Contaminación generada por colorantes de la industria textil
Resumen
La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es una de las industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se generan contienen un gran número de contaminantes de diferente naturaleza. Entre los contaminantes se destacan los colorantes. Estos compuestos se diseñan para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales. En este trabajo se da una breve descripción de la industria textil y de los contaminantes que se generan en los diferentes procesos, haciendo énfasis en los colorantes.
Palabras clave: Colorantes, contaminación, industria textil.
Abstract
Textile industry is one of the most important in México, but it consumes a large amount of water. The wastewater of textile industry contains different types of pollutants. Dyes are one of the pollutants in wastewaters of textile industry. These compounds are designed to be highly resistant, even to microbial degradation that is why they are difficult to remove in conventional waste water treatment plants. This paper gives a brief description of the textile industry and the pollutants generated in different processes, emphasizing about dyes.
Key words: Dyes, pollution, textile industry.
Más de diez mil diferentes tipos de pigmentos y colorantes sintéticos son usados en diferentes industrias como la textil, papelera, cosmética y farmacéutica, entre otras. Muchas actividades industriales liberan grandes cantidades de efluentes, contaminadas con colorantes, al ambiente (Tabla 1). La principal fuente emisora de colorantes es la industria textil (Anjaneyulu et al., 2005 y Días, et al., 2007).
Tabla 1 Concentraciones de color y cantidad de agua generada por algunas industrias (modificada de Anjaneyulu et al., 2005)
| Industria | Cantidad de agua generada (m3/Ton) | Concentración de color (unidades Hazen) |
| Azucarera | 0.4 m3/Ton caña triturada | 150-200 |
| Cervecería | 0.25 m3/Ton cerveza producida | 200-300 |
| Destilería | 12 m3/Ton de alcohol producido | 200-300 |
| Curtido | 28 m3/Ton de piel | 400-500 |
| Pulpa y papel | 175 m3/Ton de papel | 100-600 |
| Textil | 120 m3/Ton de fibra | 1100-1300 |
Los efluentes de la industria textil se caracterizan por fluctuaciones extremas en parámetros, tales como: la demanda química de oxígeno (DQO), la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), pH, color y salinidad. Algunos de los parámetros característicos de estos efluentes son los siguientes (Kuhad, et al., 2004; Dos Santos, et al., 2007 y Ranganatha et al., 2007):
- Color visible (1100-4500 unidades)
- Demanda química de oxígeno (800-1600 mg/L))
- pH alcalino (9-11)
- Sólidos totales (6000-7000 mg/L)
La composición del agua residual de una industria textil dependerá de las sustancias químicas que se usen durante el proceso (Manu y Chaudhari, 2002; Kuhad, et al., 2004; Dos Santos, et al., 2007 y Ranganathan et al., 2007).Los efluentes de la industria textil contienen una gran variedad de contaminantes provenientes de los diferentes procesos involucrados en la fabricación de fibras.
Algunas causas de la toxicidad acuática son las sales como NaCl y Na2SO4 (provenientes del teñido), agentes surfactantes como fenoles, metales pesados que están presentes en los colorantes, compuestos orgánicos como solventes clorados (provenientes del lavado y la limpieza de máquinas), biocidas como el pentaclorofenol (proveniente de fibra de lana contaminada) y aniones tóxicos como el sulfuro (presente en algunos colorantes), entre otros (Bae et al.,2005).
En la Figura 1 se muestra parte del proceso que se lleva a cabo en la industria textil y los contaminantes que se generan (Dos Santos et al., 2007). En el proceso de teñido se generan una gran cantidad de efluentes con colorantes ya que alrededor del 30% de estos compuestos se pierden debido a las ineficiencias del proceso de teñido y son descargados a los efluentes. El uso de una amplia variedad de colorantes químicos da origen, en periodos cortos de tiempo, a efluentes extremadamente variados en su composición, que requieren de un tratamiento de aguas muy complejo (Nigam et al., 1996; Kandelbauer et al., 2005 y Días et al., 2007).
