TEKNOLOGIER TIL AFKOLORISERING AF FARVER: INDIGO OG INDIGO CARMINE

LUZ QUINTERO
Skole for geovidenskab og miljø. Det minespecifikke fakultet.Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

SANTIAGO CARDONA
School of Geosciences and Environment. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

Receptioneret til gennemsyn den 18. november 2008, accepteret den 21. maj 2009, endelig version den 13. oktober 2009

SUMMARY: Behandling af tekstilspildevand med indigo og indigokarminfarvestoffer er meget kompleks og varieret. Effektiviteten varierer alt efter, hvilken metode der anvendes. I denne artikel gennemgås de forskellige behandlingsteknologier til fjernelse af indigo og indigokarmin; fjernelseseffektivitet, anvendte kulturer, processystemer, driftsmæssige faktorer og andre aspekter med henblik på at opstille kriterier for valg af den bedste behandlingsproces og forstå omfanget af forskningen inden for indigoblegning. Gennemgangen begynder med fikseringsprocessen i indigofarvning og beskriver derefter undersøgelser af behandling af indigo-udløbsvand i laboratorie- og storskala. Der findes fysisk-kemiske, kemiske, fysiske og biologiske teknologier til blegning af indigovand. Valget af behandling afhænger af spildevandets kvalitet, anvendelse, teknologiomkostninger, fordele og ulemper.

Nøgleord: indigo, indigokarmin, teknologier, fjernelse.

AFSNIT: Behandlingen af tekstilspildevand, der indeholder indigo og karminindigo, er meget kompleks og varieret. Effektiviteten afhænger af den anvendte metode. I denne artikel gennemgås de forskellige teknologier til fjernelse af indigo og indigokarmin; effektivitet, mikrobielle kulturer, processystemer og driftsmæssige faktorer med henblik på at opstille kriterier for valg af den bedste behandlingsproces og kende omfanget af forskningen inden for affarvning af indigo. Gennemgangen begynder med processen for fiksering af indigofarvning af indigo og beskriver derefter undersøgelser af behandling af udløb af indigo i laboratorieskala og i stor skala. Der er tale om fysisk-kemisk teknologi, kemisk, fysisk og biologisk. Valget af behandling afhænger af kvaliteten af spildevandet, anvendelsen, omkostningerne ved teknologien, fordele og ulemper.

Nøgleord: indigo, karminindigo, teknologier, fjernelse.

1. INTRODUCCIÓN

La industria textil tiene alto consumo de agua potable y subterránea en sus procesos de teñido. Mængden og sammensætningen af dens spildevand fra tekstilindustrien er en af de mest forurenende i alle industrisektorer. Nogle farvestoffer og biprodukter er kræftfremkaldende og mutagene, de forringer vandområdernes æstetik og har en indvirkning på flora og fauna. I forbindelse med farvning af cellulosefibre udgør karbonfarvestoffer (indigo) og svovlfarvestoffer en stor del af verdensmarkedet (ca. 31 %), mens indigo tegner sig for 7 %, hvilket svarer til ca. 120 000 tons karbonfarvestoffer, der anvendes årligt. I 2002 blev der produceret 17.000 tons syntetisk indigo .

I 2007 havde Colombia en efterspørgsel på 12 millioner meter indigo om måneden, hvoraf 6 millioner blev produceret i Colombia, og de øvrige 6 millioner blev importeret fra Brasilien og Chile. Indigokarminfarvestof er en meget giftig forbindelse af indigo tina-klassen, som kan forårsage øjen- og hudirritation hos mennesker. Indtagelse af farvestoffet af gravide mødre kan forårsage forringelse af fosterets reproduktionsevne, mental udvikling og forgiftning.

Når det indgives intravenøst til patienter med henblik på vurdering af urinvejene, forårsager det alvorlig hypertension, kardiovaskulære og respiratoriske virkninger. Det kan også forårsage gastrointestinal irritation med kvalme, opkastning og diarré. De mest almindelige faser i tekstilprocessen er vaskning, vaskning, blegning, mercerisering og farvning. Behandlingen af tekstilspildevand er en af de mest komplekse. Uden korrekt behandling er farvestoffer stabile og kan forblive i miljøet i lange perioder. Ændringen af deres kemiske strukturer kan resultere i dannelsen af xenobiotiske forbindelser, som kan være mere eller mindre giftige end de potentielle forbindelser; desuden afhænger udsving i parametre som kemisk iltforbrug (COD), biokemisk iltforbrug (BOD), pH, farve, saltholdighed og spildevandssammensætning af de organiske forbindelser og farvestoffer, der anvendes i de forskellige faser af tekstilindustrien. Tabel 1 viser karakteriseringen af spildevandet fra en indigofarvningsproces. Farve kan fjernes fra spildevand ved hjælp af fysisk-kemisk absorption, koagulering-flocculering, oxidation og elektrokemiske metoder.

