Physikalische und chemische Koagulationsverfahren zur chemischen Behandlung von Textilfärbereiabfällen.

Die physikalische Koagulation, kurz Koagulation genannt, wird häufig zur Farbstoffentfernung in der Textilabwasserbehandlung eingesetzt. Sie entfernt Farbstoffe und erfüllt gesetzliche und normative Standards. Das Verfahren ist einfach, und es steht eine breite Produktpalette zur Verfügung. Koagulationsverfahren reduzieren zwar den Farbstoffgehalt in Textilabfällen, entfernen aber nur einen Teil davon und senken den CSB-Wert (chemische, schlammige, geruchs- und abwasserbezogene Werte).

Mit der Koagulation sind mindestens drei wesentliche Probleme verbunden. Erstens kann das Verfahren teuer sein. Der Anwender bezahlt Chemikalien, deren einziger Zweck die Entsorgung ist. Die entstehenden Feststoffe werden dem Feststoffabfall der Textilfabrik oder kommunalen Kläranlagen zugeführt. Zweitens sind hochwasserlösliche Farbstoffe koagulationsresistent und erfordern unter Umständen höhere Mengen an Koagulationsmittel, um eine zufriedenstellende Farbstoffentfernung aus dem Abwasser zu erreichen. Dies erhöht naturgemäß die Kosten und den Aufwand der Abfallentsorgung und kann sich mitunter nachteilig auf die Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und Nitrat (Nitrifikation) in einer biologischen Kläranlage auswirken.

Drittens erfordert die Entstehung von Feststoffabfällen ein geeignetes Verfahren zur Entfernung und Entsorgung von koagulierten Farbstoffrückständen sowie anderer Feststoffabfälle, die beim Färben und Veredeln von Textilien anfallen. Umweltbehörden stehen zunehmend unter Druck, das Feststoffabfallvolumen zu reduzieren, und jedes Verfahren, das dieses Volumen erhöht, stellt den Umweltmanager von Textilfabriken vor zusätzliche Herausforderungen. Ein Übersichtsartikel von Hou et al., veröffentlicht in Ausgabe 5 (1999), behandelte eine Vielzahl von Farbstoffentfernungsverfahren, darunter auch die Koagulation. Wie bereits erwähnt, wird die Koagulation häufig in Kombination mit anderen Verfahren eingesetzt, da sie bestimmte Farbstoffklassen nicht vollständig entfernen kann. Beispielsweise kann die Koagulation mit einer Oxidation mittels Fenton-Reagenz oder mit einer Ozonvorbehandlung kombiniert werden.

Die Forschung zur Anwendung der Koagulation zur Farbstoffentfernung wurde im vergangenen Jahrzehnt unermüdlich fortgesetzt.

Gao und seine Kollegen untersuchten ein Polymer-Aluminiumsilikat-Komposit als Koagulationsmittel zur Wasserreinigung. Je nach Herstellungsverfahren des Komposits waren die Koagulationsergebnisse besser, die Langzeitstabilität jedoch geringer. Sanghi und Bhattacharya verwendeten eine Mischung aus Aktivkohle und Bentonitpulver zusammen mit Polyaluminiumchlorid (PALC) als Koagulationsmittel zur Entfärbung von direkten, leichten und basischen Farbstofflösungen. PALC verbesserte nicht nur die Entfärbung, sondern bildete auch einen schnell sedimentierenden Niederschlag, der für weitere Entfärbungsprozesse genutzt werden konnte.

Kim und Park verglichen die Entfernung von Dispersions- und Reaktivfarbstoffen mittels    chemischer Koagulation und Fenton-Oxidation   . Ihre Arbeit zeigte, dass Dispersionsfarbstoffe aufgrund ihrer geringeren Löslichkeit und des niedrigeren Verhältnisses von gelöstem chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) zu Gesamt-CSB (CSB) leichter zu entfärben sind als Reaktivfarbstoffe. Reaktivfarbstoffe hingegen sind hochlöslich und schwerer aus der Lösung zu entfernen. Umgekehrt sind sie anfälliger für den Abbau durch Oxidationsverfahren .

Untersuchung der Entfernung von Reaktivfarbstoffen aus synthetischem Abwasser durch Kombination von Al(III)-Koagulation mit Kohlenstoffadsorption.

