L'efficienza della rimozione degli ioni di metalli pesanti dalle acque reflue dell'elettrolucidatura industriale utilizzando materiali naturali

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 17766 (2022) Citare questo articolo

1669 accessi

4 citazioni

10 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I metalli pesanti sono presenti nelle acque reflue generate dai settori industriali, rappresentando una minaccia per l’ambiente, comprese le risorse idriche superficiali e sotterranee. Tenendo presente tutto ciò, vi è un crescente interesse nella ricerca di metodi alternativi ma efficaci per rimuovere gli ioni di metalli pesanti dalle acque reflue industriali. L'assorbimento è una delle tecniche facilmente applicate grazie alla semplicità, all'elevata efficienza, alla produzione di piccole quantità di fanghi, al basso investimento e alla fattibilità del processo in un ampio intervallo di pH e temperatura. Questo documento tratta il trattamento delle acque reflue industriali derivanti dall'elettrolucidatura dell'acciaio inossidabile contenente elevate concentrazioni di ioni metallici Fe(III), Cr(III), Ni(II) e Cu(II). Tenendo conto dell’efficacia, della disponibilità e dell’applicabilità dei bioassorbenti per le acque reflue acide, per lo studio sono stati selezionati bucce d’arancia, alghe, Eclipta alba e gusci d’uovo. Sono stati effettuati test di assorbimento per Eclipta alba e i risultati ottenuti hanno mostrato un adattamento migliore per il modello cinetico del secondo ordine (R2 > 0,99) e il modello isotermico di Langmuir (R2 > 0,99). La capacità massima di adsorbimento era di 17,92 mg/g per la miscela di ioni metallici. È stato stabilito il potenziale utilizzo di gusci d'uovo essiccati e calcinati. Entrambi i materiali hanno raggiunto un tasso di rimozione elevato superiore al 95%. Dalla soluzione vengono rimossi prima il ferro e il cromo (rispettivamente circa il 100% e il 90%), seguiti dagli ioni nichel e rame. Le misurazioni FT-IR e SEM con EDS utilizzate per caratterizzare i materiali, insieme a test di laboratorio utilizzando veri effluenti industriali, hanno permesso di determinarne il meccanismo d'azione. Per tutti i materiali testati è stata determinata l'area superficiale specifica e i valori sono stati: 1,63, 0,15 e 5,15 m2/g rispettivamente per Eclipta alba, gusci d'uovo essiccati e gusci d'uovo calcinati. I risultati forniscono motivo di ottimismo nell’applicazione di materiali selezionati per il trattamento delle acque reflue industriali.

L’inquinamento da metalli pesanti è diventato un grave problema ambientale che ha attirato crescente attenzione negli ultimi anni. Gli ioni di metalli pesanti sono tra gli inquinanti più indesiderabili1,2. Molti settori industriali generano acque reflue contaminate da ioni metallici3,4,5,6,7,8,9, che in quantità eccessive possono causare gravi danni all’ambiente. Un esempio è l’industria galvanica che rilascia acque reflue provenienti principalmente dalla produzione e lavorazione di prodotti metallici. Una delle tecniche utilizzate per trattare gli acciai inossidabili è l'elettrolucidatura10,11,12,13,14. Questo processo ha lo scopo di modificare le proprietà superficiali di un oggetto al fine di migliorarne il valore estetico levigando e rendendo la superficie lucida e allo stesso tempo aumentandone la resistenza alla corrosione12,15,16,17,18,19. Questo metodo ha molte applicazioni tra cui l'industria alimentare, automobilistica e medica20,21,22. I tipici impianti di galvanica producono grandi quantità di acque reflue generate durante il risciacquo dei pezzi. Queste acque reflue contengono grandi quantità di ioni metallici che superano di gran lunga i limiti di qualità per lo scarico delle acque reflue industriali e devono pertanto essere trattate in impianti di trattamento delle acque reflue in loco prima dello scarico nel sistema fognario a causa della loro elevata tossicità23.

Le tecniche più comunemente utilizzate per rimuovere gli ioni metallici tossici dalle acque inquinate e dalle acque reflue comprendono la precipitazione chimica, la filtrazione su membrana, l'elettrocoagulazione, l'assorbimento, lo scambio ionico, ecc.24,25,26. La precipitazione chimica è il processo di formazione di depositi metallici insolubili facendo reagire un agente precipitante, spesso idrossidi, con ioni metallici disciolti27. Questa tecnica è attualmente il metodo di trattamento più utilizzato nell'industria galvanica in cui viene utilizzata la regolazione del pH in una reazione alcalina per massimizzare la precipitazione dei metalli sotto forma di idrossidi nelle acque reflue. L'uso di idrossidi nel processo di precipitazione è preferito a causa della disponibilità e del basso costo dei precipitanti nella maggior parte dei paesi. I precipitati metallici generati vengono recuperati mediante processi di separazione dei solidi come coagulazione e/o sedimentazione o filtrazione, tra gli altri, e i metalli possono essere estratti28,29,30,31. I vantaggi di questo metodo sono principalmente la semplicità e il basso costo, mentre gli svantaggi includono la lenta precipitazione dei metalli, la generazione di fanghi eccessivi che richiedono ulteriori trattamenti e gli impatti ambientali a lungo termine associati allo smaltimento dei fanghi32.