TECNOLOGIE PER LA DECOLORIZZAZIONE DEI DISCHI: INDIGO E INDIGO CARMINE

LUZ QUINTERO
Scuola di Geoscienze e Ambiente. Facoltà delle Miniere.Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

SANTIAGO CARDONA
Scuola di Geoscienze e Ambiente. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

Ricevuto per la revisione il 18 novembre 2008, accettato il 21 maggio 2009, versione finale il 13 ottobre 2009

SUMMARIO: I trattamenti delle acque reflue tessili con coloranti indaco e indaco carminio sono molto complessi e vari. L’efficienza varia a seconda del metodo impiegato. Questo articolo passa in rassegna le diverse tecnologie di trattamento per la rimozione dell’indaco e del carminio d’indaco; le efficienze di rimozione, le culture impiegate, i sistemi di processo, i fattori operativi, tra gli altri aspetti, al fine di stabilire i criteri per la selezione del miglior processo di trattamento e per capire la portata della ricerca nel candeggio dell’indaco. La rassegna inizia con il processo di fissazione nella tintura dell’indaco e poi descrive gli studi sul trattamento degli effluenti dell’indaco in laboratorio e su larga scala. Sono disponibili tecnologie fisico-chimiche, chimiche, fisiche e biologiche per lo sbiancamento dell’acqua di indaco. La scelta del trattamento è una funzione della qualità delle acque reflue, dell’uso, dei costi della tecnologia, dei vantaggi e degli svantaggi.

PAROLE CHIAVE: indaco, carminio indaco, tecnologie, rimozione.

ABSTRACT: I trattamenti delle acque reflue tessili contenenti indaco e carminio indaco sono molto complessi e vari. L’efficienza dipende dal metodo utilizzato. Questo articolo esamina le diverse tecnologie per la rimozione di indaco e carminio indaco; efficienza, colture microbiche, sistemi di processo e fattori operativi per stabilire criteri per selezionare il miglior processo di trattamento e conoscere il campo di ricerca nella decolorazione dell’indaco. La revisione inizia con il processo di fissazione della tintura di indaco e poi descrive gli studi di trattamento degli effluenti indaco scala di laboratorio e su larga scala. Ci sono tecnologie fisico-chimiche, chimiche, fisiche e biologiche. La scelta del trattamento dipende dalla qualità delle acque reflue, l’uso, i costi della tecnologia, vantaggi e svantaggi.

PAROLE CHIAVE: indaco, carminio indaco, tecnologie, rimozione.

1. INTRODUZIONE

L’industria tessile ha un alto consumo di acqua potabile e sotterranea nei suoi processi di lavorazione. Il volume e la composizione delle acque reflue dell’industria tessile è uno dei più inquinanti di tutti i settori industriali. Alcuni coloranti e sottoprodotti sono cancerogeni e mutageni, deteriorano esteticamente i corpi idrici e hanno un impatto su flora e fauna. Nella tintura delle fibre cellulosiche, i coloranti al tino (indaco) e i coloranti allo zolfo rappresentano una gran parte del mercato mondiale (circa il 31%), l’indaco occupa il 7%, rappresentando circa 120.000 tonnellate di coloranti al tino utilizzati annualmente. Nel 2002 sono state prodotte 17.000 tonnellate di indaco sintetico.

Nel 2007, la Colombia aveva una domanda di 12 milioni di metri di indaco al mese, di cui 6 milioni prodotti in Colombia e gli altri 6 milioni importati dal Brasile e dal Cile. Il colorante indaco carminio è un composto altamente tossico della classe dell’indaco tina che può causare irritazione agli occhi e alla pelle degli esseri umani. Il consumo del colorante da parte di madri incinte può causare danni riproduttivi al feto, sviluppo mentale e intossicazione.

