Tekstiiliteollisuuden jätevesien käsittely sähkökemiallisella hapetuksella

Abstract

Tekstiiliteollisuuden prosessit kuluttavat valtavasti vettä. Prosesseissa syntyvä jätevesi sisältää ympäristölle haitallisia yhdisteitä, kuten väriaineita. Väriaineiden monimutkainen orgaaninen rakenne tekee niistä vaikeasti hajoavia. Perinteiset jäteveden käsittelymenetelmät eivät useinkaan onnistu täysin poistamaan väriaineita, ja poistoon tarvitaan edistyneitä käsittelymenetelmiä. Sähkökemiallinen hapetus on yksi kiinnostusta herättäneistä edistyneistä vedenkäsittelymenetelmistä, jonka etuina ovat muun muassa monipuolisuus, kustannustehokkuus ja ympäristöystävällisyys. Sähkökemiallisessa hapetuksessa epäpuhtaudet hapetetaan sähkövirran avulla elektrolyysikennossa. Hapetus voi tapahtua suoran tai epäsuoran hapetuksen kautta. Suora hapetus tapahtuu anodin pinnalla ja epäsuora hapetus anodilla syntyvien hapettimien avulla liuoksessa. Epäsuora hapetus voi parantaa prosessin tehokkuutta, kun hapetus ei rajoitu vain anodipinnan läheisyyteen. Prosessin tehokkuuteen vaikuttavat myös elektrodimateriaali ja -potentiaali, elektrolyytti, virrantiheys, pH, lämpötila, kennojärjestelmä sekä massansiirto.

Tässä kandidaatintyössä selvitettiin, miten väriaineita voidaan poistaa tekstiiliteollisuuden jätevesistä sähkökemiallisella hapetuksella. Työssä valittiin tekstiiliteollisuuden käyttämistä väriaineista kaksi malliyhdistettä: indigo ja eriokromimusta T. Kirjallisuuden perusteella tutkittiin, millä sähkökemiallisen hapetuksen mekanismeilla yhdisteet hapettuvat, millaisia hajoamismekanismeja esiintyy ja millaiset olosuhteet ovat optimaaliset yhdisteiden käsittelyssä.

Molempien malliyhdisteiden poistossa on saatu hyviä tuloksia. Näkyvän värin osalta värinpoisto on ollut lähes aina 100 %, mutta kemiallisen hapenkulutuksen (Chemical Oxygen De-mand, COD) poisto on vaihdellut indigon käsittelyssä 60–100 % välillä ja eriokromimusta T:n käsittelyssä 91–100 % välillä. Indigoa on käsitelty hyvin erilaisissa olosuhteissa, kun taas eriokromimusta T:n kokeet on suoritettu samanlaisissa olosuhteissa. Molempien yhdisteiden hajoamiseen liittyy monimutkaisia mekanismeja, jotka eivät ole täysin selviä.

Boorilla seostettu timantti (Boron Doped Diamond, BDD) on yksi tehokkaimmista ja käytetyimmistä anodeista. Sitä käytettäessä hapetus tapahtuu pääosin hydroksyyliradikaalien avulla joko suorana hapetuksena anodin pinnalla tai epäsuorana hapetuksena vedessä. Eriokromimusta T:tä käsiteltiin ainoastaan BDD:llä, ja havaittiin suoran ja epäsuoran hapetuksen yhdistelmä. Epäsuora hapetus tapahtui hydroksyyliradikaalien lisäksi elektrolyytistä syntyvien hapettimien avulla. Eriokromimusta T pystyy muodostamaan metallikomplekseja esimerkiksi kalsium- ja magnesiumkationien kanssa. Tästä syystä veden kovuus vaikuttaa väriaineen käsittelyyn. Lisäksi käsittely suoralla hapetuksella voi aiheuttaa polymeerikerroksen muodostumisen anodille. Eriokromimusta T:n poistotehokkuuteen on voitu vaikuttaa elektrodijärjestelyllä ja osassa tapauksia virrantiheyden kasvatuksella. Käsittelyajat ovat olleet 1–2 tuntia.

Indigoa on poistettu BDD-anodin lisäksi eri metallianodeilla. Tällöin pääasiallinen hapetusmekanismi on hapetus klooriyhdisteiden avulla, kun elektrolyyttinä on käytetty natriumkloridia. Tällä mekanismilla paras poistotehokkuus, 97,43 % COD-poisto, saavutettiin Sn/Sb/Ni-Ti-elektrodilla. Vaikka käsittelyissä saavutettiin hyvät COD-/TOC-poistot (Total Organic Carbon) sekä BDD:llä että Sn/Sb/Ni-Ti-elektrodilla, käsittelyajat vaihtelivat suuresti. BDD:llä käsittelyajat olivat jopa 6 tai 7 tuntia ja Sn/Sb/Ni-Ti-elektrodilla 2 tuntia. Poistotehokkuuteen voitiin vaikuttaa natriumkloridipitoisuudella, pH:lla ja kennojärjestelyllä. Klooria sisältävien elektrolyyttien kohdalla on huolehdittava, ettei poistettava jätevesi sisällä haitallisia määriä klooriyhdisteitä.

Tutkimuksia värinpoistosta on tehty pääosin laboratoriomittakaavassa. Tulevaisuudessa tarvitaankin laajemman mittakaavan tutkimusta, jolloin on otettava huomioon sähkökemiallisen hapetuksen haasteet, kuten energiankulutus, kalliit elektrodit ja massansiirto. Sähkökemiallinen hapetus on kuitenkin lupaava vaihtoehto väriaineiden tehokkaaseen poistoon jätevesistä.