TEHNOLOGII DE DECOLORIZARE A ZILEI: INDIGO ȘI INDIGO CARMINE

LUZ QUINTERO
Școala de Geoștiințe și Mediu. Facultatea de Mine.Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

SANTIAGO CARDONA
Scoala de Geoștiințe și Mediu. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. [email protected]

Recepționat pentru revizuire la 18 noiembrie 2008 , acceptat la 21 mai 2009, versiunea finală la 13 octombrie 2009

SUMAR: Tratamentele apelor reziduale textile cu coloranți indigo și indigo-carmin sunt foarte complexe și variate. Eficiența variază în funcție de metoda utilizată. Acest articol trece în revistă diferitele tehnologii de tratare pentru îndepărtarea indigoului și a carminului de indigo; eficiența de îndepărtare, culturile utilizate, sistemele de procesare, factorii operaționali, printre alte aspecte, pentru a stabili criteriile de selectare a celui mai bun proces de tratare și pentru a înțelege domeniul de aplicare a cercetării în domeniul albirii indigoului. Această trecere în revistă începe cu procesul de fixare în vopsirea indigoului și apoi descrie studiile de tratare a efluenților indigo la nivel de laborator și la scară largă. Tehnologiile fizico-chimice, chimice, fizice și biologice sunt disponibile pentru albirea apei de indigo. Alegerea metodei de tratare depinde de calitatea apei efluente, de utilizare, de costurile tehnologiei, de avantajele și dezavantajele acesteia.

CUVINTE CHEIE: indigo, indigo carmin, tehnologii, eliminare.

ABSTRACT: Tratamentele apelor reziduale textile care conțin indigo și indigo carmin sunt foarte complexe și variate. Eficiența depinde de metoda utilizată. Acest articol trece în revistă diferitele tehnologii de îndepărtare a indigoului și a carminului de indigo; eficiența, culturile microbiene, sistemele de proces și factorii operaționali pentru a stabili criteriile de selectare a celui mai bun proces de tratare și a cunoaște domeniul de aplicare a cercetării în decolorarea indigoului. Recenzia începe cu procesul de fixare a colorantului indigo și apoi descrie studiile de tratare a efluentului indigo la scară de laborator și la scară mare. Există tehnologii fizico-chimice, chimice, fizice și biologice. Alegerea tratamentului depinde de calitatea apei efluente, de utilizare, de costurile tehnologiei, de avantajele și dezavantajele acesteia.

CUVINTE CHEIE: indigo, indigo carmin, tehnologii, eliminare.

1. INTRODUCCIÓN

La industria textilă are un consum ridicat de apă potabilă și subterană în procesele sale de tehnoredactare. Volumul și compoziția apelor reziduale efluente din industria textilă este unul dintre cele mai poluante din toate sectoarele industriale. Unii coloranți și subproduse sunt cancerigeni și mutageni, deteriorează estetic corpurile de apă și au un impact asupra florei și faunei. În vopsirea fibrelor celulozice, coloranții de tină (indigo) și coloranții de sulf reprezintă o mare parte din piața mondială (aproximativ 31%), indigoul ocupând 7%, reprezentând aproximativ 120.000 de tone de coloranți de tină utilizați anual. În 2002, au fost produse 17.000 de tone de indigo sintetic.

Până în 2007, Columbia avea o cerere de 12 milioane de metri de indigo pe lună, din care 6 milioane erau produse în Columbia, iar celelalte 6 milioane erau importate din Brazilia și Chile. Colorantul indigo carmin este un compus foarte toxic din clasa indigo tina care poate provoca iritații ale ochilor și pielii la om. Consumul colorantului de către mamele însărcinate poate provoca tulburări de reproducere a fătului, dezvoltare mentală și intoxicație.

