Aplicació de tècniques electroquímiques i fotoelectroquímiques per la degradació de compostos poc biodegradables en efluents industrials tèxtils.

Abstract

Industrial effluents and their further reuse have shown an increasing interest. The current PhD Thesis is based on obtaining a new system for the treatment of textile effluents. The aim of this study is to remove colour and to degrade the hydrolysed reactive dyes as well as to achieve an effluent able to be reused in a new dyeing process. A total of 10 reactive dyes with different constitution are studied: chromophore group (azo and phtalocyanine), reactive group (chlorotriazine and vinilsulphone) and number of reactive groups (mono, bi and trireactive). Their behaviour respect to the decolouration and degradation is evaluated with several combinations of electrochemistry (EC) and ultraviolet irradiation (UV): EC alone, EC treatment with simultaneous UV (UVEC) and finally EC treatment with further UV (EC+UV). The electrochemical and photoelectrochemical treatment have demonstrated to be an efficient method in all the studied cases, achieving decolourations higher than 90%. All the studied dyes have similar behaviour except for the phtalocyanine which has lower kinetic decolourations rates than the azo group dyes. According to the different treatments studied, the optimised method is the one which starts with the EC treatment until 80% decolouration, followed by the UV irradiation in order to degrade the organohalogenated compounds generated during the electrolysis, which concentration is lower than 1ppm in all cases. In addition, different intensities are also studied (2A, 5A and 10A). The treatment performed at 10A is the most efficient due to the high rate of oxidants generation which enhances the dyes degradation. Different combinations of alkalis and electrolytes (NaOH with Na2SO4, and Na2CO3 with NaCl) are evaluated. In all the studied cases, high decolouration rates are obtained and the reuse is feasible when the residual alkali is removed before starting the new dyeing. Also, two kinds of anodes are studied (Ti/Pt and Ti/SnO2-Sb-Pt). In the presence of chloride, the first ones are the most efficient in effluents decolouration, showing kinetic rates around 4.5 times higher than the obtained with the second ones. However, in despite of a certain instability of Ti/SnO2-Sb-Pt anodes, they generate 2 to 7 times lower amounts of organic volatile compounds than the Ti/Pt anodes. On the other hand, different cell designs are used (¿Simple Batch Cell¿, ¿Recirculation Batch Cell¿ and the semi-industrial design). The two first ones, which only difference is the stirring mode, produce similar effluents decolouration. In addition, the results obtained with the semi-industrial pilot are in accordance with the laboratory designs. As a final part of the Thesis, different industrial baths which contain reactive dyes are treated. By one hand, the exhausted dyeing effluents and by the other hand the first washing effluents which contain surfactants. The main goal is to know the influence of the surfactant in the effluents decolouration.¿¿ The presence of the surfactant does not avoid the dyes degradation, although its decolouration kinetic rates decreased due to the higher degradable character of the surfactant.

Actualment, el consum d’aigua destinat a l’ús industrial és molt elevat. Tenint en compte l’escassetat de l’aigua i la seva contaminació, augmenta cada cop més l’interès en desenvolupar nous mètodes destinats al tractament d’efluents industrials que permetin la seva reutilització. La present Tesi Doctoral està basada en l’obtenció d’un nou sistema de tractament d’efluents tèxtils que permet decolorar i degradar els colorants reactius hidrolitzats, a més d’aconseguir un efluent tractat capaç de ser reutilitzat en un nou procés de tintura. S’han estudiat un total de 10 colorants reactius amb diferent constitució, tant respecte als grups cromòfors (azo i ftalocianina), com al tipus de grup reactiu (clorotriazina i vinilsulfona) o al nombre de grups reactius (mono, bi i trifuncionals). S’ha avaluat el comportament, en front la decoloració i la degradació, d’aquest tipus de colorants amb varies combinacions d’electroquímica (EC) i radiació ultraviolada (UV): tractament EC únicament, tractament EC simultani al UV (UVEC), i finalment tractament EC amb posterior radiació UV (EC+UV). L’aplicació dels tractaments electroquímic i fotoelectroquímic ha demostrat ser eficient en tots els casos, obtenint decoloracions superiors al 90%. Tots els colorants es comporten de manera similar, excepte els que contenen el grup cromòfor ftalocianina que mostra cinètiques de decoloració inferiors a les del grup cromòfor azo. Dels diferents tractaments assajats, el mètode òptim és el que s’inicia amb el tractament EC fins assolir un 80% de decoloració i a partir d’aquest punt, s’aplica la radiació UV per tal d’eliminar els compostos organohalogenats generats durant el tractament electroquímic en concentracions inferiors a 1ppm. També s’ha estudiat la influencia de la intensitat de treball (2A, 5A i 10A). La intensitat de 10A esdevé la més eficient, ja que genera més compostos oxidants que afavoreixen la degradació dels colorants. S’ha avaluat l’efecte de diferents combinacions d‘àlcali i d’electròlit (NaOH amb Na2SO4, i Na2CO3 amb NaCl). En tots els casos s’han obtingut elevades decoloracions i la reutilització és factible sempre i quan s’elimini tot l’àlcali residual abans de procedir a la nova tintura amb l’efluent tractat. A més, s’han estudiat dos tipus d’ànodes (Ti/Pt i Ti/SnO2-Sb-Pt). En presència de clorurs, els primers són els més eficients en la decoloració dels efluents, donant constants cinètiques de l’ordre de 4.5 vegades superiors. Els segons, encara que pateixen una certa inestabilitat, són els que generen menors quantitats de compostos orgànics volàtils, disminuint la seva concentració entre 2-7 vegades. D’altra banda, s’han emprat diferents dissenys de cel·les electroquímiques (“Simple Batch Cell”, “Recirculation Batch Cell” i la cel·la de disseny semi-industrial). Les dos primeres, que es diferencien en el sistema d’agitació, mostren decoloracions similars. A més, amb la cel·la de disseny semi-industrial s’obtenen resultats concordants amb els dissenys de laboratori.