Quando viene somministrato per via endovenosa a pazienti per la valutazione del sistema urinario, causa grave ipertensione, effetti cardiovascolari e respiratori. Può anche causare irritazione gastrointestinale con nausea, vomito e diarrea. Le fasi più comuni del processo tessile sono la purga, il lavaggio, il candeggio, la mercerizzazione e la tintura. Il trattamento delle acque reflue tessili è uno dei più complessi. Senza un trattamento adeguato, i coloranti sono stabili e possono rimanere nell’ambiente per lunghi periodi di tempo. L’alterazione delle loro strutture chimiche può portare alla formazione di composti xenobiotici che possono essere più o meno tossici dei composti potenziali; oltre a questo, le fluttuazioni di parametri come la domanda chimica di ossigeno (COD), la domanda biochimica di ossigeno (BOD), il pH, il colore, la salinità e la composizione delle acque reflue dipendono dai composti a base organica e dai coloranti utilizzati nelle diverse fasi dell’industria tessile. La tabella 1 presenta la caratterizzazione degli effluenti di un processo di tintura di indaco. Il colore può essere rimosso dalle acque reflue tramite assorbimento fisico-chimico, coagulazione-flocculazione, ossidazione e metodi elettrochimici.

Tabella 1. Caratterizzazione delle acque reflue tessili .
Tabella 1. Caratterizzazione delle acque reflue tessili .

Questi metodi sono costosi, presentano problemi operativi e generano grandi quantità di fango. I trattamenti biologici sono riconosciuti per i loro bassi costi, la fattibilità per il trattamento degli effluenti e la loro capacità di ridurre BOD e COD. Il seguente articolo passa in rassegna le tecnologie di trattamento per la rimozione del colore indaco; efficienza di rimozione, colture utilizzate, sistemi di processo, fattori operativi, al fine di indicare un processo sistematico per la rimozione del colore indaco. A questo scopo, si inizia la conoscenza del processo di fissazione nella tintura e poi si presentano gli studi su scala di laboratorio e su larga scala per il trattamento delle acque reflue con colore indaco.

2. CLASSIFICAZIONE DEL COLORE

Il colore nei coloranti è spiegato dalla presenza di gruppi cromofori. Per definizione i coloranti sono composti aromatici, la loro struttura comprende anelli arilici che hanno sistemi di elettroni delocalizzati. Questi sono responsabili dell’assorbimento della radiazione

elettromagnetica di diverse lunghezze d’onda a seconda dell’energia delle nuvole di elettroni. Una classificazione sistematica dei colori è l’indice di colore C.I. e la classificazione secondo il tipo di ionizzazione (Tabella 2), e sulla base del loro legame cromoforo o struttura molecolare (Tabella 3).

Tabella 2. Classificazione dei coloranti secondo il tipo di ionizzazione .
Tabella 2. Classificazione dei coloranti secondo il tipo di ionizzazione .

Tabella 3. Classificazione dei coloranti secondo il cromoforo .
Tabella 3. Classificazione dei coloranti secondo il cromoforo

3. CARATTERISTICHE DEL COLORE INDIGO

Il colore indaco (2,2′-bis-indaco), (CI Vat Blue I) o vat indigo, con formula chimica C12H10O2N2, (Figura 1a) è una polvere cristallina blu scuro. La sua applicazione principale è nell’industria dei blue jeans e altri prodotti in blue denim. Ha un alto punto di fusione (390-3920C), è insolubile in acqua, alcool o etere a causa di forti forze intermolecolari causate da legami idrogeno, solubile in cloroformio, nitrobenzene, o acido solforico concentrato. Allo stato solido l’indaco forma un polimero in cui ogni molecola di indaco si è legata a quattro molecole intorno. In solventi non polari, l’indaco si presenta come monomero, mentre in solventi polari si verifica l’associazione intermolecolare e la soluzione è blu.

Figura 1. Molecola di a). indaco e b). carminio indaco .
Figura 1. Molecola di a). indaco e a). carminio indaco .

La struttura del colore prodotto è un sistema coniugato o gruppo H-cromoforo costituito da un singolo doppio legame tra i carboni sostituiti da due donatori NH e due accettatori CO. L’indaco appartiene al gruppo dei coloranti al tino, che nel processo di tintura rimangono non fissati tra il 5 e il 20%. L’indaco solfatato è anche conosciuto come carminio indaco (C16H8O8N2S2Na2) Figura 1b . Il colore indaco può essere di origine naturale o sintetica. La prima sintesi dell’indaco fu da o-nitrobenzaldeide acetone in una miscela di idrossido di sodio, idrossido di bario e ammonio (figura 2). L’idrolisi produce glucosio e indoxil. All’esposizione all’aria l’indoxil si ossida in indaco. In questo processo, la N-fenilglicina viene trattata con una miscela alcalina di sodio e potassio contenente idrossidi di sodamide.