Când este administrat intravenos la pacienți pentru evaluarea sistemului urinar, provoacă hipertensiune arterială severă, efecte cardiovasculare și respiratorii. De asemenea, poate provoca iritații gastrointestinale cu greață, vărsături și diaree. Cele mai frecvente etape ale procesului de prelucrare a textilelor sunt spălarea, degresarea, albirea, mercerizarea și vopsirea. Tratarea apelor uzate textile este una dintre cele mai complexe. Fără un tratament adecvat, coloranții sunt stabili și pot rămâne în mediul înconjurător pentru perioade lungi de timp. Alterarea structurilor lor chimice poate duce la formarea de compuși xenobiotici care pot fi mai mult sau mai puțin toxici decât compușii potențiali; în plus, fluctuațiile parametrilor precum cererea chimică de oxigen (DCO), cererea biochimică de oxigen (BOD), pH-ul, culoarea, salinitatea și compoziția apelor reziduale depind de compușii pe bază organică și de coloranții utilizați în diferitele etape ale industriei textile. Tabelul 1 prezintă caracterizarea efluenților unui proces de vopsire a indigoului. Culoarea poate fi eliminată din apele uzate prin absorbție fizico-chimică, coagulare-floculare, oxidare și metode electrochimice.

Tabela 1. Caracterizarea apelor uzate textile .
Tabel 1. Caracterizarea apelor uzate textile .

Aceste metode sunt costisitoare, prezintă probleme operaționale și generează cantități mari de nămol . Tratamentele biologice sunt recunoscute pentru costurile lor reduse, fezabilitatea pentru tratarea efluenților și capacitatea lor de a reduce DBO și DCO. Următorul articol trece în revistă tehnologiile de tratare pentru îndepărtarea culorii indigo; eficiența de îndepărtare, culturile utilizate, sistemele de procesare, factorii operaționali, pentru a indica un proces sistematic de îndepărtare a culorii indigo. Aceasta se bazează pe cunoașterea procesului de fixare în vopsitorie și apoi sunt prezentate studiile de laborator și la scară largă pentru tratarea apelor uzate cu indigo.

2. CLASIFICAREA CULOAREI

Culoarea în coloranți se explică prin prezența grupărilor cromofore. Prin definiție, coloranții sunt compuși aromatici, structura lor incluzând inele arilice care au sisteme de electroni delocalizați. Aceștia sunt responsabili de absorbția de radiații electromagnetice

cu lungimi de undă diferite, în funcție de energia norilor de electroni. O clasificare sistematică a culorilor este reprezentată de indicele de culoare C.I. și de clasificarea în funcție de tipul de ionizare (tabelul 2), precum și pe baza legăturii lor cromoforice sau a structurii moleculare (tabelul 3).

Tabelul 2. Clasificarea coloranților în funcție de tipul de ionizare .
Tabel 2. Clasificarea coloranților în funcție de tipul de ionizare .

Tabel 3. Clasificarea coloranților în funcție de cromofor .
Tabel 3. Clasificarea coloranților în funcție de cromofor

3. CARACTERISTICILE CULOAREI INDIGO

Culoarea indigo (2,2′-bis-indigo), (CI Vat Blue I) sau vat indigo, cu formula chimică C12H10O2N2, (figura 1a) este o pulbere cristalină de culoare albastru închis. Aplicația sa principală este în industria blugilor albaștri și a altor produse din denim albastru. Are un punct de topire ridicat (390-3920C), este insolubil în apă, alcool sau eter datorită forțelor intermoleculare puternice cauzate de legăturile de hidrogen, solubil în cloroform, nitrobenzen sau acid sulfuric concentrat. În stare solidă, indigoul formează un polimer în care fiecare moleculă de indigo este legată de patru molecule din jurul ei. În solvenți nepolari, indigoul se prezintă ca monomer, în timp ce în solvenți polari are loc o asociere intermoleculară, iar soluția este albastră.

Figura 1. Molecula de a). indigo și b). indigo carmin .
Figura 1. Molecula de a). indigo și a). indigo carmin .

Structura culorii produse este un sistem conjugat sau un grup H-cromofor format dintr-o singură legătură dublă între carboni substituită de doi donatori de NH și doi acceptori de CO. Indigoul aparține grupului de coloranți de cuvă, care în procesul de vopsire rămân nefixați între 5 și 20%. Indigoul sulfat este cunoscut și sub denumirea de indigo carmin (C16H8O8N2S2Na2) Figura 1b . Culoarea indigo poate fi de origine naturală sau sintetică. Prima sinteză a indigoului a fost realizată din acetonă de o-nitrobenzaldehidă într-un amestec de hidroxid de sodiu, hidroxid de bariu și amoniu (figura 2). Hidroliza produce glucoză și indoxil. La expunerea la aer, indoxilul se oxidează în indigo. În acest proces, N-fenilglicina este tratată cu un amestec alcalin de sodiu și potasiu care conține hidroxizi de sodamidă.

