Przed jakimi wyzwaniami w kontekście zanieczyszczenia środowiska stoi sektor przemysłu włókienniczego?
Producenci wyrobów odzieżowych i tekstylnych przez lata rozbudzali nasze potrzeby konsumenckie. W ramach trendu ‘fast fashion’ kreatorzy marek modowych prezentują od sześciu do nawet dwunastu kolekcji w roku, promując wzrost sprzedaży swoich produktów. Natomiast, my, jako konsumenci rzadko zastanawiamy się, jakie konsekwencje dla środowiska niesie za sobą zakup kolejnego t-shirtu. Trzeba sobie uświadomić drugą twarz przemysłu modowego. Naukowcy szacują, że nawet 10% globalnej emisji gazów cieplarnianych pochodzi z produkcji tekstyliów Z kolei 5% powierzchni składowisk zajmują odpady tekstylne, równocześnie 20% całkowitego zanieczyszczenia słodkiej wody jest wynikiem przetwarzania materiałów włókienniczych. Myślę, że te liczby dają ogólny obraz tego, przed jakimi wyzwaniami stoją producenci tekstyliów. Obecnie najbardziej promowanymi działaniami proekologicznymi w przemyśle tekstylnym są recykling i upcykling, czyli zamykanie obiegu surowców.
Czym charakteryzują się ścieki z przemysłu włókienniczego?
Oczyszczanie ścieków włókienniczych stanowi wyzwanie naukowe i technologiczne. To głównie woda pochodząca z procesów chemicznego przetwarzania tkanin i dzianin, ich prania, bielenia, barwienia i druku. Wiadomym jest, że ścieki pochodzące z wymienionych operacji będą zawierały przede wszystkim substancje chemiczne i fragmenty włókien. Dlatego charakteryzują się one intensywnym zabarwieniem, wysokim zasoleniem, najczęściej alkalicznym odczynem pH. Te cechy sprawiają, że ścieki włókiennicze trudno ulegają biodegradacji, czyli nie są przyjazne dla organizmów stanowiących podstawę funkcjonowania grupowych systemów oczyszczania ścieków, tj. łódzki GOŚ. Konsekwencją przesyłania ścieków włókienniczych do zbiorowych kompleksów oczyszczania może być nawet ich wadliwe działanie. Część zanieczyszczeń włókienniczych może nie być usuwanych w oczyszczalniach i ponownie trafiać do środowiska, jako zanieczyszczenie wtórne. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie odpowiednio opracowanych metod oczyszczania dedykowanych do usuwania zanieczyszczeń włókienniczych.
Jakie są obecnie wykorzystywane sposoby na oczyszczanie ścieków z tego sektora przedsiębiorstw?
Może trudno w to uwierzyć, ale w skali światowej gros ścieków przemysłu włókienniczego nie jest w ogóle oczyszczanych i trafia wprost do środowiska. Większość tych przypadków dotyczy krajów azjatyckich. W krajach wysokorozwiniętych, jak pokazują ostanie analizy, ok. 73% firm odprowadza ścieki do kanalizacji miejskiej bez ich wstępnego oczyszczania. To oznacza, że ścieki trafiają do kompleksów grupowego oczyszczania. Jednak specjalnie dedykowane przyzakładowe oczyszczalnie ścieków włókienniczych pojawiają się co raz częściej. Polskie firmy włókiennicze wpisują się w europejskie trendy i można takich przedsiębiorstw wymienić kilkanaście. Natomiast metody oczyszczania stosowane obecnie w skali przemysłowej są typowe i obejmują w większości technologię membranową, koagulację-flokulację, biodegradację osadem czynnym, ozonowanie. Popularne jest także zastosowanie klasycznego odczynnika Fentona, aczkolwiek ta metoda oczyszczania posiada szereg ograniczeń.
Na czym polega metoda elektro-oxy-Fenton?
