Processo di elettrocoagulazione/flottazione per la rimozione del rame da un ambiente acquoso

Jul 03, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13334 (2023) Citare questo articolo

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La presenza di rame in ambienti acquosi come l'acqua potabile ha portato a numerosi effetti ambientali, come sapore e odore. L’aumento dei livelli di Cu nelle acque sotterranee e superficiali è stato attribuito principalmente a fonti antropiche e naturali. Di conseguenza, questo studio di analisi applicata mirava a studiare la rimozione del rame dall'acqua potabile urbana attraverso l'elettrocoagulazione/flottazione (ECF) del reattore batch con elettrodi di alluminio. L'efficienza di rimozione del rame è stata valutata in varie condizioni operative di densità di corrente (0,8–2,4 mA/cm2), concentrazione iniziale (1–100 mg/L), pH (3,5–10,5) e tempo (10–30 minuti). Cu è stato determinato utilizzando il metodo delineato nelle procedure standard (3500-Cu B a 4571 nm). I risultati hanno indicato che aumentando la densità di corrente da 0,8 a 2,4 mA/cm2 e il tempo di reazione da 10 a 30 minuti si migliora l'efficienza di rimozione del Cu+2 (dal 95 al 100%). Inoltre, i risultati hanno dimostrato che la riduzione di Cu+2 è del 100% con una concentrazione iniziale di 100 mg/L, un pH di 7,5, un tempo di reazione di 30 minuti e una densità di corrente anodica di 2,4 mA/cm2. I risultati del metodo Taguchi per l'efficienza di rimozione del rame mostrano che il tempo di reazione è la variabile più significativa. Inoltre, i modelli cinetici di rimozione del Cu in un reattore ECF sono del secondo ordine (R2 > 0,92). La rimozione del Cu nel reattore ECF è dovuta all'ossidoriduzione e all'adsorbimento. Inoltre, si stima che i costi operativi del trattamento del Cu con coppie di elettrodi di Al siano compresi tra 8857 e 9636 Rial/kg di Cu rimosso. Pertanto, si può concludere che il processo ECF è molto efficiente nella rimozione del Cu dagli ambienti acquosi in condizioni ottimali.

Il rame (Cu) è un metallo duttile con conduttività elettrica e termica estremamente elevata. Il Cu è un minerale traccia essenziale per tutti gli organismi viventi perché è un costituente chiave del complesso enzimatico respiratorio citocromo ossidasi. L'elemento Cu esiste nelle forme Cu+1 e Cu+21,2. Il Cu è presente nel fegato, nei muscoli e nelle ossa. I composti di Cu sono attualmente utilizzati come sostanze batteriostatiche, fungicidi e preservanti del legno. Inoltre, il solfato di rame (CuSO4) è ampiamente utilizzato come algicida negli ambienti acquatici3, dove l'elevata concentrazione di Cu nell'acqua potabile trattata provoca effetti negativi sulla salute come anemia, irritazione degli occhi e della pelle e danni al cervello umano e agli organi cardiaci4.

Vari composti del rame vengono utilizzati nel trattamento dei tumori5. Inoltre, è stata evidenziata un'associazione nota tra livelli sierici anomali di Cu e malattia di Alzheimer (AD)6. L'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente degli Stati Uniti (EPA) afferma che il livello di concentrazione massima (MCL) per il rame nell'acqua potabile è 1,3 mg/L7. Gli enzimi Cu e Cu influenzano il metabolismo energetico, la disintossicazione ossidativa e la respirazione mitocondriale8, dove Cu e altri micronutrienti, come il ferro, sono essenziali per prevenire l'AD9. Inoltre, le attività antropiche (fili e cavi, dispositivi elettronici e relativi, architettura, applicazioni antimicrobiche, produzione del legno, attività industriali, minerarie e agricole e scarico delle acque reflue) e naturali (corrosione dei sistemi idraulici domestici, erosione delle rocce, erosione delle rocce e del suolo, e deposizione atmosferica) sono responsabili della maggior parte dell'aumento dei livelli di Cu nelle acque sotterranee e superficiali10. A causa dei suoi effetti negativi sulla salute umana e sugli ecosistemi acquatici, il Cu è particolarmente considerato nel trattamento delle acque reflue industriali, dove tra le applicazioni rientrano la separazione delle membrane, lo scambio ionico, la precipitazione chimica, l’elettrochimica, l’adsorbimento e la biotecnologia11.

Secondo una revisione sistematica condotta in Iran, la concentrazione di Cu nell'acqua potabile supera i limiti consentiti nel 7,69% degli studi condotti12. La concentrazione di Cu in 8 campioni su 58 è superiore al limite consentito (2,99 mg/L) nelle fonti di acqua potabile della città di Karaj, Iran13. Secondo la ricerca condotta in 6 stagni di acqua piovana in Florida, la concentrazione di rame nei sedimenti è molte volte quella dell'acqua14. Gli input importanti di Cu nell'acqua dolce sono fonti naturali (3,7 ktpa), agricoltura (1,8 ktpa) e deflusso (1,8 ktpa) nell'Unione Europea15. L'intervallo di concentrazione del rame disciolto è 6,4–45,4 nM nelle acque costiere e di estuario in acque provenienti da un sistema costiero urbano e altamente industrializzato16.