Actualmente, el consumo de agua destinado al uso industrial es muy elevado. Teniendo en cuenta la escasez del agua y su contaminación, está aumentando cada vez más el interés por desarrollar nuevos métodos destinados al tratamiento de efluentes industriales que permitan a la vez la reutilización del agua. La presente Tesis Doctoral se basa en la obtención de un nuevo sistema de tratamiento de efluentes textiles que permite decolorar y degradar los colorantes reactivos hidrolizados, además de conseguir un efluente capaz de ser reutilizado en un nuevo proceso de tintura. Se han estudiado un total de 10 colorantes reactivos de diferente constitución, tanto en lo que respecta a los grupos cromóforos (azo y ftalocianina), como al tipo de grupo reactivo (clorotriazina y vinilsulfona) o al número de grupos reactivos (mono, bi y trifuncionales). Se ha evaluado el comportamiento de este tipo de colorantes respecto a la decoloración y la degradación mediante diferentes combinaciones de electroquímica (EC) y radiación ultravioleta (UV): tratamiento EC únicamente, tratamiento EC simultáneo al UV (UVEC) y finalmente, tratamiento EC con posterior radiación UV (EC+UV). La aplicación del tratamiento electroquímico y fotoelectroquímico ha demostrado ser eficiente en todos los casos, obteniéndose decoloraciones superiores al 90%. Todos los colorantes se comportan de manera similar, a excepción de los que contienen el grupo cromóforo ftalocianina cuyas constantes cinéticas de decoloración son inferiores a las del grupo cromóforo azo. Respecto a los diferentes tratamientos ensayados, el método óptimo es el que se inicia con el tratamiento EC hasta llegar al 80% de decoloración, punto a partir del cual se aplica la radiación UV a fin de eliminar los compuestos organoclorados generados durante el tratamiento electroquímico en concentraciones inferiores a 1ppm. También se ha estudiado la influencia de la intensidad de trabajo (2A, 5A y 10A). La intensidad de 10A es la más eficiente, ya que se generan proporcionalmente más compuestos oxidantes que favorecen la degradación de los colorantes. Se ha evaluado el efecto de diferentes combinaciones de álcali y electrolito (NaOH con Na2SO4 y Na2CO3 con NaCl). En todos los casos se han obtenido elevadas decoloraciones y la reutilización es factible siempre que se elimine todo el álcali residual antes de proceder a una nueva tintura con el efluente tratado. Además, se han estudiado dos tipos de ánodos (Ti/Pt y Ti/SnO2-Sb- Pt). En presencia de cloruros, los primeros son los más eficientes respeto a la decoloración de los efluentes, dando constantes cinéticas del orden de 4.5 veces superiores. Los segundos, aunque sufren una cierta inestabilidad, son los que generan menores cantidades de compuestos orgánicos volátiles, disminuyendo su concentración entre 2-7 veces. Por otra parte, se han utilizado distintos diseños de celdas electroquímicas (“Simple Batch Cell”, “Recirculation Batch Cell” y la celda de diseño semi-industrial). Las dos primeras, que se diferencian en el modo de agitación, muestran decoloraciones similares. Además, con la celda semi-industrial se obtienen resultados concordantes con los obtenidos mediante los diseños de laboratorio.