2), cloruro férrico (FeCl3) y cloruro de polialuminio (PAC), se aplicaron tanto individualmente como en combinación con poliacrilamida (PAM) como un aid de coagulante. Se utilizó la metodología de diseño de mezcla (MDM) para evaluar el efecto de las combinaciones de coagulantes en la eficiencia de recuperación de agua y el tiempo de sedimentación. Los resultados experimentales obtenidos indicaron que la combinación de coagulantes impactó negativamente en la eficiencia del tratamiento. Mientras que el coagulante híbrido, que contiene PAC y PAM, demostró ser efectivo en la coagulación-floculación, se encontró que el MgCl2 era el aditivo más eficiente en ausencia de PAM. La eficiencia de eliminación que supera el 93 %, podría alcanzarse para la demanda química de oxígeno (DQO), turbidez y colorantes a una dosis de coagulante de 10.0 g L−1 en la que el nivel de pH juega un papel crítico. Un cambio en el potencial zeta de +0.34 a −4.5 mV redujo significativamente el tiempo de sedimentación a menos de 5 min al añadir el coagulante híbrido. Sin embargo, la formación de flóculos mecánicamente inestables resultó en la liberación de nanopartículas de tinta, 59–80 nm, en el agua tratada. Al considerar esta limitación, se recomienda el MgCl2 para la coagulación-floculación de partículas de tinta para producir flóculos con una estabilidad mecánica mejorada y resistencia a la ruptura inducida por cizallamiento. El enfoque propuesto ofrece una ruta simple, rentable y ecológica para tratar aguas residuales industriales contaminadas con nanopartículas de tinta.

La rápida expansión de las industrias de envases de cartón ha resultado en un aumento sustancial en el consumo de tinta de impresión (Zięba-Palus y Trzcińska, 2011), lo que lleva a aguas residuales altamente coloreadas contaminadas con componentes peligrosos como pigmentos, tintes, resinas, aglutinantes y disolventes. La descarga de estos efluentes sin un tratamiento adecuado amenaza los ecosistemas acuáticos, los sistemas agrícolas y la salud pública debido a la contaminación del suelo, las aguas superficiales y las aguas subterráneas (Ding et al., 2024). Por lo tanto, el tratamiento efectivo de aguas residuales contaminadas con tintas de impresión es un problema crucial desde el punto de vista ambiental. Aunque se han aplicado técnicas de remediación convencionales, incluyendo tratamiento biológico (Zhang et al., 2003), oxidación química (Zhang et al., 2021), adsorción (Noonpui et al., 2010), método electroquímico (Ramos et al., 2019), filtración por membrana (Zhang y Liu, 2003), degradación fotocatalítica (Vitale et al., 2023) y electrocoagulación (Zampeta et al., 2022b), la eficacia sigue siendo limitada, a menudo sin cumplir con los estrictos estándares de calidad de efluentes.

