Aplicació de tècniques electroquímiques i fotoelectroquímiques per la degradació de compostos poc biodegradables en efluents industrials tèxtils.
Authors:   , Sala Gastón Mireia 
Published: September 2023

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.