Figura 2. Calea de obținere a indigoului sintetic

4. MECANISMUL FIXĂRII CULOAREI INDIGO

Care colorant necesită o procedură individuală datorită diferitelor structuri moleculare, numărului de grupări reductibile, masei moleculare relative, conținutului de colorant pur, concentrației de agent reducător, alcalinității, agitației, temperaturii, suprafeței specifice a lichidului de colorare și cantității de aer. Metodele de fixare a indigoului sunt mecanisme complexe de oxidare-reducere din cauza insolubilității indigoului în apă și a lipsei de afinitate pentru fibrele celulozice. Indigoul poate fi redus cu agenți reducători puternici, cum ar fi ditionitul de sodiu (Na2S2O4), hidroxiacetona, hidrogenul sau prin metode electrochimice. Reducerea are loc în prezența unui mediu puternic alcalin (pH 11-14) prin hidroxid de sodiu, săruri metalice, soluție de potasiu. Agentul reducător este un donator de hidrogen care sustrage oxigenul sau adaugă electroni altor substanțe chimice. În timpul procesului de reducere, agentul reducător este oxidat. Indigoul redus (forma anionică leuco enolată) vine cu mai puțină culoare și este solubil în apă, are o mare afinitate pentru fibrele celulozice și pătrunde în spațiile deschise ale fibrelor. Fibrele vopsite sunt expuse la aer, iar molecula de colorant se oxidează și revine la forma sa insolubilă. Particulele insolubile de colorant sunt reținute în interiorul fibrei, colorând astfel permanent haina în albastru. Spre deosebire de mulți coloranți, indigoul formează mai degrabă legături mecanice decât chimice.

Conversia colorantului de cuvă în formă leuco este o reacție eterogenă care cuprinde difuzia moleculelor de agent reducător la suprafața particulelor de colorant, sorbția agentului reducător și reacția chimică dintre colorant și agentul reducător la suprafață cu formarea de compuși leuco. Controlul procesului de reducere se realizează prin măsurarea potențialului redox. Pentru coloranții de vată, intervalul este cuprins între -650 mV și -1000 mV, iar pentru colorantul indigo este de -600 mV. Cinetica și termodinamica oxidării-reducerii pot fi monitorizate cu ajutorul voltmetrului ciclic. Mecanismul de reducere este prezentat în figura 3 . După vopsire, se efectuează o reacție de oxidare pentru a elimina excesul de agenți reducători, sărurile de sodiu, iar coloranții reduși sunt transformați în pigmenți insolubili. Agenții oxidanți obișnuiți sunt peroxidul de hidrogen sau oxigenul atmosferic la pH și temperatură ridicate și catalizatori scumpi și periculoși, metavanadatul.

Figura 3. Mecanismul de reducere-oxidare al vopsirii indigoului .
Figura 3. Mecanismul de reducere-oxidare a vopsirii indigoului

Agenții oxidanți și oxigenul sustrag hidrogenul sau iau electroni de la colorant și de la alți compuși chimici. Colorantul pierde doi electroni de la anion și devine pigmentul original cu dubla legătură de oxigen. Pigmentul produs se detașează mecanic de fibră și este insolubil în amestec. După oxidare, coloranții din cuvă sunt supuși unui tratament termic într-o soluție alcalină furnizată de detergenți pentru a obține materialul textil final. Procesele din timpul spălării sunt necunoscute.

5. METODE DE TRATARE PENTRU ELIMINAREA CULOAREI INDIVIDUALE

Apă reziduală vopsită este tratată prin procese chimice, fizice sau combinate, cum ar fi flocularea cu flotare, electroflotarea, flocularea, filtrarea pe membrană, coagularea electrocinetică, distrugerea electrochimică, schimbul de ioni, iradierea, precipitarea, ozonarea și metoda Katox care implică utilizarea de carbon activ și aer . Tabelul 4 prezintă aplicarea tratamentelor la diferite tipuri de coloranți.

Tabelul 4. Rezumatul celor mai eficiente tratamente pentru diverși coloranți .
Tabelul 4. Rezumat al eficacității principalelor procese de tratare pentru diferite clase de coloranți .

