Eliminación del color de las aguas residuales procedentes de la tintura con colorantes reactivos

Abstract

This thesis is based on the study of colour elimination of textile effluents which contain reactive dyes. Reactive dyes are widely used in the dyeing of cotton and other cellulosic fibre. However they exhibit a low degree of exhaustion and low biodegradability, being necessary the application of specific treatments prior to their discharge to the biological treatment. Much of the new methods of colour removal can be classified in three major groups: Advanced oxidation methods (AOM), coagulation with natural products and the selection of specific microorganisms. In this thesis one representative technique of each of these three groups has been selected: treatment by electrochemical oxidation, coagulation with a natural byproduct and enzymatic treatment. The electrochemical oxidation has been applied to synthetic effluents with reactive dyes. The behaviour of the decoloured effluents has been studied, before and after the mixing with the rest of textile wastewater, in order to verify if the electrochemical treatment could affect negatively to the subsequent biological treatment with activated sludge. With this aim the biodegradability of the decoloured effluents has been studied by electrolytic respirometric techniques, which can show inhibitory or toxicity phenomena. The results demonstrate that the electrochemical treatment do not cause problems of inhibition of microbial growth, if the effluent is previously been aerate for 24 hours. This process ensures that the decoloured wastewater can be sent to the biological treatment. The influence of oxidant products generated in the electrochemical treatment has been evaluated in two pilot plants of biological treatment by activated sludge. Consideration has been given to monitoring the microscopic observation of activated sludge as bioindicator of the proper functioning of the treatment plants. It is concluded that the wastewater with reactive dyes can be treated by an electrochemical process to remove colour and the resulting effluent can be treated directly by activated sludge without prior removal of the residual chlorine which can be formed during the electrochemical treatment, only a longer time of adaptation is required in the implementation of the sewage system. A second method of textile wastewater decolourisation has been studied. The use of a natural coagulant extracted from seeds of Moringa oleífera tree in substitution of higher cost methods which require the addition of chemical products. The results obtained with Moringa Oleifera are compared with those obtained using a chemical coagulant and polyelectrolyte. Furthermore, dyeing tests of cotton fabrics were performed with decoloured water. The quality dyeing was compared respect to reference dyeing carried out with clean water. The promising results obtained in this study suggest the use of natural resources in the wastewater textile treatment, mainly in countries with less economic power. Two dyes with different reactive groups (vinylsulphone and chlorotriazine) have been treated with the enzyme laccase in order to study its applicability on the decolourisation of textile effluents. The influence of different parameters is studied, such as the addition of mediator, the concentration of salt and the dye hydrolysis. It is concluded that the addition of mediator or co-substrate is not necessary, the presence of salt in the dye effluent (NaCl) does not inhibit the enzymatic activity and the hydrolysis of the studied dyes does not affect the enzymatic action. 70-90% of decolourisation is obtained, depending on the dye. Finally, it has been carried out the comparative study of the results obtained by the three selected methods of colour removal. It is concluded that the electrochemical treatment is the most efficient, with 95-100% of colour removal, in front of 91-94% obtained by the natural coagulant extracted from Moringa Oleifera and 70-90% of decolourisation reached by the enzymatic treatment.

La presente Tesis Doctoral se basa en el estudio de la eliminación del color de efluentes textiles con colorantes reactivos. Los colorantes reactivos son ampliamente utilizados en la tintura de algodón y otras fibras celulósicas. Sin embargo presentan un grado de agotamiento bajo y son poco biodegradables, por lo que requieren de un tratamiento específico previo a su descarga a la depuradora biológica. Buena parte de los nuevos métodos de eliminación del color pueden ser clasificados en tres grandes grupos: los métodos de oxidación avanzada (MOA), la coagulación con productos naturales y la selección de microorganismos específicos. En esta Tesis Doctoral se ha seleccionado una técnica concreta de cada uno de estos tres grupos. Para ello se han realizado diferentes estudios mediante tratamiento de oxidación electroquímica, coagulación con un subproducto natural y tratamiento enzimático. La oxidación electroquímica se ha utilizado en efluentes sintéticos con colorantes reactivos y una vez tratados se ha estudiado su comportamiento antes y después de mezclarse con el resto de aguas residuales textiles, para comprobar si podían repercutir negativamente frente a un tratamiento posterior de depuración biológica con fangos activados. Se ha estudiado la biodegradabilidad de estos efluentes decolorados utilizando la técnica de respirometría electrolítica para determinar si existe algún problema de inhibición o toxicidad. Los resultados obtenidos demuestran que el tratamiento electroquímico no presenta problemas de inhibición frente a los microorganismos, si previamente los efluentes han sido aireados durante 24 horas. Este proceso asegura que el agua residual tratada seguidamente en una planta de depuración biológica no causará ningún problema sobre los fangos. Se ha comprobado la influencia de estos productos oxidantes generados durante el tratamiento electroquímico en dos plantas piloto de depuración por fangos activados. Se concluye que el agua residual con colorantes reactivos puede ser tratada mediante un proceso electroquímico para eliminar el color y el efluente resultante puede ser tratado directamente por fangos activados, sin previa eliminación del cloro residual que pueda haberse formado durante la electroquímica. Se ha estudiado un segundo método de decoloración, utilizando un coagulante natural extraído de las semillas del árbol Moringa oleifera, para decolorar aguas residuales textiles, en substitución de métodos de mayor coste económico que requieren el uso de reactivos químicos. Se compararon los resultados con los obtenidos usando un coagulante químico y polielectrolito, y se realizaron pruebas de tintura con el agua decolorada comparándola frente a referencias teñidas con agua limpia. Los buenos resultados obtenidos permiten pensar en la utilización de recursos naturales en países con menor poder económico para que puedan llevar a cabo tecnologías de depuración. Se han tratado dos colorantes con diferentes grupos reactivos (vinilsulfona y clorotriazina) con el enzima Laccase para estudiar su aplicabilidad en efluentes textiles para la decoloración, evaluando la influencia de parámetros, tales como la adición de mediador, la concentración de sales y la hidrólisis del colorante. De los resultados obtenidos puede concluirse que no es necesaria la adición de mediador o co-sustrato, que la presencia de sales en el efluente de tintura (NaCl) no inhibe la acción del enzima y que la hidrólisis de los colorantes estudiados no afecta la acción del enzima, obteniéndose decoloraciones del 70-90%, dependiendo del colorante. Finalmente se realiza un estudio comparativo de los resultados obtenidos de los tres métodos seleccionados para la eliminación del color, llegando a la conclusión de que el tratamiento electroquímico es el más eficiente, con eliminaciones de color del 95-100%, frente al 91-94% en el caso de utilizar coagulante natural extraído de Moringa Oleífera y 70-90% de decoloración con el tratamiento enzimático.