Tabel 1. Karakterisering af tekstilspildevand .
Tabel 1. Karakterisering af tekstilspildevand .

Disse metoder er dyre, giver driftsproblemer og genererer store mængder slam. Biologiske behandlinger er anerkendt for deres lave omkostninger, deres gennemførlighed i forbindelse med spildevandsbehandling og deres evne til at reducere BOD og COD . I den følgende artikel gennemgås behandlingsteknologierne til fjernelse af indigofarve; fjernelseseffektivitet, anvendte kulturer, processystemer og driftsfaktorer med henblik på at angive en systematisk proces til fjernelse af indigofarve. Med henblik herpå startes der med viden om fikseringsprocessen ved farvning, hvorefter der præsenteres laboratorie- og storskalaundersøgelser for behandling af spildevand med indigofarve.

2. KLASSIFIKATION AF FARVER

Farven i farvestoffer forklares ved tilstedeværelsen af chromoforgrupper. Farvestoffer er pr. definition aromatiske forbindelser, hvis struktur omfatter arylringe, som har delokaliserede elektroner. Disse er ansvarlige for absorptionen af

elektronisk stråling af forskellige bølgelængder afhængigt af elektronskyernes energi. En systematisk klassificering af farver er farveindekset C.I. og klassificeringen efter ioniseringstype (tabel 2) og på grundlag af deres chromophore binding eller molekylære struktur (tabel 3).

Tabel 2. Klassificering af farvestoffer efter ioniseringstype .
Tabel 2. Klassificering af farvestoffer efter ioniseringstype .

Tabel 3. Klassificering af farvestoffer efter chromofore .
Tabel 3. Klassificering af farvestoffer efter chromoforen

3. INDIGOFARVERENS KARAKTERISTIK

Indigofarven indigo (2,2′-bis-indigo), (CI Vat Blue I) eller vatindigo, med den kemiske formel C12H10O2N2, (Figur 1a) er et mørkeblåt krystallinsk pulver. Den anvendes hovedsagelig i blue jeans-industrien og andre blå denimprodukter. Det har et højt smeltepunkt (390-3920C), er uopløseligt i vand, alkohol eller ether på grund af stærke intermolekylære kræfter forårsaget af hydrogenbindinger, er opløseligt i kloroform, nitrobenzen eller koncentreret svovlsyre. I fast tilstand danner indigo en polymer, hvor hvert indigomolekyle er bundet til fire molekyler omkring sig. I upolære opløsningsmidler fremstår indigo som en monomer, mens der i polære opløsningsmidler opstår intermolekylær association, og opløsningen er blå.

Figur 1. Molekyle af a). indigo og b). indigokarmin .
Figur 1. Molekyle af a). indigo og a). indigokarmin .

Strukturen af den producerede farve er et konjugeret system eller en H-kromoforgruppe bestående af en enkelt dobbeltbinding mellem carbonhydrider, der er substitueret med to NH-donorer og to CO-acceptorer. Indigo hører til gruppen af karbonfarvestoffer, som under farvningsprocessen forbliver ufikseret mellem 5 og 20 %. Sulfateret indigo er også kendt som indigokarmin (C16H8O8N2S2Na2) Figur 1b . Farven indigo kan være af naturlig eller syntetisk oprindelse. Den første syntese af indigo blev foretaget fra o-nitrobenzaldehyd acetone i en blanding af natriumhydroxid, bariumhydroxid og ammonium (figur 2). Ved hydrolyse dannes glukose og indoxyl. Ved udsættelse for luft oxideres indoxyl til indigo. I denne proces behandles N-phenylglycin med en alkalisk blanding af natrium- og kaliumholdige sodamidhydroxider.

