Olika bakteriekulturer har satts till avloppsvatten med textilfärger. Tre bakterieslag gav var för sig mer än 90 % färgreduktion för fyra kommersiella färgämnen. Optimalt var då 40º C och pH 7.
Av: Jörgen Hanaeus
För avfärgning av textilavloppsvatten används oftast kemiska och fysikaliska metoder. Dessa koncentrerar färgämnet, vars nedbrytning kräver ytterligare ett behandlingssteg. Med biologiska metoder kan nedbrytning av färgämnen åstadkommas.
Fem bakteriekulturer plus en blandning av dessa har tillsatts avlopp med vanliga kommersiella färgämnen, fyra olika. Bakteriesorterna Proteus mirabilis, Morganella morganii och Enterobacter cloacae gav en mer än 90 %-ig nedbrytning av de fyra färgämnena, liksom av en blandning av dessa ämnen.
Artikeln
Färgämnen till textilier kan klassificeras efter struktur som : azo, anthraquinone, svavel, indigoid, trifenylmetyl (trityl) och derivativ av ftalocyanin. De kan indelas i reaktiva, sura, direkta, basiska, betande, dispersa, svavelhaltiga och kyp-(batik-)färgämnen. Av dessa är de reaktiva färgämnena mest använda och nyttjas frekvent till bomullsfärgning i textilindustrin.
Våt färgning av textilier konsumerar stora vattenmängder som sedan leder till färgade avlopp. Utsläpp av dessa stör fotosyntesen i vattendrag och kan vara toxiska för vattenlevande organismer. Färgämnenas nedbrytning konsumerar syre i vattendraget. Textilindustrin har mot denna bakgrund ansetts vara den näst största vattenförorenaren i världen.
För att behandla textilavloppen används flera fysikalisk-kemiska metoder: koagulering-flockning, adsorption på aktiverat kol, membranfiltrering, stark kemisk oxidation (ex väteperoxid, ozon), bestrålning eller elektrokemiska processer. Dessa metoder har alla sina nackdelar såsom höga kostnader, slamproduktion med efterföljande behandlings- och dispositionskrav, elkonsumtion.
Mest använt är koagulering och flockning som visats effektiv för avfärgning av svavel- och dispersa färger men inte för reaktiva färger. Här är biologiska metoder intressanta och goda resultat med P. mirabilis och P.luteola har rapporterats.De flesta studierna har dock gjorts för ett färgämne i ett syntetiskt medium med isolerad bakteriekultur.
I denna studie har därför avfärgningskapaciteten gentemot fyra olika färgämnen för bakteriekulturer från omgivande natur undersökts.
Metod
Slam + vatten från en ringkanal, som tog emot avlopp från en lokal textilindustri i Colombo, Sri Lanka, användes.
De kommersiella (USA), reaktiva färgämnena Gul EFX, Röd EXF, Blå EXF och Svart WNN testades. EXF-färgerna är blandningar av reaktiva ämnen; WNN-kompositionen är en affärshemlighet.
Färgämne tillsattes med 50 mg/L till en mineral- och näringslösning med pH 7. Fem bakteriestammar tillsattes (gramnegativa stavar): Proteus mirabilis (A), Escherichia fergusonii (B), Morganella morganii (C), Enterobacter clocae (D) och Acinetobacter baumanni (E). Dessutom tillsattes ett konsortium av dessa stammar, dock undantogs stammen E, som var aerob till skillnad från övriga som var fakultativt anaeroba.
Konsortiet inokulerades också vid 25-45 ºC för att se temperaturinverkan. Dessutom varierades minerallösningens pH mellan 6 och 9 vid inokuleringen av bakteriekombinationen.
Gul EXF avfärgades med stammarna A, C, D och E. Röd EXF med stammarna A och D. Blå EXF med stammarna A, C och D. Svart WNN med A, B, C och D. Varje stam identifierades med gensekvensering, 16S rRNA.
Inkubationen av de olika kombinationerna förlöpte i 72 h.
Resultat
Efter 72 h gav stammarna A-D och även konsortiet en reduktion av gul EXF med ca 94 %. Stammen A verkade snabbast och nådde 94 % redan efter 46 h. Stammen E fungerade sämst med ca 70 % efter 72 h och uteslöts i det fortsatta. För röd EXF fungerade stammen A och konsortiet bäst med ca 94 % efter 72 h; även här var stammen A den snabbaste. För blå EXF lyckades konsortiet bäst med över 90 % reduktion efter 72 h medan A lyckades bäst av de individuella stammarna med 83 %. Stammarna A-D lyckades alla väl, drygt 90 %, med svart WNN, även så konsortiet.
En blandning av färgavloppen provades också mot bakteriekonsortiet. Blandningen höll ca pH 10, COD 900 mg/L och temperaturen 45 ºC men pH och temperatur varierades därtill.
Efter 50 h uppnåddes ca 80 % färgreduktion i pH-området 6-9 men avsevärt sämre reduktion, blott 5 % vid pH 10. Temperaturoptimum befanns vara 35 ºC efter 28 h, men steg till 40 ºC efter 45 h.
Den biologiska avfärgningen förmodades bero på en enzymatisk nedbrytning av färgstrukturen.
Slutsatser
Fyra provade bakteriestammar lyckades väl med reduktion av färg i textilt avloppsvatten. Ett konsortium av stammarna rekommenderades, där färgämnesblandningen, som i de flesta fall, innehöll flera färger. Av de individuella stammarna lyckades Proteus mirabilis bäst. Eventuellt kan externt substrat behöva tillsättas.
Källa: Madhushika, H.D., Ariyadasa, U.T. & Gunawardena, S.P. (2019): Biological decolourization of textile industry wastewater by a developed bacterial consortium. Water Science & Technology, 80.10, pp 1910-1918.
Författarna från:
Department of Chemical and Process Engineering
University of Moratuwa, Katubedda, Sri Lanka
Kontakt: thilini@uom.lk
