyük biridir ve bir nüfusa sahiptir > 90 milyon kişi, büyük olasılıkla plastik enkaz en büyük kaynaklarından biri olan okyanus19,20‘ ye yapma. Her yıl, Mississippi Nehri Meksika Körfezi ile birlikte yüksek konsantrasyonda askıya alınmış çökeller içine ortalama 735 km3 tatlı su deşarj (~ 60’a > 800 mg/L) ve büyük enkaz13,21. Su örnekleri iki derinliklerde (Yani, yüzey ve 0,6-derinlik) Mississippi Nehri ve kollarının kaplarda peristaltik pompa kullanarak saydam 1 L düşük yoğunluklu polietilen (PE) boyunca çeşitli yerlerde toplanmıştır. Laboratuarda örnekleri naylon mesh elek ve karışık selüloz ester membran filtreleri aynı anda bir ısmarlama 63,5 mm (2,5 inç) Polivinil klorür (PVC) silindir ile sendika eklem ile22elekler ve filtreler eklemek için kullanarak filtre. PVC sendikalar içinde filtrasyon aygıt dahil filtrasyon için istediğiniz kadar çok veya az parçacık boyutu sınıfları tarafından sağlar. Ayrıca, sentetik elyaf okurken membran filtreleri kullanarak alt mikron boyutlarını aşağı microplastic enkaz yakalamak için kullanılabilir. Filtre uygulanmış bir kez örnekleri kurutulmuş ve şüpheli plastik tespit ve mesh elek ve membran filtreleri bir stereomicroscope altında sıralanır. Şüpheli plastik sentetik olmayan malzemeler ortadan kaldırmak veya polimer türü belirlemek için toplam yansıma Fourier transform Infrared spektroskopisi (mikro ATR-FTIR) mikro-zayıflatılmış kullanarak incelenmiş. Microplastic partikülleri ve lifleri boyutu göz önüne alındığında, kirlenme sıradan olduğunu. Kirlenme kaynakları atmosferik ifade içerir, giyim, alan ve laboratuvar donanımları gibi deiyonize (DI) kaynakları su. Birden çok adımı tüm aşamaları çalışmanın yürütülmesi sırasında kirlenme–dan çeşitli kaynak azaltmak için protokol boyunca dahil edilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Drift ağları kullanarak Microplastic koleksiyon tortu ve plastik konsantrasyonları düşük, böylece gerektiren büyük örnek birimleri nerede okyanus gibi ortamlarda geleneksel yöntemdir. Ancak, drift ağlar her zaman nehirler yüksek tortu yükler ve büyük yüzen veya batık enkaz ile pratik veya güvenli değildir. Ayrıca, en ağları için plastik anketler kullanılan kafes gibi iyice yakalamak ve microplastic malzemeleri, özellikle lifleri, ölçmek girişiminde ≥300 µm boyutları bir drift net kullanma…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu iletişim kuralı kurulduğu proje Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA) deniz enkaz Program (# NA16NO29990029) tarafından finanse edildi. Ulusal büyük nehirler araştırma ve Eğitim Merkezi (NGRREC) Alton, Illinois, Miles hapis site seçimi ve tekne işlemi ile yardım için teşekkür. Alan ve laboratuar çalışmaları Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray ve Rebecca Wagner yardımı ile tamamlandı.
Materials
| 1L Cubitainer Containers, Low-Density Polyethylene | VWR | 89094-140 | Containers used to collect and store samples. |
| 2-1/2" Clear Schedule 40 Rigid PVC Pipe | United States Plastic Corporation | 34138 | The PVC pipe used to make the device comes as an 2.43 m pipe. The pipe was then cut to the desired lengths for each section seperated by union joints. Section lengths were decided by predicting smaller pore sizes would clogg the device quicker. Longer sections were placed above the smaller pore sizes to collect and hold water to prevent needing to disassemble the device to change a filter while a sample remained in the device. For one filtration device one 18 in, one 12 in, and two 6 in peices are needed. |
| 2-1/2" PVC SCH 40 Socket Union | Supply House | 457-025 | Union joints were glued to PVC pipe to house nylon sieves and mixed cellulose membranes. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque Off-White, 12" Width, 12" Length, 500 microns Mesh Size, 38% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | CMN-0500-C/5PK-05 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 100 microns Mesh Size, 44% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1TB4 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 50 microns Mesh Size, 37% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1SGA | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Mixed Cellulose Ester Membrane, 0.45um, 142mm, 25/pk | VWR | 10034-914 | Mixed cellulose membrane filter with 0.45 um was used as the last filter. A large diameter was used to allow the filter to be folded into a cone to increase surface area of the filter to prevent clogging. |
| Metal Mesh Basket Tea Leaves Strainer Teapot Filter 76mm Dia 3pcs | Uxcell via Amazon | a15071600ux0260 | The mesh basket used to provide extra support for the membrane filter to prevent tearing when pressure was applied by a vacuum pump. |
| 1/2" PVC Barbed Insert Male Adapter | Supply House | 1436-005 | A vacuum adapter was added to allow vacuum filtration in the case of slow filtration due to high sediment concentration. |
| 1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 10 ft. PVC Clear Vinyl Tube | Home Depot | 702229 | Tubing used to connect the vacuum pump to the filtration device. |
| YSI Professional Plus Multiparameter Instrument with Quatro Cable | YSI | 6050000 | Handheld meter used to measure additional water quality parameters parameters (e.g., turbidity, temperature, conductivity, pH, and dissolved oxygen (DO)). |
| 2100P Portable Turbidimeter | Hach | 4650000 | Handheld meter used to measure turbidity. |
| FEP-lined PE tubing | Geotech | 87050529 | Tubing used with perestaltic pump to collect water samples from desired depths. |
| Geopump Peristaltic Pump Series II | Geotech | 91350123 | Pump used to collected water samples. |
| MeiJi Techno EMZ-8TR Microscope | Microscope.com | EMZ8TR-PLS2 | Microscope used analyze mesh sieves and membrane filters to quanitfy suspect microsplastics. |
| Nicolet iS10 FTIR Spectrometer | Thermo Electron North America | 912A0607 | FTIR used to analyze suspect microplastics. |
| Nicolet iN5 FTIR microscope | Thermo Electron North America | 912A0895 | FTIR microscope used to analyze suspect microplastics. |
| Germanium (Ge) ATR | Thermo Electron North America | 869-174400 | Geranium ATR accessory used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum EZ-Spot Micro Mounts (Pkg of 5) | Thermo Electron North America | 0042-545 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum Coated Glass Sample Slides | Thermo Electron North America | 0042-544 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
References
- Fowler, C. W. Marine debris and northern fur seals: A case study. Marine Pollution Bulletin. 18, 326-335 (2015).