Figur 2. Vejen til syntetisk indigo

4. Mekanismen for farvefiksering af indisk farve

Hvert farvestof kræver en individuel fremgangsmåde på grund af forskellige molekylære strukturer, antal reducerbare grupper, relativ molekylmasse, indhold af rent farvestof, koncentration af reduktionsmiddel, alkalinitet, omrøring, temperatur, farvestofludets specifikke overfladeareal og luftmængde. Metoderne til at fiksere indigo er komplekse oxidations-reduktionsmekanismer på grund af indigos uopløselighed i vand og manglende affinitet med cellulosefibre. Indigo kan reduceres ved hjælp af stærke reduktionsmidler som natriumdithionit (Na2S2O4), hydroxyacetone, hydrogen eller ved elektrokemiske metoder. Reduktionen finder sted i nærvær af et stærkt alkalisk medium (pH 11-14) ved hjælp af natriumhydroxid, metalsalte, kaliumopløsning. Reduktionsmidlet er en hydrogendonor, der trækker ilt fra eller tilføjer elektroner til andre kemikalier. Under reduktionsprocessen bliver reduktionsmidlet oxideret . Reduceret indigo (leuco enolat anionform) ankommer med mindre farve og er opløseligt i vand, har en høj affinitet for cellulosefibre og trænger ind i de åbne rum i fibrene. De farvede fibre udsættes for luft, og farvestofmolekylet oxideres tilbage til sin uopløselige form. De uopløselige farvestofpartikler bliver fanget inde i fibrene, hvorved tøjet får en permanent blå farve. I modsætning til mange andre farvestoffer danner indigo mekaniske og ikke kemiske bindinger.

Omdannelsen af vatfarvestoffet til leucoform er en heterogen reaktion, der omfatter diffusion af reduktionsmidlets molekyler til farvestofpartiklernes overflade, sorption af reduktionsmidlet og kemisk reaktion mellem farvestoffet og reduktionsmidlet på overfladen med dannelse af leucoforbindelser. Reduktionsprocessen kontrolleres ved at måle redoxpotentialet. For vatfarvestoffer er området mellem -650 mV og -1000 mV og for indigofarvestoffer er det -600 mV . Kinetikken og termodynamikken ved oxidation-reduktion kan overvåges med det cykliske voltmeter . Reduktionsmekanismen er vist i figur 3 . Efter farvningen udføres en oxidationsreaktion for at fjerne overskydende reduktionsmidler og natriumsalte, og de reducerede farvestoffer omdannes til uopløselige pigmenter. Almindelige oxidationsmidler er hydrogenperoxid eller atmosfærisk ilt ved høj pH-værdi og temperatur samt dyre og farlige katalysatorer, metavanadat.

Figur 3. Reduktions-oxidationsmekanisme ved farvning af indigo .
Figur 3. Mekanisme for reduktion-oxidation ved indigofarvning

Oxidationsmidler og ilt trækker hydrogen fra eller tager elektroner fra farvestoffet og andre kemiske forbindelser. Farvestoffet mister to elektroner fra anionen og bliver til det oprindelige pigment med ilt-dobbeltbindingen. Det producerede pigment løsrives mekanisk fra fiberen og er uopløseligt i blandingen. Efter oxidering underkastes farvestofferne en varmebehandling i en alkalisk opløsning, der er tilsat vaske- og rengøringsmidler, for at opnå det endelige tekstil. Processerne under vaskningen er ukendte .

5. BEHANDLINGSMETODER TIL INDIGOUS FARVEFJERNELSE

Farvet spildevand behandles ved kemiske, fysiske eller kombinerede processer som f.eks. flokkulering med flotation, elektroflotation, flokkulering, membranfiltrering, elektrokinetisk koagulering, elektrokemisk destruktion, ionbytning, bestråling, udfældning, ozonering og Katox-metoden, der indebærer brug af aktivt kul og luft. Tabel 4 viser anvendelsen af behandlinger på de forskellige typer farvestoffer.

Tabel 4. Oversigt over de mest effektive behandlinger for forskellige farvestoffer .
Tabel 4. Oversigt over effektiviteten af de vigtigste behandlingsprocesser for forskellige farvestofklasser .

5.1 Fysisk-kemiske behandlinger
Den mest almindeligt anvendte metode til behandling af industrielt spildevand med farvestoffer er kemisk koagulering. Vanduopløselige karfarvestoffer er blevet evalueret i en forbehandling med flokkulerings- og koaguleringsmidler som f.eks. kalk, alun, jernsulfat og polyelektrolytter, efterfulgt af en aktiveret slamproces til fjernelse af de øvrige forurenende stoffer. Mishra og Bajpai har anvendt en naturlig polymer slimage fremstillet af Plantago psyllium ved hjælp af flokkulering til fjernelse af C.I. Vat Yellow 4 og C.I. Reactive Black 5 farvestoffer.

