TECHNOLÓGIÁK A SZÍNHÁZAK ELSZÍNÍTÉSÉRE: INDIGO ÉS INDIGO KARMIN
LUZ QUINTERO
Földtudományi és Környezettudományi Kar. Bányászati Kar.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]
Elbírálásra 2008. november 18., elfogadva 2009. május 21., végleges változat 2009. október 13.
Összefoglaló: A textilipari szennyvíz indigó és indigókármin színezékekkel történő kezelése nagyon összetett és változatos. A hatékonyság az alkalmazott módszertől függően változik. Ez a cikk áttekinti az indigó és az indigókármin eltávolítására szolgáló különböző kezelési technológiákat; többek között az eltávolítási hatékonyságot, az alkalmazott kultúrákat, az eljárási rendszereket és az üzemeltetési tényezőket, annak érdekében, hogy a legjobb kezelési eljárás kiválasztásának kritériumait megállapítsák, és megértsék az indigófehérítéssel kapcsolatos kutatások hatókörét. Az áttekintés az indigófestés rögzítési folyamatával kezdődik, majd ismerteti az indigó szennyvíz laboratóriumi és nagyléptékű kezelésével kapcsolatos tanulmányokat. Az indigó víz fehérítésére fizikai-kémiai, kémiai, fizikai és biológiai technológiák állnak rendelkezésre. A kezelés megválasztása a szennyvíz minőségétől, a felhasználástól, a technológia költségeitől, előnyeitől és hátrányaitól függ.
KEZDŐSZÓK: indigó, indigókármin, technológiák, eltávolítás.
ABSZTRAKT: Az indigót és a kárminindigót tartalmazó textilipari szennyvizek kezelése nagyon összetett és változatos. A hatékonyság az alkalmazott módszertől függ. Ez a cikk áttekinti az indigó és indigókármin eltávolítására szolgáló különböző technológiákat; hatékonyságokat, mikrobakultúrákat, technológiai rendszereket és működési tényezőket, hogy kritériumokat határozzon meg a legjobb kezelési eljárás kiválasztásához, és megismerje az indigó színtelenítésének kutatási területét. Az áttekintés az indigófestés rögzítési folyamatával kezdődik, majd ismerteti a szennyvíz indigó laboratóriumi és nagyléptékű kezelésére vonatkozó tanulmányokat. Vannak fizikai-kémiai technológia, kémiai, fizikai és biológiai. A kezelés megválasztása függ a szennyvíz minőségétől, a felhasználástól, a technológia költségeitől, előnyeitől és hátrányaitól.
FEYWORDS: indigó, kármin indigó, technológiák, eltávolítás.
1. INTRODUCCIÓN
La industria textil tiene alto consumo de agua potable y subterránea en sus procesos de teñido. A textiliparból származó szennyvíz mennyisége és összetétele az egyik legszennyezőbb az összes ipari ágazat közül. Egyes színezékek és melléktermékek rákkeltőek és mutagén hatásúak, esztétikailag rontják a víztesteket, és hatással vannak a növény- és állatvilágra. A cellulózszálak festésében a tartályos festékek (indigó) és a kénfestékek képviselik a világpiac nagy részét (kb. 31%), az indigó 7%-ot tesz ki, ami évente kb. 120 000 tonna tartályos festéket jelent. 2002-ben 17 000 tonna szintetikus indigót állítottak elő.
2007-re Kolumbia havi 12 millió méter indigóra tartott igényt, amelyből 6 millió métert Kolumbiában termeltek, a többi 6 milliót pedig Brazíliából és Chiléből importálták. Az indigókármin színezék az indigó tina osztályba tartozó, erősen mérgező vegyület, amely szem- és bőrirritációt okozhat az embereknél. A festékanyag terhes anyák általi fogyasztása magzati reprodukciós károsodást, szellemi fejlődést és mérgezést okozhat.
