№12|2025

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 502.1:537.312.53
DOI 10.35776/VST.2025.12.04

Карманов Р. С., Егорова М. Д.

Влияние ультрафиолетового излучения на фрагментацию полимеров в водной среде

Аннотация

Для изучения процессов распространения микропластика в водной среде необходимо иметь представление о процессах фрагментации полимеров под воздействием естественных природных факторов. Принято считать, что УФ-излучение наиболее важный фактор, приводящий к (относительно) быстрому разрушению полимеров: солнечное излучение инициирует автокаталитическое термическое окисление, которое является основной причиной процесса деградации полимеров в окружающей среде. При возникновении ветрового воздействия и дополнительной механической нагрузки начинают разрываться молекулярные цепи, что в присутствии кислорода приводит к росту пластичности материала (так называемая химико-механическая деградация). Также механическая фрагментация может ускоряться, если материал уже имеет следы старения из-за действия других разрушающих факторов. В рамках данного исследования в лабораторных условиях были проведены эксперименты по ускоренному «состариванию» полимеров УФ-облучением на поверхности воды с интенсивностью 1,16 Вт/м2 до появления первых признаков фрагментации на образцах полимеров. На основе полученных экспериментальных данных была рассчитана продолжительность нахождения в водных объектах г. Ижевска исследуемых полимеров – полиэтилена (PE) и полипропилена (PP) в условиях естественного солнечного УФ-облучения до появления первых признаков фрагментации. Расчеты показали, что при попадании PE и PP в водную среду и естественном УФ-облучении первые признаки фрагментации полимеров появятся через 730 дней для зимнего периода и через 136 дней для летнего периода.

Ключевые слова

, , , , ,

Для цитирования: Карманов Р. С., Егорова М. Д. Влияние ультрафиолетового излучения на фрагментацию полимеров в водной среде // Водоснабжение и санитарная техника. 2025. № 12. С. 25–32. DOI: 10.35776/VST.2025.12.04.

Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку

Список цитируемой литературы

  1. Geyer R., Jambeck J. R., Law K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 2017, v. 3 (7), e1700782. DOI: 10.1126/sciadv.1700782.
  2. Чубаренко И. П., Есюкова Е. Е., Хатмуллина Л. И. и др. Микропластик в морской среде. – М.: Научный мир, 2021. 520 с.
    Chubarenko I. P., Esiukova E. E., Khatmullina L. I. et al. Microplastic v morskoi srede [Microplastics in the marine environment. Moscow, Nauchnyi Mir Publ., 2021, 520 p.].
  3. Астраханцева Е. В. Классификация микропластика в городских сточных водах / Эффективные технологии в области водоподготовки и очистки в системах водоснабжения и водоотведения: Сборник трудов IV Всероссийской студенческой научно-практической конференции, Волгоград, 21–22 марта 2024 г. – Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2024. С. 16–19.
    Astrakhantseva E. V. [Classification of microplastics in municipal wastewater. Effective technologies in the field of water and wastewater treatment in water supply and wastewater disposal systems]. Collected papers of the IV All-Russian Student Scientific and Practical Conference, Volgograd, 21–22 March 2024. Volgograd, Volgograd State Technical University Publ., 2024, pp. ­16–19. (In Russian).
  4. Астраханцева Е. В. Современная классификация микропластика в окружающей среде / Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: Материалы Национальной с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов, ученых и специалистов. В 2-х томах. Тюмень, 18–20 декаб­ря 2024 г. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2024. С. 107–109.
    Astrakhantseva E. V. [Current classification of microplastics in the environment]. Energy Conservation and Innovative Technologies in the Fuel and Energy Complex: Proceedings of the National Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates, Scientists, and Professionals with International Participation. In 2 volumes. Tyumen, 18–20 Desember 2024. Tyumen, Tyumen Industrial University Publ., 2024, pp. 107–109. (In Russian).
  5. Федотова А. Ю. Дягелев М. Ю., Исаков В. Г. Гранулометрические характеристики микропластика и его распространение в природных водах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2022. № 3 (47). С. 29–47. DOI: 10.15593/2409-5125/2022.3.03.
    Fedotova A. Iu., Diagelev M. Iu., Isakov V. G. [Granulometric characteristics of microplastics and their distribution in natural water]. Vestnik Permskogo Natsional’nogo Issledovatelskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Applied Ecology. Urban Studies, 2022, no. 3 (47), pp. 29–47. DOI: 10.15593/2409-5125/2022.3.03. (In Russian).
  6. Eriksen M., Lebreton L. C. M., Carson H. S. 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, 2014, v. 9 (12), pp. 0111913. DOI: 10.1371/journal.pone.0111913.
  7. Lebreton L., Slat B., Ferrari F. et al. Evidence that the great pacific garbage patch is rapidly accumulating plastic. Scientific Reports, 2018, v. 8, pp. 4666. DOI: 10.1038/s41598-018-22939-w.
  8. Phillips M. B., Bonner T. H. Occurrence and amount of microplastic ingested by fishes in watersheds of the Gulf of Mexico. Marine Pollution Bulletin, 2015, v. 100, pp. 264–269. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2015.08.041.
  9. Cózar A., Echevarría F., González-Gordillo J. I. et al. Plastic debris in the open ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, v. 111 (28), pp. 10239–10244. DOI: 10.1073/pnas.1314705111.
  10. Федотова А. Ю., Дягелев М. Ю., Исаков В. Г., Абрамова А. А. Загрязнение микропластиком окружающей среды и удаление микропластика из сточных вод // Экологический Вестник Северного Кавказа. 2024. Т. 20. № 1. С. 23–28.
    Fedotova A. Iu., Diagelev M. Iu., Isakov V. G., Abramova A. A. [Microplastics pollution of the environment and microplastics removal from wastewater]. Ekologicheskii Vestnik Severnogo Kavkaza, 2024, v. 20, no. 1, pp. 23–28. (In Russian).
  11. Федотова А. Ю., Астраханцева Е. В., Дягелев М. Ю. Исследование возникновения и удаления микропластика на очистных сооружениях канализации // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2023. № 4 (46). С. 28–33. DOI: 10.52684/2312-3702-2023-46-4-28-33.
    Fedotova A. Iu., Astrakhantseva E. V., Diagelev M. Iu. [Studying the occurrence and removal of microplastics at the wastewater treatment facilities]. Inzhenerno-Stroitel’nyi Vestnik Prikaspiia, 2023, no. 4 (46), pp. 28–33. DOI: 10.52684/2312-3702-2023-46-4-28-33. (In Russian).
  12. Dyagelev M., Astrakhantseva E. Effects of UV exposure on plastic degradation in water. Lecture Notes in Civil Engineering, 2025, v. 565, pp. 649–657. DOI: 10.1007/978-3-031-80482-361.
  13. Gewert B., Plassmann M. M., MacLeod M. Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment. Environmental Science: Processes and Impacts, 2015, v. 17, pp. 1513–1521. DOI: 10.1039/C5EM00207A.
  14. Wang J., Tan Z., Peng J., Qiu Q., Li M. The behaviors of microplastics in the marine environment. Marine Environmental Research, 2016, v. 113, pp. 7–17. DOI: 10.1016/j.marenvres.2015.10.014.
  15. Gregory M. R., Andrady A. L. Plastics in the marine environment. In: Plastics and the Environment. John Wiley & Sons, Hoboken, 2003, pp. 379–401. DOI: 10.1002/0471721557.ch10.
  16. Barnes D. K. A., Milner P. Drifting plastic and its consequences for sessile organism dispersal in the Atlantic Ocean. Marine Biology, 2005, v. 146 (4), pp. 815–825. DOI: 10.1007/s00227-004-1474-8.
  17. Corcoran P. L., Biesinger M. C., Grif M. Plastics and beaches: A degrading relation-ship. Marine Pollution Bulletin, 2009, v. 58, pp. 80–84. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2008.08.022.
  18. Ryan P. G., Moore C. J., Van Franeker J. A., Moloney C. L. Monitoring the abundance of plastic debris in the marine environment. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2009, v. 364 (1526), pp. 1999–2012. DOI: 10.1098/rstb.2008.0207.
  19. Jungnickel H., Pund R., Tentschert J. et al. Time-of-fight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS)-based analysis and imaging of polyethylene microplastics formation during sea surf simulation. Science of The Total Environment, 2016, v. 563–564, pp. 261–266. DOI: 10.1016/j.scitotenv.
  20. Efimova I., Bagaeva M., Bagaev A., Kileso A., Chubarenko I. P. Secondary microplastics generation in the sea swash zone with coarse bottom sediments: Laboratory experiments. Frontiers in Marine Science, 2018, v. 5, pp. 313. DOI: 10.3389/fmars.2018.00313.
  21. Chubarenko I., Efimova I., Bagaeva M., Bagaev A., Isachenko I. On mechanical fragmentation of single-use plastics in the sea swash zone with different types of bottom sediments: Insights from laboratory experiments. Marine Pollution Bulletin, 2020, v. 150, pp. 110726. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2019.110726.
  22. Song Y. K., Hong S. H., Jang M., Han G. M., Jung S. W., Shim W. J. Combined effects of UV exposure duration and mechanical abrasion on microplastic fragmentation by polymer type. Environmental Science and Technology, 2017, v. 51 (8), pp. 4368–4376. DOI: 10.1021/acs.est.6b06155.
  23. Kalogerakis N., Karkanorachaki K., Kalogerakis G. C. et al. Microplastics generation: Onset of fragmentation of polyethylene films in marine environment mesocosms. Frontiers in Marine Science, 2017, v. 4, pp. 1–15. DOI: 10.3389/fmars.2017.00084.

Журнал ВСТ включен в новый перечень ВАК

Шлафман В. В. Проектирование под заданную ценность, или достижимая эффективность технических решений – что это?

Banner Kofman 1