Figura 1. Principales contaminantes involucrados en algunos procesos de la industria textil del algodón (Modificado de Dos Santos et al., 2007)
Ademoroti y colaboradores (1992) realizaron un estudio de las descargas de efluentes textiles en Nigeria y encontraron que el blanqueado, el calentamiento y el teñido; son tres de los procesos que tienen el mayor consumo de agua. Además, evaluaron la calidad del cuerpo receptor antes y después de las descargas (Tabla 2), con lo que pudieron evidenciar que la calidad del agua en el cuerpo receptor se afecta considerablemente.
Tabla 2. Efecto del efluente de una industria textil sobre la calidad del cuerpo receptor (Modificada de Ademoroti et al., 1992).
Caudal de descarga: 258 L/min. *** No se menciona
Dependiendo del tipo de colorante, se estima que del 2 al 50% de estos compuestos se desechan en las aguas residuales y se consideran como contaminantes persistentes que no pueden removerse con los métodos convencionales de tratamiento de aguas, debido a su origeny las estructuras complejas que presentan (Kuhad et al., 2004; Días et al., 2007 y Dos Santos et al., 2007).
En la Figura 2 se muestran las estructuras químicas de algunos colorantes que son comúnmente empleados en la industria textil.
Figura2. Ejemplo de algunos colorantes textiles y sus clases de cromóforos (en color rojo): (a) antraquinona (b) azo (c) triarilmetano (d) nitro y (e) índigo (modificado de Días et al., 2007).
Los colorantes están formados por un grupo de átomos responsables del color (cromóforos). Los grupos cromóforos más comunes son los azo (-N=N-), carbonilo (C=O), metilo (-CH3), nitro y grupos quinoides (Ver Tabla 2). Además de clasificarse por su grupo cromóforo, los colorantes también se clasifican de acuerdo a su aplicación: directos, reactivos, dispersos, entre otros (Christie, 2001 y Días et al., 2007).
Tabla 2. Grupos cromóforos más comunes
Se ha reportado que el tiempo de vida media del colorante azul 19 es de 46 años a 25°C y pH 7.0 (Hao et al., 2000). Adicionalmente, los colorantes tienen una pobre fijación sobre las telas y en el líquido que se descargan, se pueden encontrar concentraciones de colorante arriba de 1,500 mg/L. Más del 90% de los colorantes persisten después de los tratamientos con lodos activados y son recalcitrantes a la acción de depuración con dichos tratamientos (Días et al., 2007).Las estructuras químicas de las moléculas de colorantes resisten la exposición solar o el ataque químico, por lo que, en la mayoría de los casos, resultan también resistentes a la degradación microbiana. Se ha demostrado que ciertos colorantes azo pueden ser carcinogénicos y mutagénicos, además de que sus productos de degradación pueden resultar más tóxicos (Brown y De Vito, 1993; Ramsay y Nguyen, 2002; Gavril y Hodson, 2007). Las aminas aromáticas que se generan de la ruptura del enlace azo son comúnmente conocidas por su potencial carcinógeno (Chung et al.,, 1992; Chung et Stevens, 1993 y Weisburger, 2002).
El trabajo de Kwon et al. (2008) mostró la actividad mutagénica del agua de un río cercana a una zona industrial textil, aun cuando no reporta la identificación química de los agentes mutagénicos. También se ha reportado el efecto tóxico de efluentes textiles en hígado y testículos de ratas albinas, encontrando cambios en el contenido total de lípidos y colesterol; lo que revela una disminución en la función testicular, además de alteraciones sobre la síntesis de proteínas sobre las células espermatogénicas. Así mismo se encontró la disminución de las proteínas en el hígado como resultado de la acción necrótica del efluente con colorantes. Dichos resultados fueron sustentados analizando los daños morfológicos observados en las células del hígado (Mathur et al., 2003).
La mayoría de las poblaciones humanas están expuestas a una variedad considerable de sustancias tóxicas. Los monitoreos biológicos han llevado a estudiar diferentes ocupaciones para explorar sus riesgos en la salud. Dönbak et al. (2007) evaluaron el posible riesgo genotóxico para los trabajadores de la industria textil, quienes se exponen a una amplia variedad de químicos como colorantes textiles, agentes blanqueadores, ácidos, álcalis y sales. En los resultados de su estudio, los autores revelan que existe un riesgo de genotoxicidad en dichos trabajadores.