Ha a festékanyagot intravénásan adják be betegeknek vizeletvizsgálat céljából, súlyos magas vérnyomást, kardiovaszkuláris és légzőszervi hatásokat okoz. Gyomor-bélrendszeri irritációt is okozhat, hányingerrel, hányással és hasmenéssel. A textilfeldolgozás leggyakoribb fázisai a mosás, a mosás, a fehérítés, a mercerizálás és a festés. A textilipari szennyvíz kezelése az egyik legösszetettebb feladat. Megfelelő kezelés nélkül a színezékek stabilak, és hosszú ideig megmaradhatnak a környezetben. Kémiai szerkezetük megváltozása xenobiotikus vegyületek képződését eredményezheti, amelyek több vagy kevésbé mérgezőek lehetnek, mint a potenciális vegyületek; ezen túlmenően a textilipar különböző szakaszaiban használt szerves alapú vegyületektől és színezékektől függ az olyan paraméterek ingadozása, mint a kémiai oxigénigény (COD), biokémiai oxigénigény (BOD), pH, szín, sótartalom és szennyvízösszetétel. Az 1. táblázat egy indigófestési folyamat szennyvízjellemzőit mutatja be. A szennyvízből fizikai-kémiai abszorpcióval, koagulációval-flokkulációval, oxidációval és elektrokémiai módszerekkel lehet eltávolítani a színt.
1. táblázat. A textilipari szennyvíz jellemzése .
1. táblázat A textilipari szennyvíz jellemzése . 
Ezek a módszerek drágák, működési problémákat okoznak és nagy mennyiségű iszapot termelnek. A biológiai kezelések elismertek alacsony költségeik, a szennyvízkezelés megvalósíthatósága és a BOD és COD csökkentésének képessége miatt. A következő cikk áttekinti az indigó színezék eltávolítására szolgáló kezelési technológiákat; az eltávolítási hatékonyságot, az alkalmazott kultúrákat, az eljárási rendszereket, a működési tényezőket, annak érdekében, hogy az indigó színezék eltávolításának szisztematikus folyamatát jelezze. Ebből a célból a festés során végbemenő fixálási folyamatról szóló ismereteket kezdjük el ismertetni, majd az indigó színű szennyvíz kezelésére vonatkozó laboratóriumi és nagyléptékű vizsgálatokat mutatjuk be.
2. A SZÍNOK OSZTÁLYOZÁSA
A színezékek színét a kromofórcsoportok jelenléte magyarázza. Definíció szerint a színezékek aromás vegyületek, szerkezetük arilgyűrűket tartalmaz, amelyek delokalizált elektronrendszerrel rendelkeznek. Ezek felelősek az
elektromágneses sugárzás elnyeléséért, amely az elektronfelhők energiájától függően különböző hullámhosszúságú. A színek szisztematikus osztályozása a színindex C.I. és az ionizáció típusa szerinti osztályozás (2. táblázat), valamint a kromofór kötésük vagy molekulaszerkezetük alapján (3. táblázat).
2. táblázat. A színezékek ionizációs típus szerinti osztályozása .
2. táblázat A színezékek osztályozása az ionizáció típusa szerint . 
3. táblázat A színezékek kromofór szerinti osztályozása .
3. táblázat: A színezékek osztályozása a kromofór szerint 
3. AZ INDIGÓSZÍN JELLEMZŐI
A szín indigó (2,2′-bis-indigó), (CI Vat Blue I) vagy vat indigó, kémiai képlete C12H10O2N2, (1a. ábra) egy sötétkék kristályos por . Fő alkalmazási területe a kék farmeripar és más kék farmertermékek. Magas olvadáspontú (390-3920C), vízben, alkoholban vagy éterben nem oldódik a hidrogénkötések okozta erős intermolekuláris erők miatt, oldódik kloroformban, nitrobenzolban vagy tömény kénsavban. Szilárd állapotban az indigó olyan polimert alkot, amelyben minden indigómolekula négy molekulához kötődik körülötte. Nem poláros oldószerekben az indigó monomerként jelenik meg, míg poláros oldószerekben intermolekuláris társulás jön létre, és az oldat kék színű.