Figura 2. Percorso dell’indaco sintetico

4. MECCANISMO DI FISSAGGIO DEL COLORE INDIGO

Ogni colorante richiede una procedura individuale a causa delle diverse strutture molecolari, numero di gruppi riducibili, massa molecolare relativa, contenuto di colorante puro, concentrazione di agente riducente, alcalinità, agitazione, temperatura, area superficiale specifica del bagno di colorante e quantità di aria. I metodi per fissare l’indaco sono complessi meccanismi di ossido-riduzione a causa dell’insolubilità dell’indaco in acqua e della non affinità con le fibre cellulosiche. L’indaco può essere ridotto da forti agenti riducenti come ditionite di sodio (Na2S2O4), idrossiacetone, idrogeno o con metodi elettrochimici. La riduzione avviene in presenza di un mezzo altamente alcalino (pH 11-14) mediante idrossido di sodio, sali metallici, soluzione di potassio. L’agente riducente è un donatore di idrogeno che sottrae ossigeno o aggiunge elettroni ad altre sostanze chimiche. Durante il processo di riduzione l’agente riducente viene ossidato. L’indaco ridotto (forma di anione leuco enolato) arriva con meno colore ed è solubile in acqua, ha un’alta affinità per le fibre cellulosiche ed entra negli spazi aperti delle fibre. Le fibre tinte sono esposte all’aria e la molecola del colorante viene ossidata di nuovo nella sua forma insolubile. Le particelle di colorante insolubile sono intrappolate all’interno della fibra, colorando così permanentemente l’indumento di blu. A differenza di molti coloranti, l’indaco forma legami meccanici piuttosto che chimici.

La conversione del colorante al tino in forma leuco è una reazione eterogenea che comprende la diffusione delle molecole dell’agente riducente sulla superficie delle particelle di colorante, l’assorbimento dell’agente riducente e la reazione chimica tra il colorante e l’agente riducente sulla superficie con la formazione di composti leuco. Il controllo del processo di riduzione viene effettuato misurando il potenziale redox. Per i coloranti al tino la gamma è compresa tra -650 mV e -1000 mV e per il colorante indaco è -600 mV . La cinetica e la termodinamica dell’ossido-riduzione possono essere monitorate dal voltmetro ciclico. Il meccanismo di riduzione è presentato nella figura 3. Dopo la tintura, viene eseguita una reazione di ossidazione per rimuovere gli agenti riducenti in eccesso, i sali di sodio e i coloranti ridotti vengono convertiti in pigmenti insolubili. Gli agenti ossidanti comuni sono il perossido di idrogeno o l’ossigeno atmosferico ad alto pH, temperatura e catalizzatori costosi e pericolosi, il metavanadato.

Figura 3. Meccanismo di riduzione-ossidazione della tintura di indaco .
Figura 3. Meccanismo di riduzione-ossidazione della tintura indaco

Gli agenti ossidanti e l’ossigeno sottraggono idrogeno o prendono elettroni dal colorante e da altri composti chimici. Il colorante perde due elettroni dall’anione e diventa il pigmento originale con il doppio legame dell’ossigeno. Il pigmento prodotto si stacca meccanicamente dalla fibra ed è insolubile nella miscela. Dopo l’ossidazione, i coloranti al tino sono sottoposti a trattamento termico in una soluzione alcalina fornita da detergenti per ottenere il tessuto finale. I processi durante il lavaggio sono sconosciuti.

5. METODI DI TRATTAMENTO PER LA RIMOZIONE INDIGEA DEL COLORE

Le acque reflue tinte vengono trattate con processi chimici, fisici o combinati come la flocculazione con flottazione, l’elettroflottazione, la flocculazione, la filtrazione a membrana, la coagulazione elettrocinetica, la distruzione elettrochimica, lo scambio ionico, l’irradiazione, la precipitazione, l’ozonazione e il metodo Katox che prevede l’uso di carbone attivo e aria. La tabella 4 mostra l’applicazione dei trattamenti ai diversi tipi di coloranti.

Tabella 4. Sintesi dei trattamenti più efficienti per vari coloranti .
Tabella 4. Sintesi dell’efficacia dei principali processi di trattamento per varie classi di coloranti .

