Treatment of textile wastewaters using combinations of biological and physico-chemical methods

Abstract: Popular Abstract in Swedish En vän till mig berättade hur hon hade köpt en färgglad t-shirt vid en resa till Indien. Första gången hon hade den på sig började det att ösregna och ett par minuter senare fanns det snopet nog mer färg i de kringliggande vattenpölarna än i tyget. Lyckligtvis har de flesta färger idag bättre kvalitet än så. De färger som används inom textilindustrin är utvecklade för att uppfylla konsumentens krav på färgbeständighet vid tvätt och exponering för solljus. Därtill kommer andra önskemål, framförallt att kläderna ska vara så billiga att man enkelt kan köpa nya i takt med modets växlingar. Men människors önskan att ständigt uppdatera sin garderob har en baksida. Vägen från bomullsodling till färdiga kläder kantas av problem. Moderna textilier har omfattande påverkan på miljön i de områden där de tillverkas, något som konsumenterna oftast inte är medvetna om eftersom tillverkningen är förlagd långt från vår del av världen. I textilindustrin används stora mängder av färg och vatten. Eftersom färgerna är framställda för att vara beständiga är de även svårnedbrytbara genom traditionell vattenrening. På många ställen kan vattenreningen därmed vara otillräcklig och i värsta fall saknas den helt. Det allvarligaste problemet med obehandlat färgvatten är att det bidrar till svåra föroreningar av grundvatten samt intilliggande vattendrag och åkermark. Detta påverkar såväl djur- och växtliv som de människor som lever i området. Azofärger är de vanligaste textilfärgerna och vissa av dem kan dessutom bilda cancerframkallande ämnen under syrefattiga förhållanden. Dagens reningsprocesser baseras huvudsakligen på kemisk fällning och därefter ett biologiskt reningssteg. I det kemiska steget tillsätts fällningskemikalier varmed den mesta färgen förflyttas från vattenfasen till en fast fas, slam. Det biologiska steget används därefter för ytterligare rening av vattnet. Tyvärr kan man inte garantera att alla färger bryts ner fullständigt i det biologiska steget. Därtill kommer problemet med hantering av slammet från fällningen. Idag läggs det på hög eller grävs ner. Jag har även hört talas om kreativa metoder såsom att använda slammet för att göra tegel till husbyggen eller som gödsel i trädgårdar. Detta är tyvärr inga lyckade användningsområden eftersom det finns en stor risk att färger och andra farliga kemikalier frigörs och sprids. Det är, av ovannämnda anledningar, av stor vikt att alternativa reningsmetoder utvecklas. Vi satte upp som mål att den reningsprocess vi skulle ta fram skulle vara billig, robust och sist men inte minst leda till fullständig nedbrytning av färgerna. Alternativen vi utvärderade är många, men kan delas upp i två kategorier: biologiska metoder och kemiska metoder. Biologiska metoder är ofta både miljövänliga och billiga, medan kemiska metoder ofta är effektivare, men kräver kemikalietillsats. Vi började med att utvärdera om vitrötesvampar kunde användas. Dessa svampar är i naturen ansvariga för att återföra lignin till kolkretsloppet. Lignin är en svårnedbrytbar molekyl som är en del av växters cellväggar. Ligninmolekylen består av ett flertal kolringar och vitrötesvampen är den enda kända organism som kan bryta ner den. För att kunna bryta ner lignin har vitrötesvampen olika enzymer till sin hjälp. Enzymerna som utsöndras är ospecifika, vilket betyder att de inte bara kan bryta ner lignin utan även andra molekyler som har en liknande kemisk struktur. Eftersom textilfärger precis som lignin består av ett flertal sammansatta kolringar har det visat sig att man kan använda svamparna för att bryta ner färger. Även om vi kunde uppnå effektiv avfärgning visade det sig att det var svårt att upprätthålla en stabil process. Vi undersökte därefter om det skulle kunna vara enklare att inte använda hela svampen utan endast de enzymer som produceras av den. Fördelarna med detta tillvägagångssätt är att det är lättare att kontrollera processen och att enzymerna inte är lika känsliga under de förhållanden som råder i ett avloppsvatten. Även om vi lyckades avfärga vattnet både med hjälp av svamp och isolerade enzym bröts färgerna inte ner fullständigt och vi beslöt oss därför för att utvärdera fler metoder. I nästa steg gick vi över till att använda bakterier hämtade från ett lokalt avloppsvattenreningsverk. Genom att använda en blandning av bakterier istället för en ren kultur får man en stabil process som inte är känslig för kontaminering. Processen som utvärderades var en tvåstegsprocess där ett anaerobt steg (utan syre) kombinerades med en aerob efterbehandling (med syre). Tanken var att färgerna i det anaeroba steget skulle reduceras till mindre beståndsdelar i form av aromatiska aminer som därefter skulle brytas vidare ner i det aeroba steget. Det visade sig att även om avfärgningen var effektiv lyckades vi inte bryta ner färgerna helt och hållet med den här metoden heller. Slutsatsen från detta var att det med hjälp av enbart biologiska metoder kan vara svårt att garantera processens effektivitet. Därför kom vi på idén att kombinera det biologiska steget med en kemisk oxidationsprocess. De två oxidationsprocesser som vi utvärderade var fotokatalys och foto-Fenton. I fotokatalysen tillsattes titandioxid som katalysator för färgnedbrytning med hjälp av UV-ljus. Även foto-Fenton baseras på användandet av UV-ljus, men här tillsätts istället väteperoxid och järn för att uppnå nedbrytning. I labbet tillfördes UV-ljuset med hjälp av en lampa, men tanken var att processen skulle kunna drivas med hjälp av solljus för att minska elanvändning och kostnader. I båda dessa processer kunde vi uppnå en effektiv nedbrytning, men för att spara kemikalier kan det vara en fördel att endast använda det kemiska steget för att bryta ner de allra svåraste strukturerna, medan det biologiska steget används för substanser som är biologiskt nedbrytbara. Därför utformade vi slutligen en process där den biologiska behandlingen med hjälp av bakterier kompletterades med kemisk oxidation för att dra nytta av fördelarna i båda processerna. I den kombinerade processen kunde vi åstadkomma både effektiv färgnedbrytning och en minskning av kemikalietillsatsen och ser detta som en lovande metod.