1. ábra. Az a). indigó és b). indigókármin molekulája .
1. ábra. Az a). indigó és a). indigókármin molekulája .
A keletkező szín szerkezete egy konjugált rendszer vagy H-kromofór csoport, amely két NH-donorral és két CO-akceptorral szubsztituált szénatomok közötti egyetlen kettős kötésből áll. Az indigó a tartályfestékek csoportjába tartozik, amelyek a festési folyamat során 5 és 20% között fixálatlanul maradnak. A szulfátozott indigót indigókármin (C16H8O8N2S2Na2) néven is ismerik 1b ábra . Az indigó szín lehet természetes vagy szintetikus eredetű. Az indigó első szintézise o-nitrobenzaldehid acetonból történt nátrium-hidroxid, bárium-hidroxid és ammónium keverékében (2. ábra). A hidrolízis során glükóz és indoxil keletkezik. Levegőn az indoxil indigóvá oxidálódik. Ebben az eljárásban az N-fenilglicint nátrium- és káliumtartalmú nátrium- és kálium-hidroxidok lúgos keverékével kezelik.
2. ábra: A szintetikus indigó útja
4. AZ INDIGÓ SZÍNFESTÉS MECHANIZMUSA
Minden színezék egyedi eljárást igényel a különböző molekulaszerkezetek, a redukálható csoportok száma, a relatív molekulatömeg, a tiszta festéktartalom, a redukálószer koncentrációja, a lúgosság, a keverés, a hőmérséklet, a festékfolyadék fajlagos felülete és a levegő mennyisége miatt. Az indigó rögzítésére szolgáló módszerek az indigó vízben való oldhatatlansága és a cellulózszálakhoz való nem-affinitása miatt összetett oxidációs-redukciós mechanizmusok. Az indigót erős redukálószerekkel, például nátrium-ditionittal (Na2S2O4), hidroxiacetonnal, hidrogénnel vagy elektrokémiai módszerekkel lehet redukálni. A redukció magas lúgos közegben (pH 11-14) nátrium-hidroxid, fémsók, káliumoldat jelenlétében történik. A redukálószer egy hidrogéndonor, amely kivonja az oxigént, vagy elektronokat ad más vegyi anyagokhoz. A redukciós folyamat során a redukálószer oxidálódik. A redukált indigó (leukoenolát-anion formája) kevesebb színnel érkezik, vízben oldódik, nagy affinitással rendelkezik a cellulózszálakhoz, és a szálak nyitott térségeibe jut. A festett szálakat levegőnek teszik ki, és a festékmolekula visszaoxidálódik oldhatatlan formájába. Az oldhatatlan festékrészecskék a szálak belsejében rekednek, így a ruhadarab tartósan kékre színeződik. Sok színezéktől eltérően az indigó inkább mechanikai, mint kémiai kötéseket képez.
A dézsás festék leukoformává alakítása heterogén reakció, amely magában foglalja a redukálószer-molekulák diffúzióját a festékrészecskék felületére, a redukálószer szorpcióját és a festék és a redukálószer közötti kémiai reakciót a felületen leukovegyületek képződésével. A redukciós folyamat ellenőrzése a redoxipotenciál mérésével történik. A vatfestékek esetében a tartomány -650 mV és -1000 mV között van, az indigófesték esetében pedig -600 mV. Az oxidáció-redukció kinetikája és termodinamikája ciklikus voltmérővel nyomon követhető. A redukciós mechanizmust a 3. ábra mutatja be. A festés után oxidációs reakciót hajtanak végre a felesleges redukálószerek, nátriumsók eltávolítására, és a redukált színezékek oldhatatlan pigmentekké alakulnak át. Gyakori oxidálószerek a hidrogén-peroxid vagy a légköri oxigén magas pH-n és hőmérsékleten, valamint drága és veszélyes katalizátorok, a metavanadát.
3. ábra. Az indigófestés redukciós-oxidációs mechanizmusa .