- Eriksen, M., et al. Plastic pollution in the world’s oceans: More than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS One. 9 (12), e111913 (2014).
- Jambeck, J. R., et al. Marine pollution. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science. 347 (6223), 768-771 (2015).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: a review. Marine Pollution Bulletin. 62 (12), 2588-2597 (2011).
- Browne, M. A., et al. Accumulation of microplastic on shorelines worldwide: Sources and sinks. Environmental Science & Technology. 45 (21), 9175-9179 (2011).
- Murphy, F., Ewins, C., Carbonnier, F., Quinn, B. Wastewater treatment works (WwTW) as a source of microplastics in the aquatic environment. Environmental Science & Technology. 50 (11), 5800-5808 (2016).
- Zubris, K. A., Richards, B. K. Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge. Environmental Pollution. 138 (2), 201-211 (2005).
- Fendall, L. S., Sewell, M. A. Contributing to marine pollution by washing your face: Microplastics in facial cleansers. Marine Pollution Bulletin. 58 (8), 1225-1228 (2009).
- Gregory, M. R. Plastic ‘scrubbers’ in hand cleansers: A further (and minor) source for marine pollution identified. Marine Pollution Bulletin. 32 (12), 867-871 (1996).
- Bayo, J., Olmos, S., López-Castellanos, J., Alcolea, A. Microplastics and microfibers in the sludge of a municipal wastewater treatment plant. International Journal of Sustainable Development and Planning. 11, 812-821 (2016).
- McCormick, A., Hoellein, T. J., Mason, S. A., Schluep, J., Kelly, J. J. Microplastic is an abundant and distinct microbial habitat in an urban river. Environmental Science & Technology. 48 (20), 11863-11871 (2014).
- Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis (L.) to Carcinus maenas (L.). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
- Rochman, C. M., et al. Scientific evidence supports a ban on microbeads. Environmental Science & Technology. 49 (18), 10759-10761 (2015).
- Taylor, M. L., Gwinnett, C., Robinson, L. F., Woodall, L. C. Plastic microfibre ingestion by deep-sea organisms. Scientific Reports. 6, 33997 (2016).
- Mani, T., Hauk, A., Walter, U., Burkhardt-Holm, P. Microplastics profile along the Rhine River. Scientific Reports. 5, 17988 (2015).
- Morritt, D., Stefanoudis, P. V., Pearce, D., Crimmen, O. A., Clark, P. F. Plastic in the Thames: a river runs through it. Marine Pollution Bulletin. 78 (1-2), 196-200 (2014).
- . National Park Servies Available from: https://www.nps.gov/miss/riverfacts.htm (2017)
- . United States Census Bureau Available from: https://www.census.gov/geo/maps-data/data/tiger-data.html (2010)
- . United States Geological Survey (USGS) Available from: https://waterdata.usgs.gov/nwis/rt (2016)
- Grimes, C. B. Fishery Production and the Mississippi River. Fisheries. 28 (8), 17-26 (2001).
- Talvitie, J., et al. 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 (2015).
- . . United States Environmental Protection Agency (USEPA) Method 160.2: Residue, Non-filtereable (Gravimetric, Dried at 103-105C). , (1971).
- Nor, N. H., Obbard, J. P. Microplastics in Singapore’s coastal mangrove ecosystems. Marine Pollution Bulletin. 79 (1-2), 278-283 (2014).
- Woodall, L. C., Gwinnett, C., Packer, M., Thompson, R. C., Robinson, L. F., Paterson, G. L. Using a forensic science approach to minimize environmental contamination and to identify microfibres in marine sediments. Marine Pollution Bulletin. 95 (1), 40-46 (2015).
- . . S. 1424 – 114th Congress: Microbead-Free Waters Act of 2015. , (2015).