Die Farbstoffe CI Reactive Red 45 und CI Reactive Green 8 wurden verwendet. Die kombinierte Behandlung führte zu einer nahezu vollständigen Entfernung beider Farbstoffe aus den Lösungen. Ein weiterer Vorteil war die minimale Sedimentbildung, wodurch die Anfangskosten und die Kosten für die Feststoffentsorgung reduziert wurden. Gao und Yue untersuchten die Koagulationseffizienz einer Reihe von Polyaluminiumsilikatchloriden (PACS) mit unterschiedlichen OH/Al- und OH·Al/Si-Verhältnissen. Diese wurden mittels Copolymerisation und Kompositsynthese hergestellt. Die Ergebnisse wurden mit   Polyaluminiumchlorid (PAC) verglichen   . Das durch Copolymerisation gewonnene PACS zeigte die besten Koagulationsergebnisse und die geringste Menge an Restaluminium im Abwasser. Ein weiterer Bericht derselben Arbeitsgruppe befasste sich mit der Partikelverteilung und dem Zeta-Potential von PACS und deren Einfluss auf die Koagulationseffizienz. Zwei weitere Veröffentlichungen von Gaos Team konzentrierten sich auf Aluminiumverbindungen, die mit verschiedenen Methoden hergestellt wurden.

Lee und Choi¹³ untersuchten eine Kombination aus Adsorption und Koagulation zur Entfernung der beiden Reaktivfarbstoffe Orange¹⁶ und Schwarz⁵. Als adsorbierte Aktivkohle wurde Kokosnusspulver und als Koagulationsmittel Aluminiumchlorid verwendet. Die Koagulation nach der Adsorption erwies sich als effektiver als umgekehrt. Sie schlussfolgerten, dass das kombinierte Verfahren die Koagulations- und Adsorptionsmenge und damit die Schlammbildung verringern kann. Guo et al.¹⁴ entfernten die Farbe eines hochkonzentrierten Reaktivfarbstoffstroms mithilfe einer Kombination aus einem polymeren Flockungsmittel und einem anorganischen Koagulationsmittel. Das Modell verwendete vier Reaktivfarbstoffe: Schwarz⁵, Blau², Rot² und Gelb². Das Polymer wurde aus Cyanoanidin und Formaldehyd synthetisiert und entweder mit Alaun oder einem Eisensalz verwendet. Das Eisensalz allein erwies sich als unwirksam, jedoch erreichte die kombinierte Behandlung mit dem Polymer eine Farbstoffentfernungseffizienz von bis zu 60 %.

Lee et al.¹⁵ untersuchten eine Hohlfaser-Mikrofiltrationsmembran, die in eine Kombination aus Koagulation und Adsorption mit Aktivkohle eingebettet war, zur Entfernung der Reaktivfarbstoffe Orange¹⁶ und Schwarz 5. Unter optimalen Bedingungen konnten sie 99 % Schwarz 5 und 80 % Orange¹⁶ entfernen. Das kombinierte Verfahren erwies sich hinsichtlich der Entfernung beider Farben als deutlich überlegen gegenüber den Einzelverfahren. Sie kamen zu dem Schluss, dass dieses Verfahren den Einsatz von Koagulationsmitteln und Adsorbentien reduzierte. Petzoid und Schwartz¹⁶ untersuchten die Entfärbung zweier Schlammarten und reiner Farbstoffe durch Flockung mithilfe von Polyelektrolytkomplexen und polyoberflächenaktiven Komplexen. Zu den untersuchten Farbstoffen gehörten Säuregelb 3 und Säureblau 74.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die neuen  partikelbildenden Aggregate  so „konstruiert“ werden könnten, dass sie Farbstoffe über einen weiten Konzentrationsbereich vollständig entfernen. Saraso et al.¹⁷ setzten ihre Studie fort, indem sie Industrieabwasser mit Ozon behandelten und dabei Ca(OH)₂ verwendeten, um alle Restverbindungen nach der Ozonbehandlung zu entfernen. Nach der Koagulation bildeten sich jedoch Anilin und Chloranilin, möglicherweise aufgrund des stark alkalischen Milieus.

Kurz gesagt, die alleinige Anwendung der Mineralsalzkoagulation wird voraussichtlich fortbestehen. Angesichts der begrenzten Möglichkeiten der Schlammentsorgung und der zur Entfernung hochlöslicher Farbstoffe benötigten Mengen dieser Substanzen erscheint der Einsatz spezieller Mehrelektrolyt- oder verschiedener Koagulationssysteme unter Anwendung oxidativer und physikalisch-chemischer Verfahren jedoch unausweichlich, zumindest in Ländern wie den USA, in denen strenge Umweltstandards gelten und geeignete Behandlungsverfahren vorgeschrieben sind.