Eksperimentelle resultater viser, at slimage er mere effektiv til fjernelse af vatfarvestoffer (71,4 %) end til fjernelse af reaktive farvestoffer (35 %). Teknologien er vist at være enkel, effektiv, ikke-toksisk og har lave kapital- og driftsomkostninger sammenlignet med andre teknologier. Selv om Marmagne og Coste har rapporteret om koagulations-flocculeringsmetoder med lav kapacitet for syre-, direkte, reaktive og karfarvestoffer, er det tilrådeligt at opskalere undersøgelserne for at verificere teknologiens potentiale. Tabel 5 viser fordele og ulemper ved de forskellige teknologier til affarvning af tekstilspildevand.

Tabel 5. Fordele og ulemper ved nogle af de affarvningsprocesser, der anvendes på tekstilspildevand .
Tabel 5. Fordele og ulemper ved nogle ikke-biologiske affarvningsprocesser, der anvendes på tekstilspildevand .

5.2 Kemiske behandlinger
Kemisk oxidation anvender oxidationsmidler som f.eks. ozon (O3), hydrogenperoxid (H2O2) eller permanganat (MnO4) til at ændre den kemiske sammensætning af en forbindelse eller gruppe af forbindelser, f.eks. farvestoffer. I avancerede oxidationsprocesser (AOP) anvendes oxideringsmidler sammen med katalysatorer (Fe, Mn, TiO2) i tilstedeværelse eller fravær af en bestrålingskilde. Denne proces øger dannelsen og anvendelsen af frie hydroxylradikaler (HO-), som øger hastigheden med flere størrelsesordener sammenlignet med andre oxidanter i fravær af en katalysator. Gemeay et al.evalueret en reaktionsmekanisme for den heterogene katalyse af indigokarminfarvestof med H2O2 som oxidationsmiddel katalyseret gennem forskellige metalkomplekser. Gemeay et al. undersøgte den katalytiske aktivitet af polyanilin/MnO2 (PANI/MnO2) i forbindelse med oxidativ nedbrydning af direkte rødt 81, syreblåt 92 og indigokarminfarvestoffer i tilstedeværelse af H2O2 som oxidationsmiddel, idet reaktionerne fulgte første ordens kinetik. I H2O2/UV-processerne dannes HO-radikaler, når vand med H2O2 udsættes for UV-lys normalt i intervallet 200-280 nm . Resultatet af denne reaktion er ødelæggelse af farven i henhold til følgende reaktioner:

-> H2O2 + hv 2-OH (1)

-> -OH + farvestof Oxidationsprodukter (2)

Denne proces er den mest anvendte i POA til behandling af farlige forurenende stoffer i spildevand, fordi den ikke genererer slam og opnår en høj COD-fjernelse på kort tid. Aleboyeh et al. evaluerede affarvningen af C.I. syreblåt 74 eller indigokarmin i vandig opløsning i en H2O2/UV-proces og bestemte virkningerne af H2O2-doseringen, den oprindelige farvestofkoncentration og pH-værdien på affarvningskinetikken i en fotoreaktor med kontinuerlig cirkulation.

Fotokatalytisk nedbrydning (TiO2/UV) blev undersøgt i forbindelse med affarvning af indigo og indigokarmin i vandige og faste heterogene suspensioner; nedbrydningsvejen og mellemprodukterne blev bestemt. Mohamed et al. evaluerede adsorptionen og mineraliseringen af IC (indigokarmin) ved tilstedeværelse af UV-stråling på Mn/TiO2SG, Mn/TiO2D-imp, TiO2SG og TiO2D fremstillet efter forskellige metoder. Adsorptionen af CI var højere på TiO2D (88 %) end på de andre materialer på grund af forøgelsen af HO-grupper, højere overfladeareal/volumenforhold og større poreradius, hvilket lettede diffusionen af CI. Andre kombinationer såsom ozon/TiO2, ozon/TiO2/H2O2 og TiO2/H2O2 er blevet undersøgt, men de påvirkes i høj grad af farvestoftype, farvestofkoncentration og pH-værdi. Mange POA-kombinationer er i stand til at producere frie radikaler. Fenton-processer er blevet anvendt som en potentiel kilde til hydroxylradikaler fra (H2O2) i tilstedeværelse af jernkationer (Fe2+) og i en sur opløsning (pH 2-3). Fenton-processer indebærer anvendelse af jern- eller jernsalte og (H2O2) for at producere frie radikaler som vist i følgende ligninger.

Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OH- + .OH (3)

Fe3+ + H2O2 — Fe 2+ + HO2. + (4)

Kasiri et al. undersøgte anvendeligheden af Fe- i syntetisk zeolit ZSM5 som en heterogen foto-fenton-katalysator i tilstedeværelse af UV og H2O2 til nedbrydning af indigofarvestof (C.I. Acid Blue 74), undersøgelsen viste, at ved at bruge denne type katalysator er det muligt at udvide det pH-område, hvor Fenton-oxidation kan finde sted uden at generere jernhydroxidslam. Elektrokemiske metoder har vakt stor interesse i forbindelse med affarvning og nedbrydning af farvestofmolekyler. Den elektriske strøm inducerer redoxreaktioner, der resulterer i omdannelse/destruktion af organiske forbindelser og deres fuldstændige oxidation til CO2 og H2O. Ved direkte oxidation forstås overførsel af elektroner til det forurenende stof ved anodeoverfladen. Det potentiale, der kræves til oxidation af organiske forbindelser, er højt, og bivirkningsreaktioner er uundgåelige. Problemet er imidlertid manglen på ideelle anoder, der letter farvestofoxidation, mindsker bivirkningsreaktioner og viser god elektrokemisk stabilitet. Sanromán et al. og Fernández og Costa har også anvendt elektrokemiske teknikker til affarvning af indigo. De anvendte elektrokemisk indigo-forbrænding med en indledende indigokoncentration på 1 mM, hvorved de opnåede 100 % farvefjernelse.

5.3 Fysiske behandlinger

Adsorptionsmetoderne til fjernelse af farvestoffer er baseret på mange farvestoffers høje affinitet til adsorberende materialer. Affarvning ved adsorption påvirkes af nogle fysisk-kemiske faktorer som f.eks. interaktioner mellem farvestof og adsorbent, adsorbentens overfladeareal, partikelstørrelse, temperatur, pH-værdi og kontakttid. Adsorptionen af indigofarvestof er blevet evalueret ved hjælp af afvandet spildevandsslam fra et spildevandsbehandlingsanlæg som adsorbent. Otero et al. undersøgte den potentielle anvendelse af spildevandsslam til fjernelse af organiske forurenende stoffer som f.eks. krystalviolet, indigokarmin og phenol. Adsorption af indigokarmin på biosorbenter og naturlige polymerer er blevet undersøgt af Dos Anjos et al. og Prado et al. Prado et al. undersøgte indigokarminens interaktioner med chitosan og chitin. Eksperimenter med chitosan viste gunstige entropiske og enthalpiske processer med termodynamisk stabilitet, mens interaktioner med chitin viste ugunstige entropiske virkninger med ikke-spontane termodynamiske systemer. Adsorption på affaldsmaterialer som f.eks. aske fra kraftværker, et affaldsprodukt fra sojaekstraktion og trækul udvundet af kaffebønner er også blevet testet. Nakamura et al. identificerede diffusionen af indigokarmin i porerne i kaffekul som det begrænsende trin i adsorptionsprocessen.

I nogle undersøgelser rapporteres det, at adsorptionsmetoder er nemme, alsidige og økonomiske, fordi de er lette at anvende og har et enkelt design, mens andre finder, at de er dyre adsorbentmaterialer, og foreslår, at nedbrydningsmetoder fortsat kan nedbryde kemikalier i vand. Filtreringsmetoder som f.eks. ultrafiltrering (UF), nanofiltrering (NF) og omvendt osmose er blevet anvendt til genbrug af vand og genvinding af kemikalier. Spildevandets specifikke temperatur og kemiske sammensætning er afgørende for filterets type og porøsitet. De største problemer ved membranteknologi er høje investeringsomkostninger, tilsmudsning og produktion af et farvestofbad, der skal behandles. Genvinding af koncentrater fra membraner kan mindske behandlingsomkostningerne . For at forbedre vandkvaliteten med henblik på genbrug er der blevet undersøgt sammensatte behandlinger, Vandevivere et al. anvendte omvendt osmose, koagulering, mikrofiltrering og membranbehandlinger, Dos santos et al. foreslog en sekvens af anaerob/aerob forbehandling og membranefterbehandling. Indigo er blevet genvundet ved hjælp af mikrofiltrering (MF), MF efterfulgt af UF og sekvenser af koagulering, MF, UF og NF-processer. Unlu et al. fandt, at koagulering ikke er en effektiv behandlingsmetode på grund af de høje doser af koaguleringsmiddel, der kræves, og de store mængder slam, der dannes. MF efterfulgt af NF-behandling opfylder genbrugskriterierne for tekstilindustrien.

