Metode Biotehnologice de Indepartare a Unor Poluanti din din Ape Reziduale Textile

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL 1. Stadiul actual al cunoasterii in domeniul epurarii apelor reziduale provenite din industria textila.

Considerente generale privind poluarea apelor uzate industriale

Caracterizarea apelor uzate provenite din industria textila

Indicatori de calitate ai apelor uzate

Indicatori fizici

Indicatori chimici

Indicatori microbiologici

Procese si fluxuri tehnologice de finisare implicate in industria textila.

Tipuri de coloranti industriali folositi in vopsirea fibrelor textile.

Gradul de impurificare al apelor reziduale cu metale provenite din coloranti.

Tipuri de procese de epurare a apelor uzate aplicate in industria textila.

Epurarea biologica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare fizica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare chimica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare electrochimica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare catalitica si fotocatalitica. Aplicabilitate si caracteristici.

Metode de epurare neconventionale. Aplicabilitate si caracteristici.

Mecanisme de indepartare a agentilor poluanti din ape industriale uzate.

Mecanisme de adsorbtie microbiana.

Mecanisme de bioacumulare microbiana.

Mecanisme de clivare enzimatica.

CAPITOLUL 2. Conditii experimentale. Materiale si metode.

2.1 Cadrul organizatoric.

2.1 Reactivi si materiale

2.2 Aparatura si echipamente de laborator utilizate.

2.3 Materiale si metode.

2.3.1 Izolarea speciilor microbiene din probe de apa reziduala.

2.3.2 Izolarea in culturi pure.

2.3.3 Spectrofotometrie UV-VIS.

2.3.4 Cromatografie in Strat Subtire (TLC).

2.3.5 Cromatografie Lichida de Inalta Performanta (HPLC).

2.3.6 Cromatografie in Faza Gazoasa cuplata cu Spectrometrie de Masa (GC-MS).

2.3.7 Microscopie Electronica de Baleiaj (SEM).

2.3.8 Microscopie optica.

CAPITOLUL 3. Cercetari experimentale privind procese de bioepurare a apelor reziduale sintetice si naturale din industria textila.