La coagulación-floculación es ampliamente considerada como un método simple y rentable para tratar aguas residuales concentradas de diversas industrias, incluyendo farmacéuticas, petroquímicas, procesamiento de minerales, producción de metales, curtidurías, textiles, alimentos, pulpa y papel. Este proceso elimina de manera efectiva una parte significativa de contaminantes orgánicos e inorgánicos, disminuyendo simultáneamente el color y la turbidez (Meteš et al., 2000). El mecanismo de coagulación-floculación implica la desestabilización de partículas coloidales, formando pequeños agregados que posteriormente crecen para formar los flóculos más grandes durante la floculación. La eficiencia del proceso depende de varios factores como: la estructura química del coagulante, el pH, la fuerza iónica, la concentración de sólidos y la distribución del tamaño de partículas dentro de la suspensión (Li et al., 2006). Para la eliminación efectiva de nanopartículas de tinta, a menudo es necesario un enfoque de tratamiento híbrido. Se ha demostrado que la combinación de este proceso con la adsorción en partículas de zeolita mejora la eficiencia de eliminación (Metes et al., 2004). Además, los compuestos orgánicos pueden ser eliminados significativamente a través de sistemas de tratamiento integrados, que incorporan degradación anaeróbica-aeróbica y floculación-precipitación (Wang et al., 2008). La electrocoagulación ha demostrado ser un método efectivo para el tratamiento de aguas residuales que contienen partículas de tinta de impresión, reduciendo significativamente la concentración de compuestos colorantes (Papadopoulos et al., 2019). El proceso de Fenton se combinó con la coagulación para el tratamiento sinérgico de aguas residuales descargadas de la industria de impresión (Ma y Xia, 2009; Sayın et al., 2022). Además, se ha explorado la integración del tratamiento físico-químico con nanofiltración como una estrategia viable para facilitar el proceso de recuperación de agua (Bes-Pia et al., 2003). Entre los enfoques avanzados de remediación, la cavitación hidrodinámica acoplada con peróxido de hidrógeno indicó una alta efectividad en la eliminación de partículas de tinta y en la reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) (Zampeta et al., 2021, 2022a). Los coagulantes juegan un papel crucial en la recuperación de aguas residuales industriales contaminadas con tintas de impresión. Los coagulantes prehidrolizados, como el cloruro de polialuminio (PAC), el cloruro férrico polialuminio (PAFCl), el sulfato poliferroso (PFS) y el cloruro poliférico (PFCl), se han utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales (Nandy et al., 2003; Verma et al., 2012). La coagulación-floculación en presencia de PAC se considera un proceso potencialmente factible para la eliminación de turbidez, metales y materiales orgánicos en comparación con el alumbre. PAC es una mezcla de cationes de Al3+ y aluminio polimérico, incluyendo Al2(OH)24+, Al8(OH)204+, AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ (Yang et al., 2011), en la cual el último compuesto es la especie más efectiva en la coagulación-floculación (Gao et al., 2005). AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ es un coagulante prehidrolizado con una alta carga positiva en comparación con Al3+ (Hu et al., 2006). En consecuencia, el uso de PAC como coagulante resulta en un mejor rendimiento en el tratamiento de efluentes (Wang et al., 2015). Por otro lado, la toxicidad de los coagulantes a base de aluminio se atribuye a la concentración de Al3+ que son más disponibles para los organismos que los compuestos de aluminio polimérico (Mortula et al., 2013). Se encontró que el Al3+ residual en el agua tratada también estaba en una concentración más baja cuando se emplea PAC en comparación con otros coagulantes a base de aluminio (Kimura et al., 2013). Si bien se ha identificado a PAC como el coagulante más eficiente, el cloruro férrico muestra una eficiencia de eliminación limitada en la recuperación de aguas residuales contaminadas con partículas de tinta (Nandy et al., 2004). En contraste, la coagulación utilizando PAC y sulfato ferroso mejora el proceso de Fenton, mejorando tanto la eliminación de color como la eficiencia de eliminación de DQO (Ma y Xia, 2009). La eficiencia de eliminación de DQO depende de varios factores, incluyendo pH, dosis de coagulante, tiempo de mezcla y velocidad (Fendri et al., 2013; Shaheed et al., 2020). La adición de PAC a las aguas residuales...ter lleva a la eliminación completa del color, aunque este proceso requiere un período de asentamiento prolongado. El cloruro de magnesio proporciona tiempos de asentamiento más cortos en comparación con el alumbre y el PAC (Tan et al., 2000). Además, el cloruro de aluminio magnesio polimerizado (PAMC) mostró un mejor rendimiento que el PAC en la eliminación de turbidez, colorantes y COD de las aguas residuales de impresión (Yang et al., 2024). Los floculantes magnéticos, sintetizados a través de reacciones en estado sólido, también se han aplicado con éxito en el tratamiento de aguas residuales que contienen tintas (Ding et al., 2021). Aunque el cloruro poliférrico no siempre es efectivo para la reducción de COD, el cloruro de aluminio férrico silicatado (PSAFC) exhibe una capacidad de eliminación orgánica superior en comparación con el PAC (Yuan et al., 2006).

