Processo de eletrocoagulação/flotação para remoção de cobre de um ambiente aquoso

Aug 28, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13334 (2023) Citar este artigo

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A presença de cobre em ambientes aquosos, como a água potável, tem levado a diversos efeitos ambientais, como sabor e odor. O aumento dos níveis de Cu nas águas subterrâneas e superficiais tem sido atribuído principalmente a fontes antrópicas e naturais. Consequentemente, este estudo analítico-aplicado teve como objetivo investigar a remoção de cobre da água potável urbana através de eletrocoagulação/flotação (ECF) em reator descontínuo com eletrodos de alumínio. A eficiência de remoção de cobre foi avaliada sob diversas condições operacionais de densidade de corrente (0,8–2,4 mA/cm2), concentração inicial (1–100 mg/L), pH (3,5–10,5) e tempo (10–30 min). O Cu foi determinado utilizando o método descrito nos procedimentos padrão (3500-Cu B a 4571 nm). Os resultados indicaram que o aumento da densidade de corrente de 0,8 para 2,4 mA/cm2 e do tempo de reação de 10 para 30 min melhorou a eficiência de remoção de Cu+2 (de 95 para 100%). Além disso, os resultados demonstraram que a redução de Cu+2 é de 100% com concentração inicial de 100 mg/L, pH de 7,5, tempo de reação de 30 min e densidade de corrente anódica de 2,4 mA/cm2. Os resultados do método Taguchi para eficiência de remoção de cobre mostram que o tempo de reação é a variável mais significativa. Além disso, os modelos de cinética de remoção de Cu em um reator ECF são de segunda ordem (R2 > 0,92). A remoção de Cu no reator ECF é devida a redox e adsorção. Além disso, os custos operacionais do tratamento de Cu com pares de eletrodos de Al são estimados entre 8.857 e 9.636 Rial/kg de Cu removido. Assim, pode-se concluir que o processo ECF é muito eficiente na remoção de Cu de ambientes aquosos em condições ótimas.

O cobre (Cu) é um metal dúctil com condutividade elétrica e térmica extremamente alta. O Cu é um mineral essencial para todos os organismos vivos porque é um constituinte chave do complexo enzimático respiratório citocromo oxidase. O elemento Cu existe nas formas Cu+1 e Cu+21,2. O Cu está presente no fígado, nos músculos e nos ossos. Os compostos de Cu são atualmente utilizados como substâncias bacteriostáticas, fungicidas e conservantes de madeira. Além disso, o sulfato de cobre (CuSO4) é amplamente empregado como algicida em ambientes aquáticos3, onde a alta concentração de Cu na água potável tratada causa efeitos adversos à saúde, como anemia, irritação nos olhos e na pele, além de danos ao cérebro e aos órgãos cardíacos humanos4.

Vários compostos de cobre são utilizados no tratamento de tumores5. Além disso, foi evidenciada uma associação conhecida entre níveis séricos anormais de Cu e doença de Alzheimer (DA)6. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) afirma que o nível máximo de concentração (MCL) de cobre na água potável é de 1,3 mg/L7. As enzimas Cu e Cu afetam o metabolismo energético, a desintoxicação oxidativa e a respiração mitocondrial8, onde o Cu e outros micronutrientes, como o ferro, são essenciais para a prevenção da DA9. Além disso, antropogênicas (fios e cabos, eletrônicos e dispositivos relacionados, arquitetura, aplicações antimicrobianas, fabricação de madeira, atividades industriais, de mineração e agrícolas e descarga de esgoto) e naturais (corrosão de sistemas de encanamento doméstico, intemperismo de rochas, erosão de rochas e solos, e deposição atmosférica) são responsáveis ​​pela maior parte do aumento nos níveis de Cu nas águas subterrâneas e superficiais10. Devido aos seus efeitos negativos na saúde humana e nos ecossistemas aquáticos, o Cu é particularmente considerado no tratamento de águas residuais industriais, onde separação por membranas, troca iônica, precipitação química, eletroquímica, adsorção e biotecnologia estão entre as aplicações11.

Segundo revisão sistemática realizada no Irã, a concentração de Cu na água potável excede os limites permitidos em 7,69% dos estudos realizados12. A concentração de Cu em 8 amostras de 58 amostras está acima do limite permitido (2,99 mg/L) nas fontes de água potável da cidade de Karaj, no Irã13. De acordo com a pesquisa realizada em seis lagoas de águas pluviais na Flórida, a concentração de cobre nos sedimentos é várias vezes maior que a da água14. As entradas importantes de Cu para a água doce são fontes naturais (3,7 ktpa), agricultura (1,8 ktpa) e escoamento (1,8 ktpa) na União Europeia15. A faixa de concentração de cobre dissolvido é de 6,4 a 45,4 nM em águas costeiras e estuarinas em águas de um sistema costeiro urbano e altamente industrializado .