5.4 Aerob biologisk behandling til fjernelse af indigo og indigokarmin
Nogle rensningsteknikker er mikrobiel nedbrydning, hvor der anvendes mikroorganismer som f.eks. bakterier og svampe, fytoremediering, hvor der anvendes planter, og rensning ved hjælp af specifikke enzymer. De former for bioremediering, der anvendes til blegning af farvestoffer, omfatter blandinger af kulturer, isolerede organismer og isolerede enzymer. Nogle enzymer, der er i stand til at nedbryde farvestoffer, er beskrevet nedenfor (tabel 6). Ekstracellulære enzymer som f.eks. laccase og peroxidase produceres af svampe. Mono-oxygenase- og dioxygenaseenzymer er intracellulære og findes i levende organismer. De forårsager spaltning af aromatiske ringe gennem inkorporering af oxygenatomer (biohydroxylering), hvilket resulterer i carboxylsyrer, som anvendes i metabolismen. Laccase kræver kun molekylær oxygen som et co-substrat. Peroxidaser er kun afhængige af hydrogenperoxidets evne som andet substrat. Anvendelse af reduktaser eller oxidaser kræver cofaktorer såsom NAD(H), NADP(H) eller FAD(H), som er ekstremt dyre og ikke økonomisk levedygtige.

Tabel 6. Oxidative enzymer, der anvendes til affarvning af farvestoffer
Tabel 6. Oxidative enzymer, der anvendes til affarvning af farvestoffer

Pilotskala og/eller spildevand i stor skala kan behandles i bioreaktorer med kulturer af en eller flere isolerede mikroorganismer eller en blanding af populationer. I en blandingskultur, hvor der er et konsortium af forskellige arter til stede, kan misfarvning af farvestoffet være et resultat af synergieffekten af flere mikroorganismer. Generelt har populationsblandinger den højeste stabilitet i stressmiljøer forårsaget af ændringer i spildevandsegenskaber som f.eks. temperatur, pH-værdi eller sammensætning. Der findes to typer mikrobiologisk vækst, suspenderet og celleimmobiliseret, afhængigt af reaktortypen, f.eks. indeholder fluidbedreaktorer frie og mobile pellets, der er dækket af lag af immobiliseret biomasse, mens pakkede bedreaktorer indeholder organismer, der er fastgjort på et støttemateriale.

Rapporter viser, at enzymudskillelsen er bedre i immobiliserede systemer end i suspenderede kulturer .

Systemer med immobiliserede celler forbedrer driftseffektiviteten i bioreaktorer, dvs. øger processtabiliteten og tolerancen over for belastningsforstyrrelser, i betragtning af den høje kapacitet pr. biomasseenhed og den lave slamdannelse, hvilket også øger den tekniske effektivitet og økonomiske gennemførlighed i batchdrift til affarvning af spildevand.

5.4.1 Bakterier
På mikroskala har Yu et al. evalueret indigo-affarvning ved hjælp af Pseudomonas GM3-kultur med en fjernelse på 69 %. I pilotskala udviklede Khelifi et al. to typer af vækst af suspenderet og immobiliseret biomasse gennem aerob bionedbrydning i en komplet blandingsreaktor og en fastbedreaktor. Øget belastning og nedsat HRT hindrede udviklingen af dette system ved at løsne biofilmen med en deraf følgende udvaskning af biomassen som følge. Frijters et al. undersøgte spildevandsbehandlingen i virksomheden Ten Cate Protect i Nederlandene ved hjælp af et storstilet behandlingssystem med en anaerob-aerob sekvens i en fluidiseret bedreaktor og et pladesættersystem.

