Μελέτη Της Ηλεκτροχημικής Οξείδωσης Χρωμάτων Αντίδρασης Σε Υδατικά Συστήματα Και Πραγματικά Απόβλητα

Abstract

H παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει μία έρευνα με σκοπό την ανάπτυξη μιας φιλικής προς το περιβάλλον και ανταγωνιστικού κόστους προσέγγισης για την κατεργασία αποβλήτων βαφείων. Κύριος στόχος της έρευνας ήταν η βελτιστοποίηση της ηλεκτροχημικής οξείδωσης ώστε να μειωθεί η ρύπανση του περιβάλλοντος, ο όγκος των εκροών αλλά και να δοθεί η δυνατότητα ανακύκλωσης των κατεργασμένων υγρών αποβλήτων πριν την απόρριψή τους στους υδάτινους αποδεκτές. Αρχικά μελετήθηκε ηλεκτροχημική οξείδωση των εμπορικών χρωμάτων (Reactive Black 5, Reactive Red 195, Reactive Blue 19 and Reactive Yellow 145), ο αποχρωματισμός των διαλυμάτων τους και η διάσπαση των μορίων τους με τη χρήση δύο ανόδων: boron doped diamond (BDD) και titanium-based dimensionally stable anode (DSA). Στη συνέχεια μελετήθηκαν διάφορες παράμετροι, όπως η πυκνότητα ρεύματος, η αρχική συγκέντρωση του χρώματος, και το pH έτσι ώστε να βρεθούν και να μελετηθούν οι επιπτώσεις τους στην ηλεκτροχημική διεργασία. Η απόδοση των ηλεκτροδίων ελεγχόταν κατά την πάροδο του χρόνου με μετρήσεις για την απομάκρυνση του χρώματος, COD, TOC, απευθείας μέτρηση παραγόμενου CO2 και ιοντική χρωματογραφία. Το ποσοστό της διάσπασης επιβεβαιώθηκε μέσω μετρήσεων TOC αλλά και μέσω της άμεσης, on-line καταγραφής της παραγωγής CO2. Επιπρόσθετα, αναλύθηκε συγκριτικά και στις δύο ανόδους η ποσότητα των οξυ-χλωριωμένων μορίων που δημιουργήθηκε. Επετεύχθει σχεδόν ολοκληρωτική διάσπαση των αζωχρωμάτων στην BDD ενώ λιγότερο επιτυχής ήταν στην DSA. Ακόμα, εφαρμόστηκαν φασματοσκοπικές μέθοδοι (UV-VIS, FTIR) για τη συνεχή παρακολούθηση του αποχρωματισμού και για την απλή προσέγγιση ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων. Τα ενδιάμεσα και τα τελικά προϊόντα των αζωχρωμάτων και των χρωμάτων ανθρακινόνης που σχηματίστηκαν κατά τη διεργασία σε πρότυπα διαλύματα, αναγνωρίστηκαν με LC-ESI-MS. Τα αποτελέσματα της έρευνας επιβεβαίωσαν τις δυνατότητες της μεθόδου αυτής να διασπάσει τα μεγάλα, μη βιοαποικοδομήσιμα πολυαρωματικά μόρια των χρωμάτων σε μικρότερες, βιοαποικοδομήσιμες ενώσεις. Στη συνέχεια προκειμένου να δοκιμαστεί η μέθοδος σε πραγματικά απόβλητα, λήφθηκαν δύο τύποι απόβλητου (reactive και acid) από Ελληνική βιομηχανία, κατευθείαν από τις μηχανές βαφής, χωρίς αραίωση ή άλλη προκατεργασία και χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα. Αντίθετα με τα πρότυπα διαλύματα η πραγματική όξινη βαφή του βαφείου δε παρουσίασε σημαντικές διαφορές κατά την απομάκρυνση του COD και με τη BDD και με τη DSA. Η απόδοση των ανόδων σε συνθήκες υψηλής συγκέντρωσης χλωριούχου νατρίου στη βαφή reactive από το βαφείο ήταν πολύ παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε στα πρότυπα διαλύματα. Λιγότερο αποτελεσματική άνοδος αναδείχθηκε η DSA. Τέλος, η επίδραση του χρόνου της διεργασίας, η πυκνότητα του ρεύματος και η κατανάλωση ενέργειας αποδείχθηκαν σχεδόν ταυτόσημες και στα δύο ηλεκτρόδια (BDD και DSA). Λαμβάνοντας υπόψη πως η κατεργασία των αποβλήτων γίνεται για το σύνολο των υγρών αποβλήτων του βαφείου, όπου η συνολική αραίωση είναι υψηλή, η απομάκρυνση του χρώματος από τα συμπυκνωμένα απόβλητα κατευθείαν από τις μηχανές βαφής και η ανακύκλωση των κατεργασμένων υγρών αποβλήτων θα μπορούσε να μειώσει την κατανάλωση καθαρού νερού κατά την νεα διεργασία βαφής και συνεπώς έχει τη δυνατότητα να τροποποιήσει το σημερινό διάγραμμα ροής των βαφείων.