3. ábra. Az indigófestés redukciós-oxidációs mechanizmusa
A savasítószerek és az oxigén hidrogént vonnak el, illetve elektronokat vesznek el a festéktől és más kémiai vegyületektől. A festék elveszít két elektront az anionból, és az oxigén kettős kötéssel az eredeti pigmentté válik. A keletkező pigment mechanikusan leválik a szálról, és a keverékben nem oldódik. Az oxidációt követően a dézsás festékeket hőkezelésnek vetik alá mosószerekkel készített lúgos oldatban, hogy megkapják a végleges textíliát. A mosás során lejátszódó folyamatok ismeretlenek.
5. KEZELÉSI MÓDSZEREK INDIGÓS SZÍNTELENÍTÉSRE
A festett szennyvizet kémiai, fizikai vagy kombinált eljárásokkal kezelik, mint például flotációs flokkuláció, elektroflotáció, flokkuláció, membránszűrés, elektrokinetikus koaguláció, elektrokémiai destrukció, ioncsere, besugárzás, kicsapás, ózonozás és Katox módszer aktív szén és levegő alkalmazásával . A 4. táblázat a kezelések alkalmazását mutatja a különböző színezéktípusokra.
4. táblázat A különböző színezékek leghatékonyabb kezeléseinek összefoglalása .
4. táblázat. A főbb kezelési eljárások hatékonyságának összefoglalása a különböző színezékosztályok esetében . 
5.1 Fizikai-kémiai kezelések
A tartályos festékeket tartalmazó ipari szennyvizek kezelésére a kémiai koaguláció a leggyakrabban alkalmazott módszer. A vízben nem oldódó dézsás festékeket előkezeléssel értékelték, amely során flokkulánsokat és koagulánsokat, például meszet, timföldet, vas-szulfátot és polielektrolitokat használtak, majd a többi szennyező anyag eltávolítására aktív iszapos eljárást alkalmaztak. A Plantago psylliumból nyert természetes polimer nyálka használatát Mishra és Bajpai a C.I. Vat Yellow 4 és a C.I. Reactive Black 5 festékek eltávolítására flokkulációval valósította meg.
A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a nyálka hatékonyabb a vat festék eltávolításában (71,4%), mint a reaktív festék (35%) esetében. A technológia egyszerűnek, hatékonynak, nem mérgezőnek és más technológiákhoz képest alacsony tőke- és működési költségűnek bizonyult. Bár Marmagne és Coste kis kapacitású koagulációs-flocculációs módszerekről számolt be savas, közvetlen, reaktív és tartályos festékek esetében, a technológiában rejlő lehetőségek ellenőrzése érdekében célszerű nagyobb léptékű vizsgálatokat végezni. Az 5. táblázat a textilipari szennyvíz színtelenítésére szolgáló technológiák előnyeit és hátrányait mutatja be.
5. táblázat A textilipari szennyvízre alkalmazott egyes színtelenítési eljárások előnyei és hátrányai .
5. táblázat. A textilipari szennyvizekre alkalmazott egyes nem biológiai színtelenítési eljárások előnyei és hátrányai . 
