A novel textile wastewater treatment using ligninolytic co-culture and photocatalysis with TiO2 / Un novedoso tratamiento de aguas residuales de la industria textil usando co-cultivos ligninolíticos y fotocatálisis con TiO2 / Um novo tratamento para águas residuais têxtis usando co-cultura ligninolítica e fotocatálise com TiO2

Abstract Textile industries produce effluent wastewater that, if discharged, exerts a negative impact on the environment. Thus, it is necessary to design and implement novel wastewater treatment solutions. A sequential treatment consisting of ligninolytic co-culture with the fungi Pleurotus ostreatus and Phanerochaete crhysosporium (secondary treatment) coupled to TiO2 /UV photocatalysis (tertiary treatment) was evaluated in the laboratory in order to discolor, detoxify, and reuse textile effluent wastewater in subsequent textile dyeing cycles. After 48 h of secondary treatment, up to 80% of the color in the wastewater was removed and its chemical and biochemical oxygen demands (COD, and BOD5) were abated in 92% and 76%, respectively. Laccase and MnP activities were central to color removal and COD and BOD5 abatement, exhibiting activity values of 410 U L-1 and 1 428 U L-1, respectively. Subjecting wastewater samples to 12 h of tertiary treatment led to an 86% color removal and 73% and 86% COD and BOD5 abatement, respectively. The application of a sequential treatment for 18 h improved the effectiveness of the wastewater treatment, resulting in 89% of color removal, along with 81% and 89% COD and BOD5 abatement, respectively. With this sequential treatment a bacterial inactivation of 55% was observed. TiO2 films were reused continuously during two consecutive treatment cycles without thermic reactivation. Removal percentages greater than 50% were attained. Acute toxicity tests performed with untreated wastewater led to a lethality level of 100% at 50% in Hydra attenuata and to a growth inhibition of 54% at 50% in Lactuca sativa. Whereas sequentially treated wastewater excreted a 13% lethality at 6.25% and an inhibition of 12% at 75% for H. attenuata and L. sativa, respectively. Finally, sequentially treated wastewater was reused on dyeing experiments in which 0.86 mg g-1 adsorbed dye per g of fabric, that is equivalent to 80% of dye adsorption.

Resumen Las industrias textiles producen un efluente que, si es descargado, ejerce un impacto negativo en el ambiente. Así, es necesario diseñar e implementar soluciones novedosas para el tratamiento de estos desechos. Con el fin de decolorar, detoxificar y reutilizar aguas residuales producidas en la industria textil en ciclos de tinturado subsecuentes, se evaluó en laboratorio un tratamiento secuencial, consistente en un cultivo ligninolítico con los hongos Pleurotus ostreatus y Phanerochaete crhysosporium (tratamiento secundario) acoplado con fotocatálisis TiO2/UV (tratamiento terciario). Después de 48 horas de tratamiento secundario, se removió hasta un 80% del color del agua residual y las Demandas Química y Bioquímica de Oxígeno (DQO y DBO5) fueron reducidas en 92 y 76% respectivamente. Las actividades Lacasa y MnP (410 U L-1 y 1428 U L-1, respectivamente) fueron centrales en la remoción de color y en la reducción de DQO y DBO5. Someter muestras de agua residual a 12 horas de tratamiento terciario resultó en una remoción de 86% de color, 73% de DQO y 86% de DBO. La aplicación de un tratamiento secuencial por 18 h incrementó su efectividad, lo cual resultó en 89% de remoción de color, además de 81% y 89% de remoción de DQO y DBO5 respectivamente. Con este tratamiento secuencial se observó una inactivación bacteriana del 55%. Las películas de TiO2 se reutilizaron continuamente durante 2 ciclos de tratamiento consecutivos sin reactivación térmica. Se alcanzaron porcentajes de remoción mayores al 50%. Las pruebas de toxicidad aguda llevadas a cabo con agua residual cruda produjeron un nivel de letalidad del 100% a 50% en Hydra attenuata y una inhibición de crecimiento del 54% a 50% en Lactuca sativa. El agua residual tratada secuencialmente produjo una letalidad del 13% a 6.25% y una inhibición del 12% a 75% para H. attenuata y L. sativa, respectivamente. Finalmente, el agua residual tratada secuencialmente fue reutilizada en experimentos de tinturado en los que la cantidad de colorante absorbido fue de 0.86 mg g-1 por g de tela, lo cual es equivalente a 80% de adsorción.

Resumo A indústria têxtil produz águas residuais que causam um impacto negativo ao meio ambiente quando são descartadas. Portanto, é necessário projetar e implementar novas soluções para seu tratamento. Um tratamento sequencial que consiste na co-cultura ligninolítica com os fungos Pleurotus ostreatus e Phanerochaete crhysosporium (tratamento secundário) acoplada à fotocatálise com TiO2/UV foi avaliado no laboratório para descolorir, desintoxicar e reutilizar água residual têxtil em ciclos subsequentes de tintura. Após 48 h de tratamento secundário, aproximadamente 80% da cor foi removida da água residual e sua demanda química e bioquímica de oxigênio (COD, e BOD5) foram diminuídas em 92% e 76%, respectivamente. A atividade de Laccase e MnP foram centrais na remoção da cor e diminuição de COD e BOD5, mostrando valores de atividade de 410 U L-1 e 1428 U L-1, respectivamente. Submeter as amostras de água residual a 12 h de tratamento terciário levou a uma remoção de 86% da cor e uma diminuição de 73% e 86% de COD e BOD5 respectivamente. A aplicação do tratamento sequencial por 18 h melhorou a efetividade do tratamento de águas residuais, resultando em 89% de remoção de cor e uma diminuição de 81% e 89% de COD e BOD5, respectivamente. Com este tratamento sequencial, observamos uma inativação bacteriana de 55%. As películas de TiO2 foram reutilizadas continuamente durante dois tratamentos consecutivos sem reativação térmica. Atingimos porcentagens de remoção acima de 50%. Os testes de toxicidade aguda feitos em água residual sem tratar causaram níveis de letalidades de 100% a 50% em Hydra attenuata e uma inibição do crescimento de 54% a 50% em Lactuca sativa. Enquanto água residual tratada sequencialmente causou uma letalidade de 13% a 6.25% e uma inibição de 12% a 75% para H. attenuata e L. sativa, respectivamente. Finalmente, a água residual tratada sequencialmente foi reutilizada em experimentos de tintura nos quais absorveu 0.86 mg g-1 por g de tecido, o que é equivalente a uma absorção de 80%.

