Ecotoxicity assessment of biodegradable plastics and sewage sludge in compost and in soil

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-38-7466-7
Title: Ecotoxicity assessment of biodegradable plastics and sewage sludge in compost and in soil
Author: Kapanen, Anu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2012-11-16
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-38-7466-7
http://hdl.handle.net/10138/37273
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Biohajoavien muovien tulee käyttöikänsä jälkeen hajota haitattomiksi lopputuotteiksi. Sovelluskohteen ja käyttötarkoituksen mukaan hajoaminen voi tapahtua joko maassa, vedessä, anaerobiprosessissa tai kompostissa. Useat biohajoavista muoveista on suunniteltu täyttämään kompostoituville materiaaleille asetetut vaatimukset. Kompostointia hyödynnetään yleisesti myös jätevesilietteiden käsittelyssä. Kompostoinnilla on mahdollista alentaa lietteen sisältämien orgaanisten haitta-aineiden pitoisuuksia ja näin parantaa lietteen hyötykäyttömahdollisuuksia. Tässä työssä tutkitut kompostoituvat ja maatalouskäyttöön tarkoitetut biohajoavat muovit hajosivat tavoitteiden mukaisesti suhteessa käyttötarkoituksen asettamiin vaatimuksiin. Biohajoavuusominaisuuksien lisäksi, biohajoavien muovien ja niiden komponenttien ympäristömyrkyllisyyttä arvioitiin biotesteillä biohajoavuusprosessin aikana. Tutkimuksessa osoitettiin, että maitohappopohjaisten polymeerien ja polyuretaanipohjaisten biomuovien biohajoamisen aikana ympäristöön voi vapautua ympäristölle haitallisia yhdisteitä. Tämän lisäksi muovin pehmittimenä käytetyn dietyyliftalaatin (DEP) todettiin hajoavan tehokkaasti pilot-kompostiolosuhteissa. Kuitenkin korkeissa pitoisuuksissa DEP:n todettiin aiheuttavan muutoksia kompostista valmistetun kasvualustan mikrobidiversiteetissä sekä vaikuttivat kasvien kasvuun. Tutkitut tärkkelyspohjaiset biohajoavat katekalvot toimivat hyvin kenttäolosuhteissa ja peltomaahan kynnetyllä katekalvolla ei havaittu olevan vaikutusta maaperän laatuun, kun maan laatua tarkasteltiin biotesteillä. Biotesteillä osoitettiin myös että kompostointi vähensi lietteen akuuttia myrkyllisyyttä, genotoksisuutta sekä hormonin kaltaisesti vaikuttavien yhdisteiden määrää lietteessä. Tämän tutkimuksen perusteella biotestien käyttöä voidaan suositella maatalouskäyttöön tai viherrakentamiseen tarkoitettujen jätevesilietteiden laadun tarkkailussa. Biohajoavat materiaalit sekä komposti ja maaperä testiympäristöinä asettavat biotesteille suuria haasteita. Vaikka biotesteillä voitiin tässä tutkimuksessa osoittaa biohajoavuuden aikana tapahtuvia muutoksia näytteiden haitallisuudessa, testiympäristö asetti biotestien käytölle myös rajoituksia. Tutkittavien näytteiden väri, orgaaninen hiili, kuorike, turve, kompostin kypsyysaste ja korkea mikrobiaktiivisuus ovat niitä tekijöitä jotka vaikuttavat biotestien toimintaan ja tekevät biotestien tulosten tulkinnasta haastavaa.The one thing in common for all biodegradable items is that at the end of their life cycle they should degrade into harmless end products, during a specified time frame. Depending on the target application, the degradation may take place in soil, in water, in an anaerobic digestion plant or in compost. In addition to its use as a waste treatment process for biodegradable plastics, composting can be used in the removal of organic contaminants from sewage sludge. In this study the biodegradation properties of bioplastics targeted for agricultural and compost applications were investigated. In addition, the potential of biotests were evaluated in ecotoxicity assessment of biodegradable plastics and their components during the biodegradation process. During the biodegradation of chain-linked lactic acid polymers and polyurethane-based plastic material in controlled composting conditions the release of toxic degradation products could be demonstrated by biotests. The fate of an endocrine disrupting plasticizer, diethyl phthalate (DEP) was also studied in a controlled composting test, in pilot composting scale and in plant growth media. A high concentration of DEP induced changes in the microbial community, gave a clear response in the biotest and its degradation was inhibited. However, in pilot scale composting the degradation of DEP was efficient. The studied starch-based biodegradable mulching films showed good product performance and no negative effects on the soil environment were detected. If sewage sludge is used as a soil conditioner, many harmful substances can potentially end up in the environment. In our study, composting reduced efficiently the amount of organic contaminants such as DEHP, PAH, LAS, and NPs in sewage sludge. In addition, composting resulted in reduction in acute toxicity, genotoxicity and endocrine-disruption potential of the sewage sludge. The use of biotests is recommended as an indicator of potential risk when sewage sludge-based products are used in agricultural or landscaping applications. Potentials and also limitations were recognized in the performances of different biotests when studying the ecotoxicity of biodegradable materials during biodegradation processes in compost and in soil environment. Testing environment does set limitations for the use of biotests. Colour, amounts of nutrients, additional carbon sources, presence of bark and peat, compost immaturity, and high microbial activity are some of the factors limiting the use of biotests or complicate interpretation of the results.
Subject: mikrobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ecotoxic.pdf 1009.Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record