Por otro lado, algunos compuestos químicos orgánicos pueden ser absorbidos y utilizados por algunas plantas, tales como: el melón, el rábano y la papa. Los efluentes textiles pueden reducir la germinación de las semillas y el crecimiento temprano de algunos vegetales (Zhou, 2001 y Rehman et al., 2008).
En los efluentes textiles se pueden encontrar metales como: arsénico, cadmio, cromo, cobalto, cobre, manganeso, mercurio, níquel, plata, titanio, zinc, estaño y plomo. Muchos de esos metales se generan durante el proceso de teñido. En la Tabla 3 se muestran algunos metales presentes en diferentes clases de colorantes.
Tabla 3. Metales típicos encontrados en colorantes (Bae et al., 2006).
| Clase de colorante | Metales |
| Directo | Cobre |
| Reactivo | Cobre y níquel |
| Ácidos | Cobre, cromo, cobalto |
| Premetalizados | Cobre, cromo, cobalto |
| Mordante | Cromo |
Como puede observarse, uno de los metales más comunes en los colorantes es el cobre, este elemento es conocido por sus efectos negativos en cultivos vegetales y microorganismos, lo cual trae como consecuencia una disminución de la fertilidad del suelo. Los metales pesados en general tienen una baja solubilidad en agua, por lo que la concentración de metales en el agua depende de parámetros como el pH, potencial REDOX, contenido de materia orgánica y cantidad de metal presente. Para los colorantes que contienen metales como parte integral de la molécula, el contenido metálico es esencial para su rendimiento como colorante textil (Bae et al., 2005).
Los colorantes, aún a bajas concentraciones, son altamente visibles y, dependiendo del proceso usado y de la normatividad vigente (por ejemplo, 1 ppm como concentración límite permisible en ríos para el caso del Reino Unido), es posible requerir de una reducción hasta del 98% de la concentración del colorante presente en el efluente industrial. Por esta razón, existe una fuerte demanda de tecnologías que permitan eliminar el color en estos efluentes y así hacer posible reciclar el importante volumen de agua que se consume durante el proceso. La degradación microbiana o enzimática podría permitir el reuso del agua tratada, ya que las enzimas solo atacan las moléculas del colorante, debido a su alta especificidad y dejan intactas los aditivos y las fibras (Kandelbauer y Guebitz, 2005).
Debido a la contaminación ambiental que generan los efluentes de la industria textil, la eliminación de los colorantes en este tipo de efluentes representa un reto tecnológico en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Existen métodos que se utilizan en el tratamiento de aguas residuales con colorantes que pueden aplicarse de manera eficiente y se encuentran disponibles comercialmente. Algunas tecnologías son altamente específicas y con costos elevados, por lo que no se aplican para una amplia variedad de colorantes y no resuelven totalmente el problema de la decoloración (Kuhad et al., 2004 y Anjaneyulu et al.,, 2005). Algunos de los métodos efectivos que se han usado para remover colorantes son la adsorción, transformación química, incineración, ozonación y fotocatálisis, aunque estas tecnologías resultan costosas (De Moraes et al., 2000). Los sistemas biológicos aplicados a la degradación de colorantes se consideran como una alternativa menos costosa y menos agresiva con el ambiente (Robinson et al.,, 2001).
Referencias
1. Ademoroti, A., Ukponmwan, O., Omode, A., 1992. Studies of textile effluent discharges in Nigeria. Int. J. Environ. Stud. 39, 291-296.
2. Anjaneyulu Y., Sreedhara-Chary N. y Suman-Raj S., 2005. Decolourization of industrial effluents – available methods and emerging technologies – a review. Rev. Environ. Sci. Technol., 4, 245–273.