5.2 Kémiai kezelések
A kémiai oxidáció oxidálószereket, például ózont (O3), hidrogén-peroxidot (H2O2) vagy permanganátot (MnO4) használ egy vegyület vagy vegyületcsoport, pl. színezékek kémiai összetételének megváltoztatására. A fejlett oxidációs eljárásokban (AOP) oxidálószereket használnak katalizátorokkal (Fe, Mn, TiO2) együtt, besugárzó forrás jelenlétében vagy hiányában. Ez a folyamat fokozza a hidroxil (HO-) szabadgyökök keletkezését és felhasználását, amelyek katalizátor hiányában több nagyságrenddel növelik a sebességet más oxidálószerekhez képest. Gemeay et al.értékelte az indigókármin színezék heterogén katalízisének reakciómechanizmusát H2O2 oxidálószerrel, amelyet különböző fémkomplexek katalizálnak. Gemeay és munkatársai a polianilin/MnO2 (PANI/MnO2) katalitikus aktivitását vizsgálták a direkt vörös 81, a savkék 92 és az indigókármin színezékek oxidatív lebontása során H2O2 mint oxidálószer jelenlétében, a reakciók elsőrendű kinetikát követtek. A H2O2/UV folyamatokban HO gyökök keletkeznek, amikor a H2O2-t tartalmazó vizet UV fénynek teszik ki, általában a 200-280 nm-es tartományban. Ennek a reakciónak az eredménye a színezék megsemmisülése a következő reakciók szerint:
-> H2O2 + hv 2-OH (1)
-> -OH + színezék Oxidációs termékek (2)
Ez az eljárás a POA-ban a szennyvízben jelen lévő veszélyes szennyező anyagok kezelésére a legszélesebb körben alkalmazott eljárás, mivel nem keletkezik iszap és rövid idő alatt magas COD eltávolítást ér el. Aleboyeh és munkatársai értékelték a C.I. acid blue 74 vagy indigókármin színtelenítését vizes oldatban H2O2/UV eljárás során, és meghatározták a H2O2 dózis, a kezdeti festékkoncentráció és a pH hatását a színtelenítés kinetikájára egy folyamatos cirkulációjú fotoreaktorban.
Fotokatalitikus lebontást (TiO2/UV) vizsgáltak az indigó és az indigókármin színtelenítése során vizes és szilárd halmazállapotú heterogén szuszpenziókban; meghatározták a lebontási útvonalat és a köztes termékeket. Mohamed et al. értékelte az IC (indigókármin) adszorpcióját és mineralizációját különböző módszerekkel előállított Mn/TiO2SG-re, Mn/TiO2D-imp-re, TiO2SG-re és TiO2D-re alkalmazott UV-sugárzás jelenlétében. A CI adszorpciója nagyobb volt a TiO2D-n (88%), mint a többi anyagon a HO-csoportok növekedése, a nagyobb felület/térfogat arány és a nagyobb pórussugár miatt, ami megkönnyítette a CI diffúzióját. Más kombinációkat is vizsgáltak, mint például ózon/TiO2, ózon/TiO2/H2O2 és TiO2/H2O2, de ezeket nagyban befolyásolja a festék típusa, a festékkoncentráció és a pH. Számos POA-kombináció képes szabad gyökök előállítására. A Fenton-folyamatokat a hidroxilgyökök (H2O2) potenciális forrásaként használták vaskationok (Fe2+) jelenlétében és savas oldatban (pH 2-3). A Fenton-folyamatok során vas- vagy vastartalmú sók és (H2O2) alkalmazásával szabad gyökök keletkeznek a következő egyenletek szerint.
Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OH- + .OH (3)
Fe3+ + H2O2 — Fe 2+ + HO2. + (4)
Kasiri és munkatársai a Fe- szintetikus zeolit ZSM5 alkalmazhatóságát vizsgálták heterogén fotofenton katalizátorként UV és H2O2 jelenlétében az indigó festék (C.I. Acid Blue 74) lebontására, a tanulmány megállapította, hogy az ilyen típusú katalizátor alkalmazásával bővíthető a pH-tartomány, amelyben a Fenton-típusú oxidáció bekövetkezhet, és nem keletkezik vas-hidroxid iszap. Az elektrokémiai módszerek nagy érdeklődést váltottak ki a festékmolekulák színtelenítése és lebontása terén. Az elektromos áram redoxireakciókat indukál, amelyek a szerves vegyületek átalakulását/megsemmisülését és teljes oxidációját CO2-vá és H2O-vá eredményezik. A közvetlen oxidáció az elektronok átadását jelenti a szennyező anyagnak az anódfelületen. A szerves vegyületek oxidációjához szükséges potenciál nagy, és a mellékreakciók elkerülhetetlenek. A problémát azonban az jelenti, hogy nincsenek olyan ideális anódok, amelyek megkönnyítik a festék oxidációját, csökkentik a mellékreakciókat és jó elektrokémiai stabilitást mutatnak. Sanromán és munkatársai, valamint Fernández és Costa szintén elektrokémiai technikákat alkalmaztak az indigó színtelenítésére. Elektrokémiai indigó-égetést alkalmaztak, 1 mM indigó kezdeti koncentrációval, és 100%-os színeltávolítást értek el.
