Πολυπαραμετρική μελέτη απομάκρυνσης περιβαλλοντικών ρύπων σε ροφητικές κλίνες:
Creators: name: Κύζας, Γεώργιος Ζ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Περιβαλλοντικοί ρύποι
Ρόφηση
Κλίνες
Environmental pollutants
Sorption
Beds

description: Οι κλωστοϋφαντουργικές βιομηχανίες ευθύνονται κυρίως για την παρουσία συνθετικών χρωστικών στη φύση, οι οποίες προκαλούν ποικίλα περιβαλλοντικά προβλήματα. Οι μονάδες αυτές αποχύνουν μεγάλους όγκους αποβλήτων στους υδατικούς αποδέκτες. Τα απόβλητα των βαφείων είναι από τα πιο προβληματικά υδατικά απόβλητα κατά την κατεργασία τους, όχι μόνο λόγω των μεγάλων απαιτήσεων που έχουν σε οξυγόνο (BOD και COD), της παρουσίας αιωρούμενων σωματιδίων και της ύπαρξης τοξικών ενώσεων, απορρυπαντικών, αλλά και του χρώματός τους, που αποτελεί τον πρώτο παράγοντα μόλυνσης που αναγνωρίζεται από το ανθρώπινο μάτι. Τα βαφεία καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες νερού και χημικών για την κατεργασία των υφασμάτων. Τα χρώματα αντίδρασης είναι τα περισσότερο χρησιμοποιούμενα στα βαφεία. Είναι ενώσεις που έχουν συγκεκριμένο χρώμα, είναι υδατοδιαλυτές στο νερό και οι δραστικές τους ομάδες σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με τη βαμβακερή ίνα. Οι χρωστικές αυτές απαιτούν υψηλή συγκέντρωση άλατος (μέχρι και 1.5 mol/L) προκειμένου να δεσμευτούν στην ίνα. Ωστόσο, οι απώλειες στο περιβάλλον κατά τη βαφή ανέρχονται στο 30% περίπου. Τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον έχει στραφεί σε συνδυασμένες τεχνικές και καινοτόμες μεθόδους για την κατεργασία των χρωματισμένων αποβλήτων. Η τεχνική που μελετάται στην παρούσα εργασία είναι αυτή της ρόφησης. Παρασκευάστηκαν υπερ-ροφητικά υλικά που έχουν ως δομικό λίθο ένα βιοπολυμερές που ονομάζεται χιτοζάνη. Για το σκοπό της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε δείγματα πραγματικού αποβλήτου προερχόμενου απευθείας από τον αντιδραστήρα βαφής. Η πρωτοτυπία εξάλλου είναι πως κάτι τέτοιο μέχρι σήμερα δεν έχει μελετηθεί στην παγκόσμια βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας μπορούν να συνοψισθούν ως εξής: Αρχικά, επιτεύχθηκε η παρασκευή υπερ-ροφητικών υλικών χιτοζάνης σε μορφή σφαιριδίων (~1000 μm). Έγινε εμβολιασμός χαρακτηριστικών ομάδων στο υπόστρωμα της χιτοζάνης (ιμίνες, σουλφονικές ομάδες) για να βελτιωθεί η ροφητική ικανότητα (χωρητικότητα) των υλικών σε χρωστικές ουσίες (βασικές και αντίδρασης). Επίσης, δικτυώθηκαν τα υλικά με συνδυασμό χημικών – ιονικών αντιδραστηρίων (για τα σφαιρίδια) για να βελτιωθεί η αντοχή τους σε ακραίες συνθήκες. Πραγματοποιήθηκε πλήρης χαρακτηρισμός των υλικών με φασματοσκοπία υπερύθρου FT-IR, οπότε και διαπιστώθηκε η τροποποίηση των υλικών. Επίσης, μελετήθηκε η μορφολογία των υλικών με μικρογραφίες σάρωσης (SEM), παρατηρώντας την λεία επιφάνεια χωρίς πόρους για τις σκόνες χιτοζάνης και το πλέγμα στα σφαιρίδια αυτής. Από τα πειράματα ρόφησης διαπιστώθηκε πως ο εμβολιασμός με σουλφονικές ομάδες επέφερε την σημαντικότερη αύξηση στην χωρητικότητα της χιτοζάνης για την ρόφηση βασικών χρωστικών, ενώ ο εμβολιασμός με ιμινικές ομάδες για την ρόφηση χρωστικών αντίδρασης. Το βέλτιστο pH ρόφησης των βασικών χρωστικών ήταν αλκαλικό (pH=10), ενώ των χρωστικών αντίδρασης ήταν όξινο (pH=2). Το βέλτιστο pH εκρόφησης των βασικών χρωστικών ήταν όξινο (pH=2), ενώ των χρωστικών αντίδρασης ήταν αλκαλικό (pH=10). Η ταχύτητα ροής που επιλέχθηκε για την ροφητική μελέτη ήταν 3 mL/min, ενώ η βέλτιστη τιμη ιονικής ισχύος ήταν 0.001 mol/L NaCl και για τις δυο διαφορετικής τάξης χρωστικές (βασικές και αντίδρασης). Επίσης, η αύξηση της θερμοκρασίας επέφερε αύξηση της ρόφησης των χρωστικών εντός των κλινών. Η ροφητική ικανότητα των υλικών για τη βασική χρωστική ακολουθούσε την σειρά Ch-g-Sulf &gt; Ch-g-PEI &gt; Ch, ενώ για τις χρωστική αντίδρασης Ch-g-PEI &gt; Ch &gt; Ch-g-Sulf. 500 mg/L από συνθετικό αλλά και πραγματικό απόβλητο αποχρωματίζονται πλήρως από τα υλικά στις κλίνες. Επίσης, 6 κύκλοι ρόφησης-εκρόφησης πραγματοποιήθηκαν με ικανοποιητικά αποτελέσματα με μόνο μείωση 6% της ροφητικής ικανότητας. Ωστόσο, τα αποτελέσματα για να επιβεβαιωθούν θα πρέπει να εφαρμοστούν προηγουμένως σε πειράματα μεγάλης κλίμακας.
