Procédé d'électrocoagulation/flottation pour éliminer le cuivre d'un environnement aqueux

Jul 03, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13334 (2023) Citer cet article

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La présence de cuivre dans les environnements aqueux tels que l'eau potable a entraîné plusieurs effets environnementaux, tels que la saveur et l'odeur. L'augmentation des niveaux de Cu dans les eaux souterraines et de surface a été principalement attribuée à des sources anthropiques et naturelles. Par conséquent, cette étude analytique appliquée visait à étudier l’élimination du cuivre de l’eau potable urbaine par électrocoagulation/flottation (ECF) en réacteur discontinu avec des électrodes en aluminium. L'efficacité d'élimination du cuivre a été évaluée dans diverses conditions de fonctionnement de densité de courant (0,8 à 2,4 mA/cm2), de concentration initiale (1 à 100 mg/L), de pH (3,5 à 10,5) et de durée (10 à 30 min). Cu a été déterminé en utilisant la méthode décrite dans les procédures standard (3 500-Cu B à 4 571 nm). Les résultats ont indiqué que l'augmentation de la densité de courant de 0,8 à 2,4 mA/cm2 et du temps de réaction de 10 à 30 min améliorait l'efficacité d'élimination du Cu+2 (de 95 à 100 %). De plus, les résultats ont démontré que la réduction de Cu+2 est de 100 % avec une concentration initiale de 100 mg/L, un pH de 7,5, un temps de réaction de 30 min et une densité de courant anodique de 2,4 mA/cm2. Les résultats de la méthode Taguchi concernant l’efficacité de l’élimination du cuivre montrent que le temps de réaction est la variable la plus significative. De plus, les modèles de cinétique d'élimination du Cu dans un réacteur ECF sont du second ordre (R2 > 0,92). L'élimination du Cu dans le réacteur ECF est due au rédox et à l'adsorption. De plus, les coûts opérationnels du traitement du Cu avec des paires d'électrodes en Al sont estimés entre 8 857 et 9 636 Rial/kg de Cu éliminé. Ainsi, on peut conclure que le procédé ECF est très efficace pour éliminer le Cu des environnements aqueux dans des conditions optimales.

Le cuivre (Cu) est un métal ductile doté d’une conductivité électrique et thermique extrêmement élevée. Le Cu est un oligo-élément essentiel pour tous les organismes vivants car il est un constituant clé du complexe enzymatique respiratoire cytochrome oxydase. L’élément Cu existe sous les formes Cu+1 et Cu+21,2. Le Cu est présent dans le foie, les muscles et les os. Les composés de Cu sont actuellement utilisés comme substances bactériostatiques, fongicides et agents de préservation du bois. De plus, le sulfate de cuivre (CuSO4) est largement utilisé comme algicide dans les environnements aquatiques3, où la concentration élevée de Cu dans l'eau potable traitée provoque des effets néfastes sur la santé tels que l'anémie, une irritation des yeux et de la peau et des dommages au cerveau et aux organes cardiaques humains4.

Divers composés de cuivre sont utilisés dans le traitement des tumeurs5. De plus, une association connue a été mise en évidence entre des taux sériques anormaux de Cu et la maladie d'Alzheimer (MA)6. L'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis déclare que le niveau de concentration maximale (MCL) de cuivre dans l'eau potable est de 1,3 mg/L7. Le Cu et les enzymes Cu affectent le métabolisme énergétique, la détoxification oxydative et la respiration mitochondriale8, où le Cu et d'autres micronutriments, comme le fer, sont essentiels à la prévention de la MA9. En outre, les facteurs anthropiques (fils et câbles, appareils électroniques et appareils connexes, architecture, applications antimicrobiennes, fabrication du bois, activités industrielles, minières et agricoles et rejets d'eaux usées) et naturels (corrosion des systèmes de plomberie domestiques, altération des roches, érosion des roches et des sols, et les dépôts atmosphériques) sont responsables de la majorité de l’augmentation des niveaux de Cu dans les eaux souterraines et de surface10. En raison de ses effets négatifs sur la santé humaine et les écosystèmes aquatiques, le Cu est particulièrement pris en compte dans le traitement des eaux usées industrielles, où la séparation par membrane, l'échange d'ions, la précipitation chimique, l'électrochimie, l'adsorption et la biotechnologie font partie des applications11.

Selon une revue systématique menée en Iran, la concentration de Cu dans l'eau potable dépasse les limites admissibles dans 7,69 % des études réalisées12. La concentration de Cu dans 8 échantillons sur 58 est supérieure à la limite autorisée (2,99 mg/L) dans les sources d'eau potable de la ville de Karaj, en Iran13. Selon les recherches menées dans 6 bassins d’eaux pluviales en Floride, la concentration de cuivre dans les sédiments est plusieurs fois supérieure à celle de l’eau14. Les apports importants de Cu dans l'eau douce proviennent de sources naturelles (3,7 ktpa), de l'agriculture (1,8 ktpa) et du ruissellement (1,8 ktpa) dans l'Union européenne15. La plage de concentrations de cuivre dissous est comprise entre 6,4 et 45,4 nM dans les eaux côtières et estuariennes provenant d’un système côtier hautement industrialisé et urbain16.