5.3 Fizikai kezelések
A színeltávolítás adszorpciós módszerei számos színezéknek az adszorpciós anyagokhoz való nagy affinitásán alapulnak. Az adszorpcióval történő színtelenítést befolyásolja néhány fizikai-kémiai tényező, mint például a színezék-adszorbens kölcsönhatás, az adszorbens felülete, a részecskeméret, a hőmérséklet, a pH és a kontaktidő. Az indigó színezék adszorpcióját egy szennyvíztisztító telepről származó víztelenített szennyvíziszap adszorbensként történő felhasználásával értékelték. Otero és munkatársai a szennyvíziszap lehetséges alkalmazását vizsgálták olyan szerves szennyező anyagok, mint a kristályibolya, az indigókármin és a fenol eltávolítására. Az indigókármin adszorpcióját bioszorbenseken és természetes polimereken Dos Anjos et al. és Prado et al. vizsgálták. Prado és munkatársai az indigókármin kölcsönhatásait vizsgálták kitozánnal és kitinnel. A kitozánnal végzett kísérletek kedvező entrópikus és entalpiás folyamatokat mutattak termodinamikai stabilitással, míg a kitinnel való kölcsönhatások kedvezőtlen entrópikus hatásokat mutattak nem spontán termodinamikai rendszerekkel. Vizsgálták az adszorpciót olyan hulladékanyagokon is, mint az erőművekből származó hamu, a szójaextrakció hulladékterméke és a kávébabból kivont faszén. Nakamura és munkatársai az adszorpciós folyamat korlátozó lépéseként az indigókármin diffúzióját azonosították a kávészén pórusaiba.
Egyik kutatás arról számol be, hogy az adszorpciós módszerek könnyűek, sokoldalúak és gazdaságosak a könnyű kezelhetőségük és egyszerű kialakításuk miatt, mások szerint viszont drága adszorpciós anyagokról van szó, és azt javasolják, hogy a vízben lévő vegyi anyagok lebontására továbbra is a lebontási módszerek maradjanak fenn. A víz újrafelhasználására és a vegyi anyagok visszanyerésére olyan szűrési módszereket alkalmaznak, mint az ultraszűrés (UF), a nanoszűrés (NF) és a fordított ozmózis. A szennyvíz fajlagos hőmérséklete és kémiai összetétele határozza meg a szűrő típusát és porozitását. A membrántechnológia fő problémái a magas beruházási költségek, a szennyeződések és a kezelendő festékfürdő előállítása. A koncentrátumok visszanyerése a membránokból csökkentheti a kezelési költségeket. Az újrafelhasználásra szánt vízminőség javítására összetett kezeléseket vizsgáltak, Vandevivere et al. fordított ozmózist, koagulációt, mikroszűrést és membránkezelést alkalmazott, Dos santos et al. az anaerob/aerob előkezelés és a membrán utókezelés sorrendjét javasolta. Az indigót mikroszűréssel (MF), MF és UF, valamint koagulációs, MF, UF és NF eljárások sorozatával nyerték vissza. Unlu et al. megállapította, hogy a koaguláció nem hatékony kezelési módszer a szükséges nagy mennyiségű koagulálószer és a keletkező nagy mennyiségű iszap miatt. Az MF, majd az NF kezelés megfelel a textilipari újrafelhasználási kritériumoknak.