5.1 Trattamenti fisico-chimici
Per il trattamento delle acque reflue industriali con coloranti al tino, la coagulazione chimica è il metodo più usato. I coloranti al tino insolubili in acqua sono stati valutati in un pre-trattamento utilizzando flocculanti e coagulanti come calce, allume, solfato ferroso e polielettroliti, seguiti da un processo a fanghi attivi per rimuovere gli altri inquinanti. L’uso di una mucillagine polimerica naturale ottenuta dalla Plantago psyllium è stato implementato da Mishra e Bajpai attraverso la flocculazione per la rimozione dei coloranti C.I. Vat Yellow 4 e C.I. Reactive Black 5.

I risultati sperimentali mostrano che la mucillagine è più efficace per la rimozione del colorante Vat (71,4%) rispetto al colorante reattivo (35%). La tecnologia ha dimostrato di essere semplice, efficiente, non tossica e con bassi costi di capitale e operativi rispetto ad altre tecnologie. Anche se Marmagne e Coste hanno riportato metodi di coagulazione-flocculazione a bassa capacità per coloranti acidi, diretti, reattivi e al tino, è consigliabile scalare gli studi per verificare il potenziale della tecnologia. La tabella 5 presenta i vantaggi e gli svantaggi delle tecnologie di decolorazione delle acque reflue tessili.

Tabella 5. Vantaggi e svantaggi di alcuni processi di decolorazione applicati alle acque reflue tessili .
Tabella 5. Vantaggi e svantaggi di alcuni processi di decolorazione non biologici applicati alle acque reflue tessili.

5.2 Trattamenti chimici
L’ossidazione chimica utilizza agenti ossidanti come l’ozono (O3), il perossido di idrogeno (H2O2) o il permanganato (MnO4) per cambiare la composizione chimica di un composto o gruppo di composti, ad esempio i coloranti. Nei processi di ossidazione avanzata (AOP) si usano agenti ossidanti con catalizzatori (Fe, Mn, TiO2) in presenza o assenza di una fonte di irradiazione. Questo processo aumenta la generazione e l’uso di radicali liberi idrossili (HO-) che aumentano il tasso di diversi ordini di grandezza rispetto ad altri ossidanti in assenza di un catalizzatore. Gemeay et al.ha valutato un meccanismo di reazione per la catalisi eterogenea del colorante indaco carminio con H2O2 come agente ossidante catalizzato attraverso diversi complessi metallici. Gemeay et al. hanno studiato l’attività catalitica di polianilina/MnO2 (PANI/MnO2) verso la degradazione ossidativa dei coloranti Direct Red 81, Acid Blue 92 e Indigo Carmine in presenza di H2O2 come ossidante, le reazioni hanno seguito la cinetica del primo ordine. Nei processi H2O2/UV si formano radicali HO quando l’acqua con H2O2 è esposta alla luce UV, di solito nella gamma di 200-280 nm. Il risultato di questa reazione è la distruzione del colore secondo le seguenti reazioni:

-> H2O2 + hv 2-OH (1)

-> -OH + prodotti di ossidazione del colorante (2)

Questo processo è il più usato in POA per il trattamento degli inquinanti pericolosi presenti nelle acque reflue, perché non genera fanghi e raggiunge un’alta rimozione di COD in breve tempo. Aleboyeh et al. hanno valutato la decolorazione del C.I. blu acido 74 o del carminio indaco in soluzione acquosa in un processo H2O2/UV e hanno determinato gli effetti del dosaggio di H2O2, della concentrazione iniziale del colorante e del pH sulla cinetica di decolorazione in un fotoreattore a circolazione continua.

La degradazione fotocatalitica (TiO2/UV) è stata studiata nella decolorazione dell’indaco e del carminio indaco in sospensioni eterogenee acquose e allo stato solido; il percorso di degradazione e i prodotti intermedi sono stati determinati. Mohamed et al. hanno valutato l’adsorbimento e la mineralizzazione di IC (carminio indaco) in presenza di irradiazione UV applicata a Mn/TiO2SG, Mn/TiO2D-imp, TiO2SG e TiO2D preparati con metodi diversi. L’adsorbimento di CI era più alto su TiO2D (88%) rispetto agli altri materiali a causa dell’aumento dei gruppi HO-, del rapporto superficie/volume più alto e del raggio dei pori più grande che ha facilitato la diffusione di CI. Altre combinazioni come ozono/TiO2, ozono/TiO2/H2O2 e TiO2/H2O2 sono state studiate ma sono fortemente influenzate dal tipo di colorante, dalla concentrazione del colorante e dal pH. Molte combinazioni di POA sono in grado di produrre radicali liberi. I processi di Fenton sono stati utilizzati come fonte potenziale di radicali idrossili da (H2O2) in presenza di cationi di ferro (Fe2+) e in una soluzione acida (pH 2-3). I processi di Fenton implicano l’applicazione di sali ferrosi o ferrici e (H2O2) per produrre i radicali liberi come mostrato nelle seguenti equazioni.

Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OH- + .OH (3)

Fe3+ + H2O2 — Fe 2+ + HO2. + (4)

Kasiri et al., hanno studiato l’applicabilità del Fe- nella zeolite sintetica ZSM5 come catalizzatore eterogeneo di fenton in presenza di UV e H2O2 per la degradazione del colorante indaco (C.I. Acid Blue 74), lo studio ha trovato che utilizzando questo tipo di catalizzatore è possibile espandere la gamma di pH in cui l’ossidazione di tipo Fenton può avvenire e non generare fango di idrossido di ferro. I metodi elettrochimici hanno raggiunto un grande interesse nella decolorazione e degradazione delle molecole di colorante. La corrente elettrica induce reazioni redox con conseguente trasformazione/distruzione dei composti organici e la loro completa ossidazione a CO2 e H2O. L’ossidazione diretta si riferisce al trasferimento di elettroni all’inquinante sulla superficie anodica. Il potenziale richiesto per l’ossidazione dei composti organici è alto e le reazioni collaterali sono inevitabili. Tuttavia, il problema è la mancanza di anodi ideali che facilitino l’ossidazione del colorante, diminuiscano le reazioni collaterali e mostrino una buona stabilità elettrochimica. Anche Sanromán et al. e Fernández e Costa hanno utilizzato tecniche elettrochimiche per la decolorazione dell’indaco. Hanno usato l’indigo-incenerimento elettrochimico, con una concentrazione iniziale di indaco di 1 mM, ottenendo il 100% di rimozione del colore.

5.3 Trattamenti fisici
I metodi di adsorbimento per la rimozione del colore si basano sull’alta affinità di molti coloranti per adsorbire i materiali. La decolorazione per adsorbimento è influenzata da alcuni fattori fisico-chimici come le interazioni tintura-adsorbente, l’area superficiale dell’adsorbente, la dimensione delle particelle, la temperatura, il pH e il tempo di contatto. L’adsorbimento del colorante indaco è stato valutato utilizzando come adsorbente i fanghi di depurazione disidratati di un impianto di trattamento delle acque reflue. Otero et al. hanno studiato la potenziale applicazione dei fanghi di depurazione per la rimozione di inquinanti organici come il violetto di cristallo, il carminio indaco e il fenolo. L’adsorbimento del carminio indaco su biosorbenti e polimeri naturali è stato studiato da Dos Anjos et al. e Prado et al. Prado et al. hanno studiato le interazioni del carminio indaco con chitosano e chitina. Gli esperimenti con il chitosano hanno mostrato processi entropici ed entalpici favorevoli con stabilità termodinamica, mentre le interazioni con la chitina hanno mostrato effetti entropici sfavorevoli con sistemi termodinamici non spontanei. È stato anche testato l’adsorbimento su materiali di scarto come la cenere delle centrali elettriche, un prodotto di scarto dell’estrazione della soia e il carbone estratto dai chicchi di caffè. Nakamura et al. hanno identificato la diffusione del carminio indaco nei pori del carbone di caffè come il passo limitante nel processo di adsorbimento.

Alcune ricerche riportano che i metodi di adsorbimento sono facili, versatili ed economici a causa della loro facilità di funzionamento e del design semplice, altri trovano che siano materiali adsorbenti costosi e suggeriscono che i metodi di degradazione persistono per degradare le sostanze chimiche in acqua. I metodi di filtrazione come l’ultrafiltrazione (UF), la nanofiltrazione (NF) e l’osmosi inversa sono stati utilizzati per il riutilizzo dell’acqua e il recupero chimico. La temperatura specifica e la composizione chimica dell’acqua di scarico determinano il tipo e la porosità del filtro. I principali problemi della tecnologia a membrana sono gli alti costi d’investimento, il fouling e la produzione di un bagno di tintura che deve essere trattato. Il recupero dei concentrati dalle membrane può mitigare i costi di trattamento. Per migliorare la qualità dell’acqua per il riutilizzo, sono stati studiati trattamenti compositi, Vandevivere et al. hanno usato osmosi inversa, coagulazione, microfiltrazione e trattamenti a membrana, Dos santos et al. hanno proposto la sequenza di pre-trattamento anaerobico/aerobico e post-trattamento a membrana. L’indaco è stato recuperato attraverso la microfiltrazione (MF), MF seguita da UF e sequenze di processi di coagulazione, MF, UF e NF. Unlu et al. hanno scoperto che la coagulazione non è un metodo efficace di trattamento a causa delle alte dosi di coagulante richieste e delle grandi quantità di fango generate. MF seguito da un trattamento NF soddisfa i criteri di riutilizzo per l’industria tessile.

