Biodegradation of microplastics in aquatic ecosystems

Plastika je sintetski polimerni materijal koji je zbog visoke izdržljivosti, male težine i niske cijene jedan od često korištenih materijala. U posljednjih 70 godina svjetska godišnja proizvodnja plastike porasla je s 0,5 milijuna tona u 1950. godini na 348 milijuna tona u 2017. godini, a očekuje se da će se u sljedećih 20 godina udvostručiti. Danas veliki problem za okoliš predstavlja mikroplastika (MP), odnosno čestice plastike koje su manje od 5 mm. Izvori MP-a su mnogi, a jedan od njih su i otpadne vode putem kojih MP dospijeva u tlo, slatke i slane vode. Onečišćenje MP-om zabilježeno je u svim dijelovima ekosustava, a zbog njihove postojanosti u okolišu i niskog stupnja razgradnje se u novije doba ispituju različiti postupci za njihovo uklanjanje iz okoliša. Cilj ovog rada bio je ispitati biorazgradnju MP-a u vodi inokulacijom bakterija Bacillus licheniformis, Lysinibacillus massiliensis te s mješovitom kulturom Delftia acidovorans i Bacillus sp. Biorazgradnja polistirena (PS) i polietilena niske gustoće (LDPE), veličine čestica 300 – 500 μm, provedena je u šaržnim uvjetima rada pri temperaturi od 25±2 °C, pH-vrijednosti od 7,148 i 160 o/min. Proces biorazgradnje je trajao 22 dana, a praćeni su sljedeći pokazatelji: temperatura, pH-vrijednost, koncentracija otopljenog kisika, električna vodljivost, optička gustoća (OG), broj izraslih kolonija bakterija (CFU), vrijednosti ukupnog ugljika (TC), ukupnog organskog ugljika (TOC) i ukupnog anorganskog ugljika (IC), koncentracije kationa i aniona, nastali nusprodukti biorazgradnje te promjene na površini čestica MP-a. Dobiveni rezultati pokazali su da je tijekom 22 dana pokusa u svim uzorcima započela biorazgradnja LDPE-a i PS-a na što ukazuje smanjenje koncentracije otopljenog kisika, porast vrijednosti CFU-a, porast IC vrijednosti i promjena u koncentraciji kationa i aniona. Nadalje, na FTIR spektrima snimljenim nakon procesa biorazgradnje vidljivi su novonastali pikovi za koje se pretpostavlja da su posljedica biorazgradnje. Iz dobivenih rezultata pretpostavlja se da je biorazgradnja obje vrste MP-a moguća s korištenim bakterijskim kulturama, te su u cilju potvrde navedene teze potrebna detaljnija istraživanja.Plastic is synthetic polymer material which is one of the most frequently used materials due to its durability, lightweight and low cost. Over the last 70 years world annual plastic production has risen from 0.5 million tons in 1950. to 348 million tons in 2017. and is expected to double in the next 20 years. Microplastics (MP), which are plastic particles that are smaller than 5 mm, are the major problem for the environment. There are different sources of MP but the biggest problem are discharged wastewaters through which MP reaches the soil, freshwaters, seas and oceans. MP pollution has been detected both in terrestrial and aquatic ecosystems. Due to their persistence in the environment and low degradation availability it is necessary to find efficient way for MP removal. The aim of this paper was to examine biodegradation availability of MP in water by inoculation of bacteria, Bacillus licheniformis, Lysinibacillus massiliensis and mixed culture Delftia acidovorans and Bacillus sp. Biodegradation of polystyrene (PS) and low density polyethylene (LDPE), at patricle size 300 – 500 μm, was carried out in batch conditions at 25±2 °C, pH-value 7.148 and 160 rpm. During the 22 days of biodegradation process, temperature, pH-value, dissolved oxygen concentration, electrical conductivity, optical density (OG), colony-forming unit (CFU), total carbon (TC), total organic carbon (TOC), total inorganic carbon (IC), anion and cation concentration, biodegradation products and surface changes have been monitored. The obtained results showed that during 22 days in all experiments had started biodegradation of both PS and LDPE which was indicated by a decrease in the dissolved oxygen concentration, an increase in the CFU and IC, and changes in the anion and cation concentrations. Furthermore, the results from FTIR spectra showed newly formed peaks after biodegradation that are presumed to be the results of biodegradation. From the obtained results, it is assumed that biodegradation of both types of MP is possible with used bacterial cultures. In order to confirm this thesis, more detailed research is needed