5.1 Tratamente fizico-chimice
Pentru tratarea apelor uzate industriale cu coloranți de vată, coagularea chimică este cea mai frecvent utilizată metodă. Coloranții de vată insolubili în apă au fost evaluați în cadrul unui pretratament care utilizează floculanți și coagulanți, cum ar fi varul, alunul, sulfatul feros și polielectroliții, urmat de un proces de nămol activat pentru a elimina ceilalți poluanți. Utilizarea unui mucilagiu de polimer natural obținut din Plantago psyllium a fost implementată de Mishra și Bajpai prin floculare pentru îndepărtarea coloranților C.I. Vat Yellow 4 și C.I. Reactive Black 5.

Rezultatele experimentale arată că mucilajul este mai eficient pentru îndepărtarea colorantului de vată (71,4%) decât pentru colorantul reactiv (35%). Tehnologia se dovedește a fi simplă, eficientă, netoxică și cu costuri de capital și de exploatare reduse în comparație cu alte tehnologii. Deși Marmagne și Coste au raportat metode de coagulare-floculare de capacitate redusă pentru coloranții acizi, direcți, reactivi și de vată, este recomandabil să se efectueze studii la scară mai mare pentru a verifica potențialul tehnologiei. Tabelul 5 prezintă avantajele și dezavantajele tehnologiilor de decolorare a apelor uzate textile.

Tabel 5. Avantajele și dezavantajele unor procedee de decolorare aplicate la apele reziduale textile .
Tabel 5. Avantaje și dezavantaje ale unor procedee de decolorare non-biologică aplicate la apele reziduale textile .

5.2 Tratamente chimice
Oxidarea chimică utilizează agenți oxidanți cum ar fi ozonul (O3), peroxidul de hidrogen (H2O2) sau permanganatul (MnO4) pentru a modifica compoziția chimică a unui compus sau a unui grup de compuși, de exemplu coloranți . În procesele de oxidare avansată (AOP), agenții oxidanți sunt utilizați împreună cu catalizatori (Fe, Mn, TiO2) în prezența sau în absența unei surse de iradiere. Acest proces sporește generarea și utilizarea radicalilor liberi hidroxil (HO-), care măresc rata cu câteva ordine de mărime în comparație cu alți oxidanți în absența unui catalizator. Gemeay et al.a evaluat un mecanism de reacție pentru cataliza eterogenă a colorantului indigo carmin cu H2O2 ca agent oxidant, catalizată prin diferiți complecși metalici. Gemeay et al. au studiat activitatea catalitică a polianilinei/MnO2 (PANI/MnO2) pentru degradarea oxidativă a coloranților roșu direct 81, albastru acid 92 și indigo carmin în prezența H2O2 ca oxidant, reacțiile au urmat o cinetică de ordinul întâi. În procesele H2O2/UV, radicalii HO se formează atunci când apa cu H2O2 este expusă la lumină UV, de obicei în intervalul 200-280 nm. Rezultatul acestei reacții este distrugerea culorii conform următoarelor reacții:

-> H2O2 + hv 2-OH (1)

-> -OH + Produse de oxidare a colorantului (2)

Acest procedeu este cel mai utilizat în POA pentru tratarea poluanților periculoși prezenți în apele uzate, deoarece nu generează nămol și realizează o eliminare ridicată a DCO într-un timp scurt. Aleboyeh et al. au evaluat decolorarea C.I. acid blue 74 sau indigo carmin în soluție apoasă într-un proces H2O2/UV și au determinat efectele dozei de H2O2, ale concentrației inițiale de colorant și ale pH-ului asupra cineticii de decolorare într-un fotoreactor cu circulație continuă.

Degradarea fotocatalitică (TiO2/UV) a fost investigată în decolorarea indigoului și indigo-carminului în suspensii eterogene apoase și în stare solidă; a fost determinată calea de degradare și produsele intermediare. Mohamed et al. au evaluat adsorbția și mineralizarea IC (carmin indigo) în prezența iradierii UV aplicate la Mn/TiO2SG, Mn/TiO2D-imp, TiO2SG și TiO2D preparate prin diferite metode. Adsorbția CI a fost mai mare pe TiO2D (88%) decât pe celelalte materiale datorită creșterii numărului de grupări HO-, a raportului suprafață/volum mai mare și a razei mai mari a porilor, care au facilitat difuzia CI. Au fost studiate și alte combinații, cum ar fi ozon/TiO2, ozon/TiO2/H2O2 și TiO2/H2O2, dar acestea sunt puternic influențate de tipul de colorant, de concentrația colorantului și de pH. Multe combinații de POA sunt capabile să producă radicali liberi. Procesele Fenton au fost utilizate ca o sursă potențială de radicali hidroxil din (H2O2) în prezența cationilor de fier (Fe2+) și într-o soluție acidă (pH 2-3). Procesele Fenton implică aplicarea de săruri feroase sau ferice și (H2O2) pentru a produce radicali liberi, așa cum se arată în următoarele ecuații.

Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OH- + .OH (3)

Fe3+ + H2O2 — Fe 2+ + HO2. + (4)

Kasiri și colab., au investigat aplicabilitatea Fe- în zeolitul sintetic ZSM5 ca un catalizator foto fenton eterogen în prezența UV și H2O2 pentru degradarea colorantului indigo (C.I. Acid Blue 74), studiul a constatat că prin utilizarea acestui tip de catalizator este posibilă extinderea intervalului de pH în care poate avea loc oxidarea de tip Fenton și nu se generează nămol de hidroxid de fier. Metodele electrochimice au prezentat un interes deosebit în decolorarea și degradarea moleculelor de coloranți. Curentul electric induce reacții redox care au ca rezultat transformarea/distrugerea compușilor organici și oxidarea completă a acestora în CO2 și H2O. Oxidarea directă se referă la transferul de electroni către poluant la suprafața anodică. Potențialul necesar pentru oxidarea compușilor organici este ridicat, iar reacțiile secundare sunt inevitabile. Cu toate acestea, problema este lipsa unor anozi ideali care să faciliteze oxidarea coloranților, să reducă reacțiile secundare și să prezinte o bună stabilitate electrochimică. Sanromán et al. și Fernández și Costa au utilizat, de asemenea, tehnici electrochimice pentru decolorarea indigoului. Aceștia au utilizat indigo-incinerarea electrochimică, cu o concentrație inițială de indigo de 1 mM, obținând o eliminare a culorii de 100%.

5.3 Tratamente fizice
Metodele de adsorbție pentru îndepărtarea culorilor se bazează pe afinitatea ridicată a multor coloranți pentru a adsorbi materiale. Decolorarea prin adsorbție este influențată de anumiți factori fizico-chimici, cum ar fi interacțiunile colorant-adsorbant, suprafața adsorbantului, dimensiunea particulelor, temperatura, pH-ul și timpul de contact. Adsorbția colorantului indigo a fost evaluată folosind ca adsorbant nămolul de epurare deshidratat de la o stație de epurare a apelor uzate. Otero et al. au investigat potențialul de utilizare a nămolurilor de epurare pentru îndepărtarea poluanților organici, cum ar fi cristal violet, indigo carmin și fenol. Adsorbția carminului indigo pe biosorbenți și polimeri naturali a fost investigată de Dos Anjos et al. și Prado et al. Prado et al. au studiat interacțiunile carminului indigo cu chitosanul și chitina. Experimentele cu chitosan au arătat procese entropice și entalpice favorabile cu stabilitate termodinamică, în timp ce interacțiunile cu chitina au arătat efecte entropice nefavorabile cu sisteme termodinamice non-spontane. De asemenea, a fost testată adsorbția pe materiale reziduale, cum ar fi cenușa de la centralele electrice, un produs rezidual din extracția de soia și cărbunele extras din boabe de cafea. Nakamura et al. au identificat difuzia carminului de indigo în porii cărbunelui de cafea ca fiind pasul limitativ în procesul de adsorbție.

Câteva cercetări raportează că metodele de adsorbție sunt ușoare, versatile și economice datorită ușurinței de operare și designului simplu, altele consideră că sunt materiale adsorbante scumpe și sugerează că metodele de degradare persistă la degradarea substanțelor chimice din apă. Metodele de filtrare, cum ar fi ultrafiltrarea (UF), nanofiltrarea (NF) și osmoza inversă, au fost utilizate pentru reutilizarea apei și recuperarea substanțelor chimice. Temperatura specifică și compoziția chimică a apei uzate determină tipul și porozitatea filtrului. Principalele probleme ale tehnologiei membranelor sunt costurile mari de investiție, murdărirea și producerea unei băi de colorant care trebuie tratată. Recuperarea concentratelor de pe membrane poate reduce costurile de tratare. Pentru a îmbunătăți calitatea apei în vederea reutilizării, au fost studiate tratamente compozite, Vandevivere et al. au folosit osmoza inversă, coagularea, microfiltrarea și tratamentele cu membrană, Dos Santos et al. au propus secvența de pretratare anaerobă/aerobă și post-tratare cu membrană. Indigo a fost recuperat prin microfiltrare (MF), MF urmată de UF și secvențe de procese de coagulare, MF, UF și NF. Unlu et al. au constatat că coagularea nu este o metodă eficientă de tratare din cauza dozelor mari de coagulant necesare și a cantităților mari de nămol generate. Tratamentul MF urmat de NF îndeplinește criteriile de reutilizare pentru industria textilă.