Jak wspomniałam, najbardziej popularne jest oczyszczanie ścieków włókienniczych odczynnikiem Fentona. Działanie tej klasycznej metody polega na wytworzeniu rodnika hydroksylowego z nadtlenku wodoru w obecności jonów żelaza. Rodnik hydroksylowy jest jednym z najsilniejszych znanych utleniaczy, w związku z czym jest w stanie rozłożyć wiele zanieczyszczeń występujących w ściekach. Odczynnik Fentona bardzo skutecznie usuwa zabarwienie, które jest tak charakterystyczne dla ścieków włókienniczych. Jednakże proces ten w klasycznej formie ma wiele ograniczeń, takich jak wąski zakres odczynu pH w którym może być stosowany. Ponadto w swoich wcześniejszych badaniach zaobserwowałam szereg zjawisk inhibitujących ten proces, np. obecność zasolenia.
Dzięki wcześniejszym badaniom opracowałam sposób, w jaki można stosować podstawowy proces Fentona, tak aby w nowej formie wykorzystać jego zalety i ograniczyć wady. Tak narodził się pomysł procesu elektro-oxy-Fenton. Jest to hybryda klasycznego chemicznego odczynnika Fentona i procesu elektro-chemicznego. Dzięki zastosowaniu nowego materiału elektrod możliwe będzie jednoczesne produkowanie koagulantu i reaktywnych form tlenu. Nowy proces będzie zatem multifunkcjonalny. Założeniem metody elektro-oxy-Fenton jest usuwanie w jednej operacji technologicznej zarówno zanieczyszczeń rozpuszczonych, np. barwników, ale również cząstek zawieszonych. Szczególnie ważne było w nowej metodzie usuwanie mikrowłókien, które są źródłem mikroplastiku. Problem ten jest szczególnie ważny ze względu na postępującą degradację mórz i oceanów.
Ważnym elementem Pani badań jest implementacja rozwiązań z laboratorium do skali makro, w działającej firmie. Jak wygląda przygotowanie takich rozwiązań?
Problem mikroplastiku w ściekach włókienniczych jest stosunkowo nowy.
W skali przemysłowej nie ma jak dotąd systemów dedykowanych do usuwania tego typu zanieczyszczeń. Z kolei nowatorskie rozwiązania z zakresu inżynierii środowiska są najczęściej realizowane w skali laboratoryjnej i rzadko wychodzą poza fazę eksperymentalną. Moim celem jest przede wszystkim opracowanie takiego procesu, który realnie można zastosować w skali wielkogabarytowej. Od 14 lat jestem pracownikiem przemysłu, więc już na etapie opracowywania idei rozważam możliwość praktycznego zastosowania danego rozwiązania. W trakcie realizacji badań stopniowo przeskalowuję urządzenie, starając się jak najwierniej odwzorować warunki przemysłowe. Często powiększam pierwotne urządzenie do skali ćwierć-technicznej. Biorę pod uwagę warunki późniejszego użytkowania i obsługi. Ważne jest dla mnie także bezpieczeństwo przyszłych operatorów i możliwości sprzętowe (pompy, armatura, zasilacze).
Jakie są cele projektu realizowanego w programie Lider?
Cieszę się, że mój projekt pt. FOR-TEX-FENTON został pozytywnie oceniony przez ekspertów i zakwalifikowany do dofinansowania w ramach konkursu LIDER XIII. Realizacja zadań przewidziana jest od września 2023 do sierpnia 2026, czyli przez okres 3 lat. Po tym czasie zakładam opracowanie w pełni funkcjonalnego systemu oczyszczania ścieków włókienniczych, pozwalającego usunąć typowe zanieczyszczenia oraz mikroplastik. Podstawę systemu oczyszczania będzie stanowił nowy proces elektro-oxy-Fenton. Badania prowadzimy na rzeczywistych ściekach, a system zostanie sprawdzony w powiększonej skali, w warunkach rzeczywistych w przemyśle.
Dlaczego warto być naukowcem?
Nie lubię ograniczać się do obserwowania wyników swojej pracy na papierze. Największą satysfakcję daje mi możliwość stosowania swoich pomysłów w praktyce. Prawdziwą radość odczuwam, kiedy moja praca ma wymiar praktyczny i ktoś korzysta z jej efektów w realnym zastosowaniu.
Rozmawiała: Agnieszka Garcarek-Sikorska