description: Dyeing process is one of the largest contributors to textile effluent and such colored wastewater has a seriously destructive impact on the environment. Textile industry generally discharges large volumes of wastewater, which has high pH, alkalinity, temperature, organic matter, non-biodegradable matter, toxic substances, detergents, oils, sulfide and suspended/dissolved solids. Therefore, textile wastewater has to be discolored before being discharged to the environment. Reactive dyes are some of the most commonly used dyes in the textile industry. They are colored compounds, which have high solubility in water and reactive groups able to form covalent bonds between dye and fiber. These dyes require a high salt concentration (up to 1.5 mol/L) to promote exhaustion. However, even with the assistance of salt, about 30% of the dye is still commonly discharged into effluent streams. The biological treatment of dyeing effluents is one of the most basic techniques of management. The main problem in this process of effluents contained azodyes is the limited capability of biodegradation. Another serious problem is the high residual azodye concentrations due to the low bound capability on the substrate. Other techniques used nowadays for the dyeing effluents treatment are the physical processes (ion exchange, oxidation with specific reagents, adsorption, chlorination/ozonation), photocatalytic processes (UV radiation, treatment with hydrogen peroxide), electrochemical processes (oxidative/reductive degradation). Recent years, more complex techniques have been applied. The technique studied in this dissertation is the sorption process. Polymeric materials have been prepared, named as super-adsorbents materials with a biopolymer as basic substrate (chitosan). The following conclusions can be drawn from the data obtained from this study: Firstly, the preparation of super-adsorbents materials of chitosan was realized in beads (~1000 μm). Some reactive groups have been grafted on the chitosan substrate (imine, sulfonate groups) to improve the sorption capacity for the dyes (reactive and basic). Furthermore, the cross-linking of the sorbents was realized with complexing chemical and ionical reagents (for beads) to improve their resistance in extreme conditions. A full characterization of the materials was realized through FTIR spectroscopy and SEM micrographs. According to the sorption experiments, the grafting with sulfonate groups had the most important impact and improve the chitosan sorption capacity for the basic dyes, while the grafting with imines for the sorption of reactive dyes. The optimum pH for the sorption of basic dyes was found to be alkaline (pH=10), while for the reactive dyes was acidic (pH=2). The optimum desorption pH for basic dyes was acidic (pH=2), while for reactive dyes was alkaline (pH=10). The sorption capacity for basic dyes followed the list Ch-g-Sulf (~1300 mg/g) &gt; Ch-g-PEI &gt; Ch, while for reactive dyes Ch-g-PEI (~800 mg/g) &gt; Ch &gt; Ch-g-Sulf. Only 6% is the reduction of sorption capacity of beads grafted with imines after 6 cycles of sorption-desorption. However, the findings should be confirmed in full-scale experiments.