5.4 Tratamente biologice aerobe pentru îndepărtarea indigoului și a carminului de indigo
Câteva tehnici de remediere sunt degradarea microbiană care utilizează microorganisme precum bacterii și ciuperci, fitoremedierea care utilizează plante și remedierea prin enzime specifice. Modalitățile de bioremediere aplicate la albirea coloranților includ amestecuri de culturi, organisme izolate și enzime izolate. Unele enzime capabile să degradeze coloranții sunt diferențiate mai jos (tabelul 6). Enzimele extracelulare, cum ar fi lactaza și peroxidaza, sunt produse de ciuperci. Enzimele mono-oxigenaza și dioxigenaza sunt intracelulare și sunt prezente în organismele vii. Acestea determină scindarea inelelor aromatice prin încorporarea de atomi de oxigen (biohidroxilare), rezultând acizi carboxilici, care sunt utilizați în metabolism. Laccase are nevoie doar de oxigen molecular ca și co-substrat. Peroxidazele depind doar de capacitatea peroxidului de hidrogen ca al doilea substrat. Aplicarea reductazelor sau oxidazelor necesită cofactori precum NAD(H), NADP(H) sau FAD(H), care sunt extrem de costisitori și nu sunt viabili din punct de vedere economic.

Tabelul 6. Enzimele oxidative utilizate pentru decolorarea coloranților
Tabelul 6. Enzimele oxidative utilizate pentru decolorarea coloranților

Efluenții la scară pilot și/sau la scară mare pot fi tratați în bioreactoare cu culturi de unul sau mai multe microorganisme izolate sau cu un amestec de populații. Într-o cultură mixtă, în care este prezent un consorțiu de specii diferite, decolorarea colorantului poate fi rezultatul acțiunii sinergice a mai multor microorganisme. În general, amestecurile de populație au cea mai mare stabilitate în medii de stres cauzate de modificări ale caracteristicilor efluenților, cum ar fi temperatura, pH-ul sau compoziția. Tipurile de creștere microbiană sunt de două tipuri, în suspensie și cu celule imobilizate, în funcție de tipul de reactor, de exemplu, reactoarele cu pat fluidizat conțin peleți liberi și mobili acoperiți cu straturi de biomasă imobilizată, în timp ce reactoarele cu pat compactat conțin organisme care sunt fixate pe un material suport.

Rapoartele indică faptul că secreția enzimatică este mai bună în sistemele imobilizate decât în culturile suspendate .

Sistemele cu celule imobilizate îmbunătățesc eficiența operațională în bioreactoare, adică sporesc stabilitatea procesului și toleranța la perturbațiile de sarcină, având în vedere capacitatea mare pe unitate de biomasă și generarea redusă de nămol, adăugând, de asemenea, eficacitatea tehnică și fezabilitatea economică în funcționarea discontinuă pentru decolorarea apelor uzate .

5.4.1 Bacterii
La scară microscopică Yu et al. au evaluat decolorarea indigoului folosind cultura Pseudomonas GM3 cu o eliminare de 69%. La scară pilot, Khelifi, et al. au dezvoltat două tipuri de creștere a biomasei suspendate și imobilizate prin biodegradare aerobă în reactorul de amestec complet și în reactorul cu pat fix. Creșterea încărcăturii și diminuarea HRT au împiedicat dezvoltarea acestui sistem prin desprinderea biofilmului cu un fenomen de spălare a biomasei. Frijters et al. au investigat tratarea apelor uzate de la compania Ten Cate Protect din Țările de Jos, folosind un sistem de tratare la scară largă cu o secvență anaerobă-aerobă într-un reactor cu pat fluidizat și un sistem de decantare cu plăci.