5.4 Aerob biológiai kezelések az indigó és az indigókármin eltávolítására
A remediációs technikák közül néhány a mikrobiális lebontás, amely mikroorganizmusokat, például baktériumokat és gombákat használ, a fitoremediáció, amely növényeket használ, és a specifikus enzimekkel történő remediáció. A festékfehérítésre alkalmazott bioremediációs módok közé tartoznak a kultúrák keverékei, az izolált szervezetek és az izolált enzimek. Az alábbiakban megkülönböztetünk néhány festékbontásra képes enzimet (6. táblázat). A gombák olyan extracelluláris enzimeket termelnek, mint a laccáz és a peroxidáz. A mono-oxigenáz és a dioxigenáz enzimek intracellulárisan vannak jelen az élő szervezetekben. Oxigénatomok beépítésével (biohidroxiláció) aromás gyűrűk hasadását okozzák, ami karbonsavakat eredményez, amelyeket az anyagcserében használnak fel. A laccáznak csak molekuláris oxigénre van szüksége társszubsztrátként. A peroxidázok csak a hidrogén-peroxid mint második szubsztrát képességétől függenek. A reduktázok vagy oxidázok alkalmazásához olyan kofaktorokra van szükség, mint a NAD(H), NADP(H) vagy FAD(H), amelyek rendkívül drágák és gazdaságilag nem életképesek.
6. táblázat. A színezékek színtelenítésére használt oxidatív enzimek
6. táblázat. A színezékek színtelenítésére használt oxidatív enzimek 
A kísérleti és/vagy nagyüzemi szennyvizeket bioreaktorokban lehet kezelni egy vagy több izolált mikroorganizmus kultúrájával vagy populációk keverékével. Keverékkultúrákban, ahol különböző fajok konzorciuma van jelen, a festék elszíneződése több mikroorganizmus szinergikus hatásának eredménye lehet. Általában a populációs keverékek rendelkeznek a legnagyobb stabilitással a szennyvíz jellemzőinek, például a hőmérsékletnek, a pH-értéknek vagy az összetételnek a változása által okozott stresszhelyzetekben. A mikrobiális növekedésnek a reaktor típusától függően két típusa van, a szuszpendált és az immobilizált sejtek, pl. a fluidágyas reaktorok szabad és mozgékony pelleteket tartalmaznak, amelyeket immobilizált biomassza rétegek borítanak, míg a töltött ágyas reaktorok hordozóanyagra rögzített szervezeteket tartalmaznak.
A jelentések szerint az enzimkiválasztás jobb az immobilizált rendszerekben, mint a szuszpendált kultúrákban .
Az immobilizált sejteket tartalmazó rendszerek javítják a bioreaktorok működési hatékonyságát, azaz növelik a folyamat stabilitását és a terhelési zavarokkal szembeni toleranciát, tekintettel az egységnyi biomasszára jutó nagy kapacitásra és az alacsony iszaptermelésre, továbbá hozzájárulnak a szennyvíz színtelenítésének műszaki hatékonyságához és gazdasági megvalósíthatóságához a szakaszos üzemben .
5.4.1 Baktériumok
Mikroméretben Yu és munkatársai az indigó színtelenítését Pseudomonas GM3 kultúrával értékelték, 69%-os eltávolítással. Khelifi, et al. kísérleti léptékben kétféle felfüggesztett és immobilizált biomassza növekedést fejlesztett ki aerob biodegradációval teljes keverékreaktorban és fix ágyas reaktorban. A terhelés növelése és a HRT csökkentése akadályozta a rendszer fejlődését a biofilm leválásával, ami a biomassza kimosódását eredményezte. Frijters és munkatársai a hollandiai Ten Cate Protect vállalat szennyvíztisztítását vizsgálták egy nagyméretű, anaerob-aerob szekvenciájú, fluidágyas reaktorban és lemezes ülepítő rendszerben működő kezelőrendszerrel.
5.4.2. Gombák
Az indigófesték a laccázról az izatinra történő elektronátvitellel átalakult, és dekarboxilezéssel egy antranilsav keletkezett stabil oxidációs végtermékként (4. ábra). Azt javasolták, hogy a lebontás dehidroindigón mint köztes reakción keresztül megy végbe. A laccáz feladata, hogy növelje a festék víz általi hidrolitikus támadással szembeni érzékenységét. Az indigókármin peroxidáz-katalizált színtelenítése során izatin-szulfonsav keletkezik, bár Phanerochaete chrysosporiumból származó mangánperoxidáz alkalmazásakor stabil vörös oxidációs terméket figyeltek meg. A szerzők feltételezték, hogy a vörös termék az indigókármin dimer kondenzációs terméke, amely nem ligninperoxidázzal mint katalizátorral képződött.
