Laccase enzyme-based treatment of textile dyes : performance and environmental implications

Abstract

Textile industry generates significant quantities of dye-containing wastewater, posing environmental challenges due to the persistence and potential toxicity of the synthetic dyes. Conventional wastewater treatment methods often exhibit limitations regarding efficiency, sustainability, or economic feasibility, which has increased interest in enzymatic treatment approaches such as laccase-based systems. This thesis aims to examine dye decolorization and degradation efficiency of laccase in textile dye treatment and evaluate the environmental and sustainability implications associated with its application.

This thesis consists of a systematic literature review and separate experimental part. The systematic literature review evaluated reported decolorization efficiencies, degradation evidence, stability, reuse potential, toxicity reduction, and real wastewater applicability across different laccase system configurations. The experimental part examined decolorization behavior of Remazol Brilliant Blue R, Bezaktiv Blue BA, and Bemaplex Navy M-T. The findings demonstrate that laccase can achieve high decolorization efficiencies, but its performance is strongly dye-dependent and influenced by structural compatibility between the enzyme and dye chromophore. System configurations may enhance stability, redox accessibility, and operational robustness, but they do not overrule inherent dye–enzyme compatibility. The study highlights that decolorization efficiency should not be interpreted as sufficient evidence of environmental remediation, as evidence of degradation, toxicity reduction, and real wastewater validation remains limited. Laccase-based dye treatment demonstrates significant potential, but its practical implementation and further sustainability claims should be evaluated within realistic industrial contexts.

Tekstiiliteollisuus tuottaa merkittäviä määriä väriainepitoista jätevettä, joka aiheuttaa ympäristöhaasteita synteettisten väriaineiden pysyvyyden ja mahdollisen toksisuuden vuoksi. Perinteisillä jätevedenkäsittelymenetelmillä on usein rajoitteita tehokkuuden, kestävyyden tai taloudellisen toteutettavuuden näkökulmista, mikä on lisännyt kiinnostusta entsymaattisiin menetelmiin, kuten lakkaasi-entsyymipohjaisiin järjestelmiin. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia lakkaasin värinpoisto- ja hajoamistehokkuutta tekstiilivärien käsittelyssä sekä arvioida sen käyttöön liittyviä ympäristö- ja kestävyysvaikutuksia.

Työ koostuu systemaattisesta kirjallisuuskatsauksesta sekä kokeellisesta osuudesta. Kirjallisuuskatsauksessa arvioitiin raportoituja värinpoistotehokkuuksia, todisteita väriaineiden hajoamisesta, stabiilisuutta, uudelleenkäyttöpotentiaalia, toksisuuden vähenemistä sekä soveltuvuutta todelliseen jäteveteen. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin Remazol Brilliant Blue R:n, Bezaktiv Blue BA:n ja Bemaplex Navy M-T:n värinpoisto käyttäytymistä. Tulokset osoittavat, että lakkaasilla voidaan saavuttaa korkeita värinpoistotehokkuuksia, mutta suorituskyky on vahvasti väriainekohtaista ja riippuu entsyymin ja väriaineen kromoforin rakenteellisesta yhteensopivuudesta. Konfiguraatiot voivat parantaa stabiilisuutta, redox-saavutettavuutta ja toiminnallista kestävyyttä, mutta ne eivät kumoa luontaista väriaine–entsyymi-yhteensopivuutta. Tutkimus korostaa, ettei värinpoistotehokkuutta tule pitää riittävänä näyttönä merkittävästä ympäristön remediaatiosta, sillä todisteet väriaineiden hajoamisesta, toksisuuden vähenemisestä ja todellisesta jäteveden validionnista jäävät rajallisiksi. Lakkaasi-entsyymipohjainen väriainekäsittely osoittaa merkittävää potentiaalia, mutta sen käytännön toteutusta ja kestävyysväittämiä tulisi arvioida realistisissa teollisissa olosuhteissa.