ES2238933B1 - Proceso de tratamiento y reutilizacion de efluentes textiles por tecnicas electroquimicas. - Google Patents

Proceso de tratamiento y reutilizacion de efluentes textiles por tecnicas electroquimicas.

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Abstract

Proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas. La presente invención se refiere a un método de tratamiento y reutilización de aguas residuales o efluentes procedentes de la tintura de fibras textiles individuales o en mezclas, mediante la decoloración por técnicas electroquímicas, la posterior irradiación opcional con luz ultravioleta y la reutilización del agua decolorada y del electrolito y otros auxiliares que ésta contiene en nuevos procesos de tintura.

Description

Proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas.
Sector de la técnica
La invención se encuadra en el sector técnico de procesos de depuración de aguas residuales, más concretamente en la decoloración (total o parcial) de los efluentes procedentes de la tintura textil, empleando técnicas electroquímicas. El sistema electroquímico ya sea externo o acoplado en un depósito de la propia máquina de tintura produce efluentes decolorados los cuales se almacenan para su reutilización en nuevas tinturas. Opcionalmente, el agua ya tratada puede ser irradiada con luz ultravioleta durante su almacenamiento para aumentar la velocidad de decolora-
ción.
Estado de la técnica
Una de las principales características de las aguas residuales textiles es su elevada coloración. La mayoría de colorantes textiles no son tóxicos, pero su presencia en el medio acuático impide que parte de la luz solar llegue al fondo del mismo, poniendo en peligro la subsistencia de las especies animales y vegetales de la zona. Además, tiene el inconveniente de provocar un desagradable efecto visual en los ríos. Es por este motivo que las administraciones encargadas de controlar los vertidos imponen limitaciones a la descarga de efluentes con color.
Los procesos convencionales de depuración biológica por fangos activados no eliminan el color de forma satisfactoria ya que los colorantes son poco biodegradables. De tal manera que se hace necesaria la aplicación de tratamientos terciarios para decolorar los efluentes textiles, entre los que destacan:
-
Procesos de coagulación-floculación.
-
Adición de carbón activo.
-
Tratamiento con ozono.
-
Procesos de membrana.
En este sentido, diferentes documentos de patente proponen la utilización de alguna de estas técnicas para depurar efluentes textiles. La patente norteamericana US5750035 y la belga BE865452 presentan procesos de coagulación-floculación. La patente japonesa JP50066956 propone la adsorción del colorante sobre carbón activo. La patente estadounidense US66315887 aplica la ozonización y la alemana DE19725096 elimina el colorante reactivo de aguas residuales fuertemente coloreadas mediante la adición de un agente complejante y una posterior filtración de membrana.
Junto a los procesos señalados anteriormente y que ya han sido aplicados industrialmente, en los últimos años han surgido nuevas tecnologías destinadas a la eliminación del color, entre las que destaca la decoloración electroquímica. Así, la patente US3915820 presenta un proceso para depurar aguas residuales de tintura por electrolisis del colorante.
La decoloración electroquímica ofrece las ventajas de ser un método fácilmente controlable, que se aplica en condiciones de operación suaves (temperatura ambiente y presión atmosférica) y que no añade productos químicos al agua tratada. Las técnicas electroquímicas están especialmente indicadas para tratar efluentes residuales con colorantes reactivos.
Los colorantes reactivos son ampliamente utilizados en el sector algodonero ya que dan lugar a colores muy brillantes y a unas tinturas de elevada solidez. Sin embargo, su utilización supone un importante problema medioambiental, ya que tienen un grado de agotamiento bajo (60%-90%) y necesitan de la adición de una gran concentración de electrolito (principalmente cloruro sódico o sulfato sódico) para llevar a cabo la tintura. En consecuencia, la tintura con colorantes reactivos genera grandes volúmenes de agua residual muy coloreada y de elevada salinidad. En contrapartida, la sal que contienen estos efluentes sirve como electrolito en el proceso de decoloración electroquímica.
Los efluentes decolorados son susceptibles de ser reutilizados en nuevas tinturas con colorantes reactivos. Esta reutilización supone un ahorro en el consumo de agua y de electrolito, así como la reducción de la descarga de sal en los acuíferos, con la consiguiente mejora del impacto ambiental. Uygur [Coloration technology, 117: 111-113 (2001)] reutiliza un 10% de un baño de tintura que contenía colorantes reactivos, decolorándolo con H_{2}O_{2} y luz ultravioleta. Perkins y col. [Textile Chemist and Colorist, 28 (1): 31-37] han diseñado a escala de planta piloto un sistema que integra un ozonizador a la máquina de tintura.
La presente invención establece un proceso de reutilización de efluentes residuales de tintura (previamente decolorados) en una célula de electrolisis donde se destruye el colorante. En este proceso se acopla una planta de tratamiento electroquímico al sistema de tintura, de forma que el agua una vez decolorada es reenviada a la máquina de tintura, consiguiendo así el máximo aprovechamiento de agua y del electrolito de tintura.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un método de tratamiento y reutilización de aguas residuales o efluentes procedentes de la tintura de fibras textiles.
El nuevo proceso consta de las tres etapas siguientes:
1.
Decoloración de dichos efluentes empleando técnicas electroquímicas para destruir total o parcialmente los colorantes residuales que contienen (colorantes reactivos o de otro tipo).
2.
Almacenamiento en un depósito o tanque donde, si es necesario, se irradian con luz ultravioleta para aumentar su velocidad de decoloración.
3.
Reutilización del agua decolorada y del electrolito que ésta contiene en un nuevo proceso de tintura.
En la primera etapa, la decoloración se lleva a cabo mediante el empleo de una célula electrolítica capaz de degradar los colorantes, a través de la cual se bombea el efluente. Se fijan el caudal de trabajo y la intensidad de la corriente eléctrica en función de los colorantes empleados en el proceso y de la materia orgánica que contenga el efluente, de forma que a la salida de la célula electrolítica se aprecie a simple vista una decoloración del agua residual, ya sea total o parcial.