4. ábra. Az indigófesték oxidatív lebomlási útja .
4. ábra. Az indigófestékek oxidatív lebontási útvonala .
A 7. táblázat az indigófestéket oxidáló gombákat mutatja be.
7. táblázat: Gombák az indigófesték eltávolítására.
7. táblázat. Gombák az indigó szín eltávolítására. 
5.5 Anerob biológiai kezelések az indigószínezék és az indigókármin eltávolítására
5.5.1 Baktériumok
Fischer-Colbrie et al. értékelte mikroorganizmusok keverékének anaerob lebontását acetát és indigókármin mint szénforrás felhasználásával. A lebomlást 150 mg/l indigókoncentrációval értékelték. A következő lebomlási mechanizmust javasoltuk (5. ábra). Manu és Chaudhari megfigyelte a teljes lúgosság, az oxidációs-redukciós potenciál hatását a színezék és a KOI eltávolítására szub-mezofil anaerob körülmények között, amelyet szakaszos reaktorban, baktériumkultúra-keverékkel, egy gyapotgyárból származó szintetikus szennyvízzel értékeltek.
5. ábra. Az indigókármin lebontási útvonalának javasolt mechanizmusa .
5. ábra. Az indigókármin lebomlási útvonalának javasolt mechanizmusa .
Chen et al., értékelte a tajvani Hsinchuban található tó iszapjából és a tajvani Miaoliban található szennyvíztisztító telepről származó iszapból izolált hat törzs hatékonyságát 24 színezék, köztük a savkék 74 vagy az indigókármin lebontásában, Az Aeromonas hydrophila baktériumot választották ki és azonosították, amely a 24 színezék esetében a legmagasabb lebontási arányt mutatta, az IC esetében 1 napos inkubáció után 60+/-2%-os, 7 nap alatt pedig 84+/-3%-os eltávolítást értek el 100 mg/l festékkoncentráció mellett. Az izolátumokat anoxikus körülmények között tenyésztették, de az Aeromonas hydrophila biokémiai és fiziológiai profiljai aerob és anaerob növekedésről számoltak be. A 8. táblázat az indigó szín eltávolítására szolgáló biológiai kezeléseket mutatja be.
8. táblázat: A textilipari szennyvizek biológiai kezelése az indigószín eltávolítására.
8. táblázat. A textilipari szennyvizek biológiai kezelése az indigó szín eltávolítására. 
6. KÖVETKEZTETÉSEK
Fizikai-kémiai, kémiai, fizikai és biológiai technológiák léteznek a textilipari szennyvíz indigóval történő kezelésére. A kezelés megválasztása a szennyvíz minőségétől, a felhasználástól, a technológia költségeitől, előnyeitől és hátrányaitól függ.
A nem biológiai kezelések, bár kiváló eltávolítási eredményeket mutatnak, hiányoznak a gazdasági tanulmányok, a szennyezés átadása és a megfelelő eredmények folytonossága nagy léptékben. A mikroorganizmusokat alkalmazó kezelőrendszerek képesek a visszahúzódó festékeket mineralizációig lebontani. E kezelések hatékonysága a mikroorganizmusok túlélésétől és alkalmazkodóképességétől függ a kezelési folyamat során. A biológiai kezeléseket egyre gyakrabban fokozzák, és egyre inkább a mikrobiális konzorciumokkal immobilizált sejteket célozzák meg.
FELADATOK
Ezt a munkát a következő projekt támogatta: “Evaluation of biological treatment for indigo colour removal from industrial textile wastewater by a microbial consortium in a fluidised bed – dime bicentenario with code quipu2020100773”.
REFERENCIAS