El poliacrilamida (PAM), un polielectrolito sintético soluble en agua, exhibe una alta afinidad por unirse a partículas suspendidas. Debido a las formas no iónicas, aniónicas y catiónicas de PAM, este material mejora significativamente el potencial de floculación en el tratamiento de aguas residuales (Harif et al., 2023). Notablemente, el PAM aniónico reduce el tiempo de sedimentación cuando se utiliza como un auxiliar coagulante (Zampeta et al., 2022c). La combinación de PAC y PAM catiónico mostró un papel efectivo en la eliminación de colorantes de las aguas residuales de la industria del cartón (Nath y Pande, 2020). El uso principal de PAM en el tratamiento de aguas residuales es unir las partículas coagulated en presencia de coagulantes inorgánicos como PAC (Nan et al., 2016). El poliacrilamida con carga opuesta respecto a las partículas suspendidas se adsorbe fuertemente para reducir la repulsión eléctrica (Zhu et al., 2018; Habibi et al., 2024). Para un poliacrilamida no iónica, o PAM con la misma carga que las partículas, la adsorción ocurre a través de los enlaces de hidrógeno de las cadenas de polímero individuales, formando puentes moleculares entre las partículas adyacentes (Peiris et al., 2010). Los grupos amida expuestos de PAM no iónico proporcionan condiciones excelentes para la interacción con las partículas. Enfoques alternativos, como la combinación de quitosano y tanino, revelaron una eficacia significativa en la eliminación de tinta de los efluentes (Roussy et al., 2005). Además, los floculantes derivados de pulpa de madera demuestran un rendimiento superior en el proceso de coagulación-floculación en comparación con PAC combinado con PAM (Guo et al., 2021). Si bien los coagulantes inorgánicos se utilizan con frecuencia debido a su bajo costo y fácil aplicación, los floculantes poliméricos orgánicos han ganado un interés creciente debido a su excepcional eficiencia de tratamiento. Como resultado, los biopolímeros biodegradables han surgido como una alternativa sostenible (Lee et al., 2014). El rendimiento de los bio-floculantes en la eliminación de contaminantes orgánicos de las aguas residuales depende de mecanismos como la adsorción, la neutralización de carga y las reacciones químicas (Li et al., 2020). Los coagulantes híbridos inorgánico-orgánicos también demuestran una alta eficiencia en la eliminación de turbidez (Abujazar et al., 2022). Sin embargo, el lodo generado a partir del tratamiento convencional de aguas residuales es a menudo tóxico y no biodegradable, lo que plantea riesgos ambientales significativos. En comparación, los coagulantes de origen vegetal ofrecen una alternativa sostenible debido a su biodegradabilidad, no toxicidad y rentabilidad (Owodunni e Ismail, 2021). Aunque varios estudios informaron sobre el tratamiento de aguas residuales contaminadas con tintas de impresión a través del proceso de coagulación-floculación, el objetivo del estudio actual es la identificación de un coagulante híbrido adecuado, que contenga cloruro de magnesio (MgCl2), cloruro férrico (FeCl3) y cloruro de polialuminio (PAC), para maximizar la eficiencia de recuperación de agua y minimizar el tiempo de sedimentación. El enfoque principal del estudio es mejorar la estabilidad mecánica de los flóculos bajo fuerzas de cizallamiento vigorosas para prevenir la liberación de nanopartículas de tinta, lo que se aparta de la investigación previa. Estos materiales inorgánicos fueron seleccionados para lograr un coagulante híbrido efectivo en ausencia y presencia de PAM, lo cual es crucial en el control de la estabilidad mecánica. Además, para comprender sistemáticamente las interacciones entre coagulantes para facilitar el tratamiento de aguas residuales industriales descargadas de la unidad de impresión, se investigó mediante la metodología de diseño de mezclas (MDM) y el método de superficie de respuesta (RSM). Los hallazgos ofrecen valiosas ideas en el desarrollo de un método fácil, rentable y ecológico para lograr la máxima eliminación de DQO, turbidez y colorantes al determinar las condiciones operativas adecuadas, incluyendo la dosis de coagulante y el nivel de pH.