El efluente tratado en la célula electroquímica se almacena en un tanque o depósito que puede ser externo a la máquina de tintura o puede formar parte de la misma máquina. Sobre este depósito se coloca una luz ultravioleta que actúa como catalizador para acelerar la decoloración de los efluentes parcialmente decolorados por el tratamiento electroquímico (etapa 2).
Las etapas 1 y 2 pueden unificarse, utilizando el depósito para formar una célula electroquímica que opera de forma discontinua (en batch). En este caso, se introducen los electrodos dentro del depósito y se conectan a una fuente de alimentación, con lo que la decoloración se efectúa en el mismo tanque de almacenamiento.
Finalmente, en la etapa 3 se procede a la reutilización del agua decolorada y del electrolito que ésta contiene en un nuevo proceso de tintura. Para ello, es necesario reponer la cantidad de agua y de electrolito que se pierde durante el proceso de tintura (del orden de un 30% de la cantidad inicial). Posteriormente, se ajusta el pH requerido para proceder a la nueva tintura y se añade el colorante necesario y en su caso, los productos auxiliares pertinentes.
Modo de realización de la invención
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, los cuales no podrán ser limitativos de su alcance.
Ejemplo 1
Las condiciones generales de tintura de tejido de punto de algodón son las 15 siguientes:
-
La relación de baño es 1/10, esto significa que se necesitan 10 litros de agua por cada kilogramo de tejido.
-
El colorante reactivo se emplea a una proporción de un 3% sobre el peso del tejido, lo que supone una concentración de 3 g/L.
-
Se usa cloruro sódico como electrolito a una concentración de 80 g/L.
-
El álcali utilizado durante el proceso de tintura es carbonato sódico a la concentración de 20 g/L o una mezcla de carbonato sódico y sosa cáustica (5 g/L y 0,5 g/L respectivamente) u otros productos inorgánicos u orgánicos alcalinos.
En primer lugar se disuelve el colorante y el cloruro sódico en el agua y ésta, junto con el tejido, se introducen en el tanque de tintura (sistema all in). El proceso de tintura empieza a una temperatura de 50ºC. Al cabo de 15 minutos, la temperatura debe incrementarse hasta los 80ºC con un gradiente de 1,4ºC/min. Transcurridos 30 minutos después de haber alcanzado los 80ºC, se adiciona el álcali y se prosigue la tintura durante una hora más. Una vez finalizado el proceso se comprueba el pH, verificando que éste sea aproximadamente 10-11.
Después de la tintura, el tejido retiene aproximadamente un 30% de agua y de electrolito. Así, el efluente residual estará compuesto por un 70% del agua y del electrolito empleado inicialmente para la tintura. Además, este efluente contiene el colorante reactivo hidrolizado (no fijado en el tejido), así como otras materias orgánicas propias del tejido o añadidas durante su procesado previo, que son extraíbles durante el proceso de tintura.
Dicho efluente residual de tintura se trata en una célula electroquímica. El agua residual se suministra a la célula por medio de una bomba centrífuga. La célula opera en continuo, a un caudal regulable entre 2,5 y 25 L/h. La fuente de alimentación permite regular la intensidad de corriente entre 0 y 25 A. La diferencia de potencial es variable entre 0 y 40 V, según la intensidad aplicada y la conductividad del agua. Los electrodos tienen una superficie de 500 cm^{2} y están constituidos por un núcleo de titanio recubierto de óxidos de metales nobles, principalmente platino.
Las condiciones del tratamiento son las siguientes:
El efluente residual de tintura se decolora en la célula electrolítica, ajustando el caudal a 20 L/h y la intensidad de corriente a 6 A. En estas condiciones se genera una diferencia de potencial de 12 V. El agua tratada y decolorada se almacena en el tanque correspondiente.
Para su reutilización se procede de la siguiente manera:
-
Se adiciona del volumen de agua perdido en el proceso de tintura al ser adsorbida por el tejido.
-
Se ajusta el pH del agua a 7 (pH inicial del baño de tintura).
-
Se valora la concentración de cloruros presentes en el agua para conocer la cantidad de cloruro sódico que debe añadirse.
-
Se adiciona la cantidad de cloruro sódico necesaria para alcanzar la concentración de electrolito requerida en la siguiente tintura.
-
Se reajusta la cantidad de colorante, según el número de reutilizaciones efectuadas.
Una vez preparado el nuevo baño, se procede a realizar otra tintura en las condiciones fijadas.
Descripción de las figuras
En la figura 1 se representa un esquema del proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas. En la máquina de tintura (1) se genera un agua residual que, después de pasar por un filtro (2), se almacena en un depósito (3) desde donde se envía a la célula electroquímica (4). En esta célula, mediante la aplicación de corriente eléctrica, se lleva a cabo la decoloración del agua residual por degradación del colorante que contiene. Una vez finalizado el tratamiento electroquímico se recoge el agua en un depósito (5) donde, si es necesario para concluir el proceso de decoloración, se irradia el agua con una lampara de luz ultravioleta (6). El agua residual tratada que todavía contiene el electrolito y puede contener también otros auxiliares, se introduce nuevamente en la máquina de tintura (1), de forma que se reutilizan todos ellos en un nuevo proceso de tintura.
En el esquema presentado en la figura 2, el agua residual generada en la maquina de tintura (1) pasa por un filtro (2) hasta un depósito (3 y 5) que tiene acoplada la célula electroquímica (4) y donde el agua es decolorada. En este mismo depósito, opcionalmente, se puede acelerar o concluir el proceso de decoloración mediante la irradiación con una lámpara de luz ultravioleta (6). El agua tratada así como el electrolito y otros auxiliares que puede contener se reutilizan nuevamente en la maquina de tintura (1).
Es decir, el esquema expuesto en la figura 2 supone una variante del proceso representado en la figura 1. El esquema descrito en la figura 1 está formado por dos depósitos (en los que se almacena separadamente el agua residual sin tratar y el agua tratada) y la célula electroquímica es independiente de éstos. En el esquema representado en la figura 2 la célula electroquímica está acoplada a un único depósito donde el agua de tintura es almacenada y tratada.