3. Bae S.J., Freeman S.H. y Kim D.S., 2006. Influences of new azo dyes to the aquatic ecosystem. Fiber Polymer., 7, 30-35
4. Brown M.A. y De Vito S.C., 1993. Predicting azo dye toxicity. Crit. Rev. Environ.Sci. Technol.,23, 249–324.
5. Christie R., 2001. Colour Chemistry. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom.
6. Chung K.T. y Stevens S.E.J., 1993. Decolourisation of azo dyes by environmental microorganisms and helminthes. Environ. Toxicol. Chem., 12, 2121–2132.
7. Chung K.T., Steven S.E.J. y Cerniglia C. E., 1992. The reduction of azo dyes bye the intestinal microflora. Crit. Rev. Microbiol., 18, 175-197.
8. De Moraes S.G., Freire R.S. y Duran N., 2000. Degradation and toxicity reduction of textile effluent by combined photocatalytic and ozonation processes. Chemosphere, 40, 369-373.
9. Dias A.D., Sampaio A. y Bezerra R.M., 2007. Environmental applications of fungal and plant systems: decolourisation of textile wastewater and related dyestuffs. En Environmental Bioremediation Technologies (Editores Singh S.N. yTripathi R.D.) Springer Berlin Heidelberg, 445-463.
10. Dönbak L., Rencuzogullari E., Topaktas M. y Sahin G., 2006. A biomonitoring study on the workers from textile dyeing plants. Genetika., 42, 613–618.
11. Dos-Santos A., Cervantes F. y Van-Lier J., 2007. Review paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: Perspectives for anaerobic biotechnology. Bioresour. Technol., 98, 2369-2385.
12. Gavril M. y Hodson P.V., 2007. Investigation of the Toxicity of the Products of Decoloration of Amaranth by Trametes versicolor. J. Environ. Qual., 36, 1591–1598.
13. Hao O.J., Kim H. y Chang P.C., 2000. Decolorization of wastewater. Crit. Rev. Env. Sci. Technol., 30, 449–505.
14. Kandelbauer A. y Guebitz G.M., 2005. Bioremediation for the decolorization of textile dyes - a review. En Environmental Chemistry (Editores: Lichtfouse E, Dudd S, Robert D) Springer Berlin Heidelberg, 269-288.
15. Kuhad R.C., Sood N., Tripathi K.K., Singh A. y Ward O.P., 2004. Developments in microbial methods for the treatment of dye effluents. Adv. Appl. Microbiol., 56, 185-213.
16. Kwon J.H., Lee H.K., Kwon J., Kim K., Park E., Kang M.H. y Kim Y.H., 2008. Mutagenic activity of river water from a river near textile industrial complex in Korea. Environ. Monit. Assess., 142, 289–296.
17. Manu B. y Chaudhari S., 2002. Anaeobic decolorization of simulated textile wastewater containing azo dyes. Biores. Technol., 82, 225–231.
18. Mathur N., Krishnatrey R., Sharma S. y Sharma K.P., 2003. Toxic effects of textile printing industry effluents on liver and testes of albino rats. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 71:453–457.
19. Nigam P., Banat I.M., Singh D. y Marchant R., 1996. Microbial process for the decolorization of textile effluent containing azo, diazo and reactive dyes. Process Biochem., 31, 435–42.
20. Ramsay J. y Nguyen T., 2002. Decoloration of textile dyes by Trametes versicolor and its effect on dye toxicity. Biotechnol. Lett., 24, 1757–1761.
21. Ranganathan K., Jeyapaul S. y Sharma D., 2007. Assessment of water pollution in different bleaching based paper manufacturing and textile dyeing industries in India. Environ. Monit. Assess., 134, 363–372.
22. Rehman A., Bhatti H. y Rehman H., 2008. Textile effluents affected seed germination and early growth of some winter vegetable crops: a case study. Water Air Soil Pollut., 198, 155-163.
23. Weisburger J.H., 2002. Comments on the history and importance of aromatic and heterocyclic amines in public health. Mutat. Res., 506–507, 9–20.
24. Zhou Q., 2001. Chemical pollution and transport of organic dyes in water–soil–crop systems of the chinese coast. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 66, 784–793.
[a] Preparatoria No. 4
[b] AAQ, UAEH
[c] UNAM