5.4 Trattamenti biologici aerobici per la rimozione dell’indaco e del carminio indaco
Alcune tecniche di bonifica sono la degradazione microbica che utilizza microrganismi come batteri e funghi, il fitorimedio che utilizza piante e la bonifica attraverso enzimi specifici. Le modalità di biorisanamento applicate allo sbiancamento dei coloranti includono miscele di colture, organismi isolati ed enzimi isolati. Alcuni enzimi in grado di degradare i coloranti sono differenziati di seguito (Tabella 6). Gli enzimi extracellulari come la laccasi e la perossidasi sono prodotti dai funghi. Gli enzimi mono-ossigenasi e diossigenasi sono intracellulari e presenti negli organismi viventi. Causano la scissione degli anelli aromatici attraverso l’incorporazione di atomi di ossigeno (bioidrossilazione) con il risultato di acidi carbossilici, che vengono utilizzati nel metabolismo. La laccasi richiede solo ossigeno molecolare come co-substrato. Le perossidasi dipendono solo dalla capacità del perossido di idrogeno come secondo substrato. L’applicazione di reduttasi o ossidasi richiede cofattori come NAD(H), NADP(H), o FAD(H) che sono estremamente costosi e non economicamente sostenibili.

Tabella 6. Enzimi ossidativi usati per la decolorazione dei coloranti
Tabella 6. Enzimi ossidativi usati per la decolorazione dei coloranti

Gli effluenti su scala pilota e/o su larga scala possono essere trattati in bioreattori con culture di uno o più microrganismi isolati o una miscela di popolazioni. In una coltura mista, dove è presente un consorzio di specie diverse, la decolorazione del colore può essere il risultato dell’azione sinergica di diversi microrganismi. In generale, le miscele di popolazione hanno le più alte stabilità in ambienti di stress causati da cambiamenti nelle caratteristiche degli effluenti come la temperatura, il pH o la composizione. I tipi di crescita microbica sono di due tipi, sospesa e immobilizzata a seconda del tipo di reattore, ad esempio i reattori a letto fluido contengono pellet liberi e mobili coperti da strati di biomassa immobilizzata, mentre i reattori a letto imballato contengono organismi che sono fissati su un materiale di supporto.

I rapporti indicano che la secrezione enzimatica è migliore nei sistemi immobilizzati che nelle colture sospese.

I sistemi con cellule immobilizzate migliorano l’efficienza operativa nei bioreattori, cioè aumentano la stabilità del processo e la tolleranza ai disturbi del carico, data l’alta capacità per unità di biomassa e la bassa generazione di fango, aggiungendo anche l’efficacia tecnica e la fattibilità economica nel funzionamento in batch per la decolorazione delle acque reflue.

5.4.1 Batteri
Su microscala Yu et al. hanno valutato la decolorazione dell’indaco utilizzando la coltura Pseudomonas GM3 con una rimozione del 69%. Su scala pilota Khelifi, et al. hanno sviluppato due tipi di crescita della biomassa sospesa e immobilizzata attraverso la biodegradazione aerobica nel reattore a miscela completa e nel reattore a letto fisso. L’aumento del carico e la diminuzione dell’HRT hanno ostacolato lo sviluppo di questo sistema staccando il biofilm con un conseguente fenomeno di dilavamento della biomassa. Frijters et al. hanno studiato il trattamento delle acque reflue dell’azienda Ten Cate Protect nei Paesi Bassi utilizzando un sistema di trattamento su larga scala con una sequenza anaerobica-aerobica in un reattore a letto fluido e un sistema di decantazione a piastre.