5.4.2 Svampe
Indigofarvestoffet blev omdannet gennem elektronoverførsel fra laccase til isatin, og ved decarboxylering dannes anthranilsyre som et stabilt oxidationsprodukt (figur 4). Det blev foreslået, at nedbrydningen foregår via dehydroindigo som en mellemreaktion. Lakkase har til opgave at øge farvestoffets modtagelighed over for hydrolytisk angreb fra vand. Ved peroxidase-katalyseret affarvning af indigokarmin dannes isatinsulfonsyre, selv om der blev observeret et stabilt rødt oxidationsprodukt, da der blev anvendt manganperoxidase fra Phanerochaete chrysosporium. Forfatterne foreslog, at det røde produkt var et dimerisk kondensationsprodukt af indigokarmin, som ikke var blevet dannet med ligninperoxidase som katalysator.

Figur 4. Oxidativ nedbrydningsvej for indigofarvestof . Figur 4. Oxidativ nedbrydningsvej for indigoide farvestoffer.

Tabel 7 viser de svampe, der oxiderer indigofarvestoffer.

Tabel 7. Svampe til fjernelse af indigofarvestoffer.
Tabel 7. Svampe til fjernelse af indigofarve.

5.5 Anerobe biologiske behandlinger til fjernelse af indigofarve og indigokarmin

5.5.5.1 Bakterier
Fischer-Colbrie et al. har evalueret den anaerobe nedbrydning af en blanding af mikroorganismer med acetat og indigokarmin som kulstofkilder. Nedbrydningen blev evalueret med en indigokoncentration på 150 mg/L. Følgende nedbrydningsmekanisme blev foreslået (figur 5). Manu og Chaudhari observerede virkningerne af total alkalinitet og oxidations-reduktionspotentiale på fjernelsen af farve og COD under sub-mesofile anaerobe forhold evalueret i en batchreaktor gennem en bakteriekulturblanding ved hjælp af syntetisk spildevand fra et bomuldsfirma.

Figur 5. Forslag til mekanisme for nedbrydningsvejen for indigokarmin .
Figur 5. Forslag til mekanisme for nedbrydningsvejen for indigokarmin .

Chen et al., evaluerede effektiviteten af seks stammer isoleret fra søslam i Hsinchu, Taiwan, og slam fra et spildevandsbehandlingsanlæg i Miaoli, Taiwan, til at nedbryde 24 farvestoffer, herunder syreblå 74 eller indigokarmin, Bakterien Aeromonas hydrophila blev udvalgt og identificeret som den bakterie, der rapporterede den højeste nedbrydningshastighed for de 24 farvestoffer, for IC efter 1 dags inkubation blev der opnået en fjernelse på 60+/-2% og efter 7 dage en fjernelse på 84+/-3% med en farvestofkoncentration på 100 mg/L. Isolaterne blev dyrket under anoxiske forhold, men de biokemiske og fysiologiske profiler af Aeromonas hydrophila viste aerob og anaerob vækst. Tabel 8 viser de biologiske behandlinger til fjernelse af indigofarven.

Tabel 8. Biologiske behandlinger af tekstilaffluenter med henblik på fjernelse af indigofarve.
Tabel 8. Biologiske behandlinger af tekstilaffluenter med henblik på fjernelse af indigofarve.

6. KONKLUSIONER

Der findes fysisk-kemiske, kemiske, fysiske og biologiske teknologier til behandling af tekstilspildevand med indigo. Valget af behandling afhænger af spildevandets kvalitet, anvendelse, teknologiomkostninger, fordele og ulemper.

Non-biologiske behandlinger viser ganske vist fremragende resultater med hensyn til fjernelse af forurening, men der mangler økonomiske undersøgelser, overførsel af forurening og kontinuitet med hensyn til tilstrækkelige resultater i stor skala. Behandlingssystemer, der anvender mikroorganismer, er i stand til at nedbryde genstridige farvestoffer til mineralisering. Effektiviteten af disse behandlinger afhænger af mikroorganismernes overlevelse og tilpasningsevne under behandlingsprocessen. Biologiske behandlinger er hyppigere blevet opskaleret og er i stigende grad rettet mod celler, der er immobiliseret med mikrobielle konsortier.

Dette arbejde blev finansieret af projektet: “Evaluering af biologisk behandling til fjernelse af indigofarve fra industrielt tekstilspildevand ved hjælp af et mikrobielt konsortium i et fluidiseret bed – dime bicentenario med kode quipu2020100773”.

REFERENCIAS