Claims (5)

1. Un proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas caracterizado por la recogida del baño residual de tintura (3), tratamiento del mismo en una célula electroquímica en continuo o en batch (4) para provocar la destrucción total o degradación parcial de los colorantes bajo unas determinadas condiciones de intensidad de corriente, voltaje y caudal. Opcionalmente, el baño tratado en la célula se expondrá a radiación UV (6) simultánea o posteriormente al proceso electroquímico para aumentar el rendimiento y/o acelerar la decoloración.
2. Un proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas, según reivindicación 1, caracterizado porque el baño tratado se almacena en un depósito (5) donde se reconstituye para su reutilización en la máquina de tintura (1).
3. Un proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas, según reivindicación 1, caracterizado por el tratamiento del baño usado de tintura en una célula colocada externamente o en el interior de la máquina de tintura para destruir o degradar los colorantes residuales hasta la obtención de especies incoloras o poco coloreadas, ya sea por oxidación o por reducción electroquímica de forma continua o discontinua (batch). La geometría superficie y material de los electrodos, así como la intensidad de la corriente se fijan en función de las condiciones operatorias, de las características de la maquinaria y de los baños generados en la tintorería.
4. Un proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por un método operativo especialmente recomendado a la tintura de fibras celulósicas y sus mezclas con colorantes reactivos con reutilización directa y total de los baños de tintura usados que contienen el colorante en forma hidrolizada (sin capacidad de fijación por reacción con nuevo textil celulósico) consiguiendo un ahorro de como mínimo el 70% en el consumo de agua y electrolitos neutros (cloruro o sulfato sódico) empleados en las tinturas y al mismo tiempo, reduciendo el impacto ambiental de las aguas coloreadas y la salinización de los acuíferos.
5. Un proceso de tratamiento y reutilización de efluentes textiles por técnicas electroquímicas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por la reconstitución del baño de tintura residual decolorado siguiendo la secuencia de etapas que se indican a continuación:
Medición del volumen residual \rightarrow Adición de agua nueva hasta el volumen deseado \rightarrow Neutralización del baño por adición de ácido (opcional) \rightarrow Valoración de la concentración de cloruros y/o sulfatos \rightarrow Adición del cloruro o sulfato sódicos hasta la concentración deseada \rightarrow Adición de los nuevos colorantes \rightarrow Nueva tintura.
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