Simultaneous decolorization and detoxification of black reactive 5 using TiO2 deposited over borosilicate glass / Decoloración simultánea y la desintoxicación de reactivo negro 5 con TiO2 depositadas sobre el vidrio de borosilicato por la técnica de sedimentación / Descoloração simultânea e a desintoxicação do preto reativo 5 com TiO2 depositadas em vidro de borosilicato pela técnica de sedimentação

Objective. Removal and detoxification of azo dye by photocatalysis with TiO2. Materials and methods. TiO2 films were prepared by sedimentation at pH 1.3, using as support a borosilicate glass, annealed for 1 hour at 450 °C. Physical characterization was performed by Scanning Electron Microscopy, X-ray diffraction and UV/VIS spectrometry. Dye Black Reactive 5 removal was carried-out in a quartz photo-reactor. Results. Optical characterization revealed the films displayed evident TiO2 spherical particles of various irregular sizes, porous, and without fractures. The average crystal size was 77.5 nm and 77.7 nm for 50 °C (dried temperature) and 450 °C (annealed temperature) respectively. The energy of the band gap (GAP) was 3.02 and 2.68 eV respectively. Maximum concentration of dye that negatively affected color removal was 80 mg/L (17%). At lower dye's concentrations (10, 50 and 70mg/L) decolorization was greater than 80%. TiO2 films were reused for five consecutive cycles of 6 hours at 10 mg/L (>80%), and three cycles of 10 hours at 70 mg/L (> 80%). Toxicity results demonstrate that Daphnia magna was more sensitive than Lactuca sativa. Conclusion. TiO2 films obtained by sedimentation demonstrated a high reactive black 5 decolorization and COD removal (86% and 100%), as well as toxicity reduction.

Objetivo. Decolorización y disminución de la toxicidad de un azo colorante usando fotocatálisis con TiO2. Materiales y métodos. Las películas de TiO2 fueron crecidas por sedimentación a pH 1,3 empleando vidrio de borosilicato como sustrato. La caracterización física se realizó por medio de microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectrometría de absorción UV/vis. Los estudios de remoción del colorante Negro Reactivo 5, se realizaron en un fotoreactor de cuarzo. Resultados. De acuerdo con la caracterización óptica, las películas de TiO2 presentaron partículas esféricas, con diferentes tamaños, irregulares y sin fracturas. El tamaño del cristal fue 77,5 nm y 77,7 nm para 50 y 450° C y la energía de banda prohibida fue 3,02 y 2,68 eV, respectivamente. La concentración máxima del colorante que afectó negativamente la remoción de color fue 80 mg/L (17%). A concentraciones más bajas de NR5 (10, 50 y 70 mg/L) la decoloración fue superior al 80%. Las películas de TiO2 se reutilizaron por 5 ciclos de 6 horas a 10 mg/L y 3 ciclos de 10 h a 70 mg/L. Los estudios de toxicidad en Lactuca sativa y Daphnia magna demostraron que D. magna fue más sensible que L. sativa. Conclusión. Las películas de TiO2 crecidas por sedimentación decoloraron el colorante negro reactivo 5 en un 86% y removieron la demanda química de oxígeno en un y 100%, igualmente redujeron la toxicidad.

Objetivo. Descolorar e diminuir a toxicidade de um corante azo utilizando fotocatálise com TiO2. Materiais e métodos. Os filmes de TiO2 foram obtidos por sedimentação a pH 1,3 usando vidro de borosilicato como substrato. A caracterização física foi realizada por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espectrometria de absorção UV/vis. Os estudos de remoção de corante Preto Reativo 5, foram realizados num fotorreator de quartzo. Resultados. De acordo com a caracterização óptica, os filmes de TiO2 presentearão partículas esféricas com tamanhos diferentes, irregulares e sem fracturas. O tamanho do cristal foi de 77,5 nm e 77,7 nm para 50 e 450°C e a energia de banda proibida foi 3,02 e 2,68 eV, respectivamente. A concentração máxima do corante que afetou negativamente a remoção de cor foi de 80 mg/L (17%), em concentrações mais baixas (70, 50 e 10 mg/L) a descoloração foi superior a 80%. Os filmes TiO2 foram reutilizados em 5 ciclos de 6 horas a 10 mg/L e 3 ciclos de 10 horas a 70 mg/L. Os estudos de toxicidade com Lactuca sativa e Hydra attenuata demonstraram que H. attenuata foi mais sensível que L. sativa. Conclusão. Os filmes de TiO2 obtidos por sedimentação descoloram o corante Preto Reativo 5 e removeram a demanda química de oxigénio em 86% e 100%, respectivamente; do mesmo modo reduziram a toxicidade.