3.1 Caracterizarea fizico-chimica a apelor reziduale.

3.1.1 Determinarea Consumului Biochimic de Oxigen (BOD).

3.1.2 Determinarea valorilor de pH.

3.1.3 Determinarea conductivitatii electrice.

3.1.4 Determinarea turbiditatii.

3.2 Identificarea morfologica si moleculara a speciilor izolate.

3.2.1 Caracterizarea morfologica a caracterelor de cultura prin microscopie optica

3.2.2 Extractie ADN si amprentare PCR.

3.1.3 Profile teoretice Trichoderma sp.

3.3 Caracterizarea prin tehnici de microscopie electronica a culturilor microbiene izolate.

3.3.1 Caracterizarea morfologica a culturii de T.parceramosum/T.reesei/T.longi.

3.3.2 Caracterizarea morfologica a culturii de Aspergillus niger.

3.3.3 Caracterizarea morfologica a culturii de Polyporus squamosum.

3.3.4 Caracterizarea morfologica a culturii de Fusarium oxysporum.

3.3.5 Caracterizarea morfologica a culturii de Trichoderma atroviride.

3.4 Experimente de decolorare pe solutii sintetice de coloranti Bemacid.

3.4.1 Caracterizare coloranti: Bemacid Rot, Bemacid Gelb si Bemacid Blau.

3.4.2 Repicarea succesiva a culturilor microbiene pe medii nutritive cu coloranti.

3.4.3 Reducerea colorantilor in medii nutritive lichide.

3.4.4 Curbe de calibrare.

3.4.5 Dozarea spectrofotometrica a colorantilor post-incubare.

3.5 Experimente de reducere a concentratiilor de metale grele din solutii sintetice.

3.5.1 Adaptarea succesiva a tulpinilor microbiene la concentratii crescute progresiv de metale grele

3.5.2 Reducerea metalelor grele in medii nutritive lichide.

3.5.3 Curbe de calibrare.

3.5.4 Dozarea prin spectrometrie de absorbtie atomica a gradelor de reducere a metalelor grele post-incubare.

3.6 Determinarea activitatii enzimatice.

3.6.1 Exprimarea activitatii lacazei.

3.6.2 Exprimarea activitatii azoreductazei

3.7 Experimente de reducere a Consumului Biochimic de Oxigen (BOD) din solutie naturala de apa reziduala.

3.7.1 Determinarea valori BOD initiale la 5 zile.

3.7.2 Experimente de reducere a valorii BOD pe tulpina de T.parceramosum/ T.reesei/T.longi

CAPITOLUL 4. Rezultate si discutii.

CAPITOLUL 5. Concluzii

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

INTRODUCERE

Gradul de dezvoltare accelerată al activităților industriale a dus la un puternic impact asupra mediului înconjurător, amplificând efectul acestora asupra apelor, solului și atmosferei, odată cu explozia demografică. Efluenții textili colorați sunt adesea contaminați cu agenți toxici, sedimente, solide suspendate și dizolvate ce servesc drept depzite pentru coloranți, alterând gradul de turbiditate al apei, calitatea acesteia și cantitatea de oxigen dizolvat.

Industria textilă și a pielii, energetică, industria producătoare de pigmenți si baterii, cea minieră, industria metalurgică, toate, sunt exemple solide de industrii producătoare de cantități mari de ape reziduale ce conțin ioni de metale grele, ca Cr (III), Cr (IV), Cu (II), Ni (II) și Zn (II) la concentrații de până la 120 de ori mai mari decât cele permise de lege.

Îndepărtarea coloranților azoici din efluenții reziduali de finisare este o operație extrem de dificilă prin procedee convenționale de epurare, datorită gradului ridicat de stabilitate al acestora și rezistenței mari la agenți de oxidare, dar și imposibilitatea îndepărtării totale a metaboliților organici și generarea unei cantități semnificative de nămol rezidual.

CAPITOLUL 1. Stadiul actual al cunoasterii in domeniul epurarii apelor reziduale provenite din industria textila.

Considerente generale privind poluarea apelor uzate industriale

Caracterizarea apelor uzate provenite din industria textila

Indicatori de calitate ai apelor uzate

Indicatori fizici

Indicatori chimici

Indicatori microbiologici

Procese si fluxuri tehnologice de finisare implicate in industria textila.

Tipuri de coloranti industriali folositi in vopsirea fibrelor textile.

Coloranții azoici reprezintă una din cele mai importante clase de coloranți sintetici folosiți în industria textilă, contorizând peste 60-70% din coloranții folosiți în această industrie. În timpul proceselor tehnologice de vopsire a materialelor textile, cantitatea de coloranți ce nu este reținuta pe fibră variază în funcție de natura acestuia, situându-se între 2% și 50%. În cazul grupelor reactive ale coloranților azoici (-N=N-), datorită gradelor slabe de fixare pe fibră, există pierderi de coloranți în soluție de până la 50%.

Gradul de impurificare al apelor reziduale cu metale provenite din coloranti.

Tipuri de procese de epurare a apelor uzate aplicate in industria textila.

Epurarea biologica. Aplicabilitate si caracteristici.

Comparativ cu poluanții organici, metalele grele nu pot fi degradate metabolic, cu toate că anumite metale (Cu, Co, Fez, Mn, Zn, etc.), în concentrații mici, sunt necesare creșterii microbiene și întreținerii metabolismului celulelor. Metale ca Cd, Pb si Hg sunt ne-esentiale pentru medierea funcțiilor biologice, și sunt toxice chiar și la concentrații mici. Spre deosebire de compușii organici, ionii metalici esențiali și ne-esențiali, nu sunt biodegradabili, și pot fi acumulați prin intermediul proceselor alimentare, cu repercusiuni grave asupra sanatății sistemelor vii. Efluenții industriali cu conținut mare de metale grele necesită trepte suplimentare de tratare, înainte de reintroducerea acestora în sursele de apă potabilă. Printre acestea, au fost propuse trepte de epurare chimice (precipitare chimică și recuperare electrolitică) și fizice (rășini schimbătoare de ioni și procese de osmoză inversă). Cu toate acestea, aceste metode nu pot fi implementate cu succes în tratarea eficientă de volume mari de efluenți cu conținut relativ scăzut de metale (1-100mg/L).