5.4.2 Funghi
Il colorante indaco è stato trasformato tramite trasferimento di elettroni dalla laccasi all’isatina e per decarbossilazione si genera un acido antracilico come prodotto di ossidazione finale stabile (Figura 4). È stato proposto che la degradazione proceda attraverso il deidroindigo come reazione intermedia. La funzione della laccasi è di aumentare la suscettibilità del colorante all’attacco idrolitico dell’acqua. Nella decolorazione catalizzata dalla perossidasi del carminio indaco, si forma l’acido isatin solfonico, sebbene sia stato osservato un prodotto di ossidazione rosso stabile quando è stata impiegata la perossidasi di manganese di Phanerochaete chrysosporium. Gli autori hanno suggerito che il prodotto rosso fosse un prodotto di condensazione dimerico del carminio indaco che non si era formato con la perossidasi di lignina come catalizzatore.

Figura 4. Via di degradazione ossidativa per il colorante indaco .
Figura 4. Percorso di degradazione ossidativa per i coloranti indigoidi.

La tabella 7 presenta i funghi che ossidano il colorante indaco.

Tabella 7. Funghi per la rimozione del colorante indaco.
Tabella 7. Funghi per la rimozione del colore indaco.

5.5 Trattamenti biologici anerobici per la rimozione del colore indaco e del carminio indaco

5.5.1 Batteri
Fischer-Colbrie et al. hanno valutato la degradazione anaerobica di una miscela di microorganismi con acetato e carminio indaco come fonti di carbonio. La degradazione è stata valutata con una concentrazione di indaco di 150 mg/L. È stato proposto il seguente meccanismo di degradazione (Figura 5). Manu e Chaudhari hanno osservato gli effetti dell’alcalinità totale, del potenziale di ossido-riduzione sulla rimozione del colore e del COD in condizioni anaerobiche sub-mesofile valutate in un reattore batch attraverso una miscela di colture batteriche usando acque reflue sintetiche da un’azienda di cotone.

Figura 5. Meccanismo proposto della via di degradazione del carminio indaco .
Figura 5. Meccanismo proposto della via di degradazione del carminio indaco.

Chen et al, ha valutato l’efficacia di sei ceppi isolati da fanghi di lago in Hsinchu, Taiwan e fanghi da un impianto di trattamento delle acque reflue in Miaoli, Taiwan per degradare 24 coloranti tra cui blu acido 74 o carminio indaco, Il batterio Aeromonas hydrophila è stato selezionato e identificato come quello che ha riportato il più alto tasso di degradazione per i 24 coloranti, per IC dopo 1 giorno di incubazione una rimozione del 60+/-2% e in 7 giorni una rimozione del 84+/-3% è stato ottenuto con una concentrazione di colorante di 100 mg/L. Gli isolati sono stati coltivati in condizioni anossiche, ma i profili biochimici e fisiologici di Aeromonas hydrophila hanno riportato una crescita aerobica e anaerobica. La tabella 8 presenta i trattamenti biologici per rimuovere il colore indaco.

Tabella 8. Trattamenti biologici degli effluenti tessili per la rimozione del colore indaco.
Tabella 8. Trattamenti biologici di effluenti tessili per la rimozione del colore indaco.

6. CONCLUSIONI

Esistono tecnologie fisico-chimiche, chimiche, fisiche e biologiche per il trattamento delle acque reflue tessili con indaco. La scelta del trattamento è una funzione della qualità delle acque reflue, dell’uso, dei costi della tecnologia, dei vantaggi e degli svantaggi.

I trattamenti non biologici, pur mostrando ottimi risultati di rimozione, mancano studi economici, trasferimento dell’inquinamento e continuità di risultati adeguati su larga scala. I sistemi di trattamento che utilizzano microrganismi sono in grado di degradare i coloranti recalcitranti alla mineralizzazione. L’efficacia di questi trattamenti dipende dalla sopravvivenza e dall’adattabilità dei microrganismi durante il processo di trattamento. I trattamenti biologici sono stati più frequentemente scalati e sempre più spesso si rivolgono a cellule immobilizzate con consorzi microbici.

ADDESSI

Questo lavoro è stato finanziato dal progetto: “Valutazione del trattamento biologico per la rimozione del colore indaco da acque reflue tessili industriali da parte di un consorzio microbico in un letto fluido – dime bicentenario con codice quipu2020100773.

REFERENCIAS