5.4.2. Ciuperci
Copilantul indigo a fost transformat prin transfer de electroni de la lactază la izatină și prin decarboxilare se generează un acid antranilic ca produs final de oxidare stabil (figura 4). S-a propus ca degradarea să aibă loc prin dehidroindigo ca reacție intermediară. Funcția lacazei este de a crește sensibilitatea colorantului la atacul hidrolitic al apei. În decolorarea indigo carminului indigo catalizată de peroxidază, se formează acidul sulfonic de izatină, deși s-a observat un produs de oxidare roșu stabil atunci când s-a utilizat peroxidaza de mangan din Phanerochaete chrysosporium. Autorii au sugerat că produsul roșu era un produs de condensare dimerică a indigo carminului care nu s-a format cu peroxidaza de lignină ca și catalizator.

Figura 4. Calea de degradare oxidativă a colorantului indigo .
Figura 4. Calea de degradare oxidativă a coloranților indigoizi .

În tabelul 7 sunt prezentate ciupercile care oxidează colorantul indigo.

Tabelul 7. Ciuperci pentru îndepărtarea colorantului indigo.
Tabelul 7. Ciuperci pentru îndepărtarea culorii indigo.

5.5 Tratamente biologice anaerobe pentru îndepărtarea culorii indigo și a carminului de indigo

5.5.1 Bacterii
Fischer-Colbrie et al. au evaluat degradarea anaerobă a unui amestec de microorganisme cu acetat și carmin de indigo ca surse de carbon. Degradarea a fost evaluată la o concentrație de indigo de 150 mg/L. A fost propus următorul mecanism de degradare (figura 5). Manu și Chaudhari au observat efectele alcalinității totale și ale potențialului de oxidare-reducere asupra eliminării culorii și a DCO în condiții anaerobe submesofile evaluate într-un reactor discontinuu printr-un amestec de culturi bacteriene, utilizând ape reziduale sintetice de la o companie producătoare de bumbac.

Figura 5. Mecanismul propus al căii de degradare a indigo-carminului .
Figura 5. Mecanismul propus al căii de degradare a carminului indigo.

Chen et al., a evaluat eficacitatea a șase tulpini izolate din nămolul lacului din Hsinchu, Taiwan și din nămolul de la o stație de tratare a apelor uzate din Miaoli, Taiwan, pentru a degrada 24 de coloranți, inclusiv albastru acid 74 sau indigo carmin, Bacteria Aeromonas hydrophila a fost selectată și identificată ca fiind cea care a raportat cea mai mare rată de degradare pentru cei 24 de coloranți, pentru IC după o zi de incubare s-a obținut o eliminare de 60+/-2% și în 7 zile s-a obținut o eliminare de 84+/-3% cu o concentrație de colorant de 100 mg/L. Izolații au fost crescuți în condiții anoxice, dar profilurile biochimice și fiziologice ale Aeromonas hydrophila au raportat o creștere aerobă și anaerobă. Tabelul 8 prezintă tratamentele biologice pentru îndepărtarea culorii indigo.

Tabelul 8. Tratamente biologice ale efluenților textile pentru îndepărtarea culorii indigo.
Tabelul 8. Tratamente biologice ale efluenților textile pentru îndepărtarea culorii indigo.

6. CONCLUZII

Există tehnologii fizico-chimice, chimice, fizice și biologice pentru tratarea apelor reziduale textile cu indigo. Alegerea metodei de tratare depinde de calitatea apei efluente, de utilizare, de costurile tehnologiei, de avantajele și dezavantajele acesteia.

Tratamentele non-biologice, deși prezintă rezultate excelente de îndepărtare, lipsesc studiile economice, transferul de poluare și continuitatea rezultatelor adecvate pe scară largă. Sistemele de tratare care utilizează microorganisme sunt capabile să degradeze coloranții recalcitranți până la mineralizare. Eficacitatea acestor tratamente depinde de supraviețuirea și adaptabilitatea microorganismelor în timpul procesului de tratament. Tratamentele biologice au fost mai frecvent extinse și vizează din ce în ce mai mult celulele imobilizate cu consorții microbiene.

ADRESE

Această lucrare a fost finanțată prin proiectul: „Evaluarea tratamentului biologic pentru îndepărtarea culorii indigo din apele uzate textile industriale de către un consorțiu microbian în pat fluidizat – dime bicentenar cu codul quipu2020100773.

REFERINȚE