Epurare fizica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare chimica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare electrochimica. Aplicabilitate si caracteristici.

Epurare catalitica si fotocatalitica. Aplicabilitate si caracteristici.

Metode de epurare neconventionale. Aplicabilitate si caracteristici.

Mecanisme de indepartare a agentilor poluanti din ape industriale uzate.

Ionii metalici pot fi îndepărtați din solutiile de ape reziduale prin dou mecanisme active, respectiv biosorbție (proces pasiv) și bioacumulare (proces dependent de metabolismul microbian).

Mecanisme de bioacumulare microbiana

Fenomenele de bioacumulare microbiană a poluanților au loc doar în celulele active metabolic (vii), acestea fiind procese lente, asociate cu fenomene de tranziție a metalelor prin membrana celulara, mediate de implicarea H+-ATP-azei.

Figura x. Mecanism specific activ de bioacumulare

Mecanisme de biosorbtie microbiana.

Fenomene de biosrobție microbiană (Figura x) a metalelor grele sunt fenomene active de suprafață, fizico-chimice, în care metalele grele interacționează cu celula biologică, și aderă la suprafața acesteia, fiind un proces rapid, specific atât biomasei vii cât și celei inactive, independent de starea metabolică, nefiind necesară existența unei surse exterioare de energie. Fenomenul implică interactii chimice cu anumite grupări functionale, specifice straturilor exterioare ale celulelor microbiene: grupări carboxilice (-COOH), grupări amino (-NH2), grupări amidice (RCONR2), grupări hidroxil (-OH), grupări sulfhidril (-SH) și grupări fosfat (PO34-).

Figura x. Mecanism specific activ de biosorbție

În procesele de biosorbție, sunt implicate o serie de fenomene de schimburi ionice, reacții de complexare și adsorpție. Randamentul de biosorbție poate fi influențat de prezența cationilor de Ca, K, Mg, Mn și Na în soluții, ce pot concura cu ionii metalelor grele în ocuparea situs-urilor celulelor microbiene. Metalele pot suferi procese de internalizare prin intermediul porilor sau al anumitor canale specifice celulelor microbiene.

Mecanisme de clivare enzimatica.

Gradul de eficiență al decolorizării microbiene este în strânsă legatură cu adaptabilitatea și activitățile enzimatice ale microorganismelor folosite, exprimarea acestora fiind în stransă legatură cu capacitatea de reducere a contenctrației reziduale de coloranți în efluenții textili. Treptele biotehnologice de tratare microbiană sau enzimatică a apelor uzate reprezintă variante eficiente de tratare a efluenților cu conținut mare de coloranți azoici, cu ajutorul unei game variate de microorganisme, ca bacterii, fungi, drojdii, actinomicete și alge. Acțiunea combinată a consorțiilor de microorganisme poate duce la mineralizarea totala a coloranților azoici, mecanismul microbian de degradare al acestora implicând clivarea reductivă a gruparilor azoice (-N=N) cu ajutorul azoreductazei, în condiții anaerobe, rezultând în formarea de soluții incolore. Pentru reducerea coloranților azoici, reducerea la anionul radical are loc pintr-o reacție rapidă de transfer electronic, secondată de o a doua reacție de transfer electronic, mai lentă, pentru crearea unui dianion stabil, astfel, grupele funcționale ale coloranților azoici cu densitate electronică mare pot deveni inaccesibile celui de-al doilea transfer electronic, pentru formarea dianionului, ducând în final la o capacitate foarte scăzută de decolorare. Din acest motiv, grupele reactive sulfonate ale coloranților azoici sunt considerate a fi mai recalcitrante față de coloranții azoici carboxilați, fenomen guvernat de gradul de permeabilitate al membranei celulare microbiene față de colorant.