Dlaczego większość kolorów ścieków przemysłowych nie może być usunięta przez oczyszczanie biologiczne

W wielu oczyszczalniach ścieków przemysłowych operatorzy często napotykają powszechny problem:
Chociaż ChZT jest skutecznie redukowane, kolor pozostaje widoczny w ściekach oczyszczonych.

Zjawisko to jest szczególnie powszechne w ściekach z przemysłu tekstylnego, farbiarskiego, drukarskiego i pigmentowego. Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje – i jak można skutecznie usunąć kolor – niezbędne jest przyjrzenie się chemicznej naturze koloru w ściekach, a nie tylko degradacji biologicznej.

Co powoduje kolor w ściekach przemysłowych?

Kolor w ściekach przemysłowych jest głównie spowodowany przez rozpuszczone cząsteczki barwników, a nie zawieszone ciała stałe. Barwniki te zawierają grupy chromoforowe, takie jak:

• Wiązania azowe (–N=N–)

• Pierścienie aromatyczne

• Struktury z wiązaniami podwójnymi sprzężonymi

Struktury te absorbują światło widzialne i są zaprojektowane tak, aby były chemicznie stabilne, odporne na światło, ciepło i rozkład biologiczny.

Co najważniejsze, większość barwników przemysłowych ma ładunek ujemny w wodzie, co sprawia, że są one wysoce rozpuszczalne i trudne do usunięcia.

Dlaczego oczyszczanie biologiczne nie może skutecznie usunąć koloru

Systemy oczyszczania biologicznego są przeznaczone do usuwania biodegradowalnej materii organicznej, a nie chemicznie stabilnych barwników.

Główne ograniczenia obejmują:

1. Barwniki nie są łatwo biodegradowalne

Wiele cząsteczek barwników jest zaprojektowanych tak, aby opierać się atakom mikrobiologicznym, co pozwala im przetrwać w reaktorach biologicznych prawie niezmienione.

2. Kolor jest spowodowany przez rozpuszczone cząsteczki

W przeciwieństwie do zawieszonych ciał stałych, rozpuszczone barwniki nie osadzają się ani nie unoszą się naturalnie, nawet po utlenianiu biologicznym.

3. Ładunek ujemny zapobiega agregacji

Ujemnie naładowane cząsteczki barwników odpychają się nawzajem, pozostając rozproszone w wodzie i utrzymując widoczny kolor.

W rezultacie, nawet po skutecznym oczyszczaniu biologicznym, kolor często przechodzi przez system nieoczyszczony.

Dlaczego większość barwników w ściekach jest naładowana ujemnie

W zastosowaniach przemysłowych barwniki są celowo zaprojektowane tak, aby łączyć się z włóknami. Aby to osiągnąć, wiele barwników jest produkowanych jako:

• Barwniki reaktywne

• Barwniki kwasowe

• Barwniki bezpośrednie

Te rodzaje barwników zwykle dysocjują w wodzie i tworzą gatunki anionowe, co zwiększa przyciąganie do włókien, ale także zwiększa stabilność ścieków.

Ten ładunek ujemny jest podstawowym powodem, dla którego konwencjonalne metody osadzania, filtracji i biologiczne nie usuwają koloru.

Jak odbarwianie chemiczne rozwiązuje problem

Aby skutecznie usunąć kolor, stabilność elektryczna cząsteczek barwników musi zostać zniszczona.

Osiąga się to poprzez chemiczne odbarwianie za pomocą polimerów kationowych.

Krok 1: Neutralizacja ładunku

Kationowe środki odbarwiające wprowadzają do ścieków grupy funkcyjne naładowane dodatnio, które przyciągają i neutralizują ujemnie naładowane barwniki.

Krok 2: Destabilizacja cząsteczek barwników

Po zneutralizowaniu cząsteczki barwników tracą rozpuszczalność w wodzie i stabilność strukturalną.

Krok 3: Tworzenie nierozpuszczalnych agregatów

Zneutralizowane kompleksy barwnik–polimer tworzą nierozpuszczalne cząstki, które można usunąć przez sedymentację, flotację lub filtrację.

Proces ten celuje w przyczynę koloru, a nie traktuje koloru jako wtórnego objawu.

Dlaczego gęstość ładunku jest krytyczna w odbarwianiu

Skuteczność środka odbarwiającego zależy przede wszystkim od jego gęstości ładunku kationowego, a nie od jego wielkości cząsteczkowej.

• Wyższa gęstość ładunku zapewnia silniejszą neutralizację

• Szybszą kinetykę reakcji

• Niższe dawkowanie chemiczne

Dlatego polimery kationowe o niskiej do średniej masie cząsteczkowej i wysokiej gęstości ładunku są szeroko stosowane do usuwania koloru ze ścieków przemysłowych.

Typowe zastosowania odbarwiania chemicznego

Odbarwianie chemiczne jest powszechnie stosowane w:

• Ściekach z farbowania tekstyliów

• Ściekach z produkcji barwników

• Ściekach z drukowania i pigmentów

• Polerowaniu koloru po oczyszczaniu biologicznym

W wielu systemach środki odbarwiające są stosowane razem z nieorganicznymi koagulantami i flokulantami w celu optymalizacji ogólnej wydajności oczyszczania.

Wnioski

Kolor w ściekach przemysłowych jest problemem stabilności chemicznej, a nie biologicznej.
Dopóki cząsteczki barwników pozostają stabilne elektrycznie i rozpuszczone, kolor będzie się utrzymywał.

Skuteczne usuwanie koloru wymaga ukierunkowanej neutralizacji chemicznej, co sprawia, że kationowe środki odbarwiające są niezbędnym narzędziem dla branż, które muszą spełniać surowe normy dotyczące zrzutu lub ponownego wykorzystania ścieków.