Процесс электрокоагуляции/флотации для удаления меди из водной среды.

Aug 28, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13334 (2023) Цитировать эту статью

191 Доступ

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Присутствие меди в водной среде, такой как питьевая вода, привело к ряду экологических последствий, таких как вкус и запах. Увеличение содержания меди в грунтовых и поверхностных водах в основном связано с антропогенными и природными источниками. Следовательно, данное прикладно-аналитическое исследование было направлено на изучение удаления меди из городской питьевой воды посредством электрокоагуляции/флотации периодического действия (ECF) с алюминиевыми электродами. Эффективность удаления меди оценивали при различных условиях эксплуатации по плотности тока (0,8–2,4 мА/см2), начальной концентрации (1–100 мг/л), pH (3,5–10,5) и времени (10–30 мин). Cu определяли методом, описанным в стандартных процедурах (3500-Cu B при 4571 нм). Результаты показали, что увеличение плотности тока с 0,8 до 2,4 мА/см2 и времени реакции с 10 до 30 минут повышает эффективность удаления Cu+2 (с 95 до 100%). Кроме того, результаты показали, что восстановление Cu+2 составляет 100% при начальной концентрации 100 мг/л, pH 7,5, времени реакции 30 мин и плотности анодного тока 2,4 мА/см2. Результаты метода Тагучи по эффективности удаления меди показывают, что время реакции является наиболее значимой переменной. Кроме того, модели кинетики удаления Cu в реакторе ECF имеют второй порядок (R2 > 0,92). Удаление Cu в реакторе ECF происходит за счет окислительно-восстановительного процесса и адсорбции. Более того, эксплуатационные затраты на обработку меди парами алюминиевых электродов оцениваются в пределах от 8857 до 9636 риалов/кг удаленной меди. Таким образом, можно сделать вывод, что процесс ECF очень эффективен при удалении Cu из водной среды в оптимальных условиях.

Медь (Cu) — пластичный металл с чрезвычайно высокой электро- и теплопроводностью. Cu является важным микроэлементом для всех живых организмов, поскольку он является ключевым компонентом комплекса дыхательных ферментов цитохромоксидазы. Элемент Cu существует в формах Cu+1 и Cu+21,2. Cu присутствует в печени, мышцах и костях. Соединения меди в настоящее время используются в качестве бактериостатических веществ, фунгицидов и консервантов древесины. Кроме того, сульфат меди (CuSO4) широко используется в качестве альгицида в водной среде3, где высокая концентрация Cu в очищенной питьевой воде вызывает неблагоприятные последствия для здоровья, такие как анемия, раздражение глаз и кожи, а также повреждение человеческого мозга и органов сердца4.

Различные соединения меди используются при лечении опухолей5. Кроме того, была доказана известная связь между аномальными уровнями меди в сыворотке и болезнью Альцгеймера (БА)6. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) утверждает, что максимальный уровень концентрации (MCL) меди в питьевой воде составляет 1,3 мг/л7. Ферменты Cu и Cu влияют на энергетический обмен, окислительную детоксикацию и митохондриальное дыхание8, где Cu и другие микроэлементы, такие как железо, необходимы для предотвращения AD9. Кроме того, антропогенные (провода и кабели, электроника и сопутствующие устройства, архитектура, применение противомикробных препаратов, деревообработка, промышленная, горнодобывающая и сельскохозяйственная деятельность, а также сброс сточных вод) и природные (коррозия бытовых водопроводных систем, выветривание горных пород, эрозия горных пород и почвы, и атмосферные осаждения) на долю источников приходится большая часть увеличения уровней меди в грунтовых и поверхностных водах10. Из-за своего негативного воздействия на здоровье человека и водные экосистемы Cu особенно рассматривается при очистке промышленных сточных вод, где к числу применений относятся мембранное разделение, ионный обмен, химическое осаждение, электрохимия, адсорбция и биотехнология11.

По данным систематического обзора, проведенного в Иране, концентрация Cu в питьевой воде превышает допустимые нормы в 7,69% проведенных исследований12. Концентрация Cu в 8 пробах из 58 проб превышает допустимую норму (2,99 мг/л) в источниках питьевой воды города Карадж, Иран13. По данным исследований, проведенных в 6 прудах с ливневой водой во Флориде, концентрация меди в отложениях в несколько раз превышает концентрацию в воде14. Важными источниками поступления меди в пресную воду являются природные источники (3,7 тыс. тонн в год), сельское хозяйство (1,8 тыс. тонн в год) и сточные воды (1,8 тыс. тонн в год) в Европейском Союзе15. Диапазон концентрации растворенной меди составляет 6,4–45,4 нМ в прибрежных и устьевых водах высокоиндустриальной и городской прибрежной системы16.