2), chlorure ferrique (FeCl3) et chlorure polyaluminium (PAC), ont été appliqués à la fois individuellement et en combinaison avec le polyacrylamide (PAM) en tant qu'agent coagulant. La méthodologie de conception de mélange (MDM) a été utilisée pour évaluer l'effet des combinaisons de coagulants sur l'efficacité de récupération de l'eau et le temps de décantation. Les résultats expérimentaux obtenus ont indiqué que la combinaison de coagulants avait un impact négatif sur l'efficacité du traitement. Bien que le coagulant hybride, contenant PAC et PAM, se soit révélé efficace dans la coagulation-floculation, le MgCl2 s'est avéré être l'additif le plus efficace en l'absence de PAM. Une efficacité d'élimination dépassant 93 %, pourrait être atteinte pour la demande chimique en oxygène (DCO), la turbidité et les colorants à un dosage de coagulant de 10,0 g L−1 dans lequel le niveau de pH joue un rôle critique. Un changement de potentiel zêta de +0,34 à −4,5 mV a considérablement réduit le temps de décantation à moins de 5 min en ajoutant le coagulant hybride. Cependant, la formation de flocs mécaniquement instables a entraîné la libération de nanoparticules d'encre, 59–80 nm, dans l'eau traitée. En tenant compte de cette limitation, le MgCl2 est recommandé pour la coagulation-floculation des particules d'encre afin de produire des flocs avec une stabilité mécanique améliorée et une résistance à la rupture induite par cisaillement. L'approche proposée offre une méthode simple, économique et écologique pour traiter les eaux usées industrielles contaminées par les nanoparticules d'encre.

L'expansion rapide des industries d'emballage en carton a entraîné une augmentation substantielle de la consommation d'encre d'impression (Zięba-Palus et Trzcińska, 2011), conduisant à des eaux usées fortement colorées contaminées par des constituants dangereux tels que des pigments, des colorants, des résines, des liants et des solvants. Le rejet de ces effluents sans traitement approprié menace les écosystèmes aquatiques, les systèmes agricoles et la santé publique en raison de la contamination du sol, des eaux de surface et des eaux souterraines (Ding et al., 2024). Par conséquent, le traitement efficace des eaux usées contaminées par des encres d'impression est une question cruciale du point de vue environnemental. Bien que des techniques de remédiation conventionnelles, y compris le traitement biologique (Zhang et al., 2003), l'oxydation chimique (Zhang et al., 2021), l'adsorption (Noonpui et al., 2010), la méthode électrochimique (Ramos et al., 2019), la filtration membranaire (Zhang et Liu, 2003), la dégradation photocatalytique (Vitale et al., 2023) et l'électrocoagulation (Zampeta et al., 2022b), aient été appliquées, l'efficacité reste limitée, échouant souvent à respecter des normes de qualité des effluents strictes.

La coagulation-floculation est largement considérée comme une méthode simple et économique pour traiter les eaux usées concentrées de diverses industries, y compris les produits pharmaceutiques, la pétrochimie, le traitement des minéraux, la production de métaux, les tanneries, le textile, l'alimentation, la pâte et le papier. Ce processus élimine efficacement une partie significative des contaminants organiques et inorganiques, tout en diminuant simultanément la couleur et la turbidité (Meteš et al., 2000). Le mécanisme de coagulation-floculation implique la déstabilisation des particules colloïdales, formant de petits agrégats qui croissent ensuite pour former les flocs plus gros lors de la floculation. L'efficacité du processus dépend de plusieurs facteurs tels que : la structure chimique du coagulant, le pH, la force ionique, la concentration en solides et la distribution de la taille des particules dans la suspension (Li et al., 2006). Pour l'élimination efficace des nanoparticules d'encre, une approche de traitement hybride est souvent nécessaire. La combinaison de ce processus avec l'adsorption sur des particules de zéolite a démontré qu'elle améliore l'efficacité d'élimination (Metes et al., 2004). De plus, les composés organiques peuvent être significativement éliminés grâce à des systèmes de traitement intégrés, incorporant dégradation anaérobie-aérobie et floculation-précipitation (Wang et al., 2008). L'électrocoagulation a prouvé être une méthode efficace pour le traitement des eaux usées contenant des particules d'encre d'impression, réduisant considérablement la concentration des composés colorants (Papadopoulos et al., 2019). Le processus de Fenton a été combiné avec la coagulation pour le traitement synergique des eaux usées rejetées par l'industrie de l'impression (Ma et Xia, 2009 ; Sayın et al., 2022). De plus, l'intégration du traitement physico-chimique avec la nanofiltration a été explorée comme une stratégie viable pour faciliter le processus de récupération de l'eau (Bes-Pia et al., 2003). Parmi les approches avancées de remédiation, la cavitation hydrodynamique couplée au peroxyde d'hydrogène a montré une grande efficacité dans l'élimination des particules d'encre et la réduction de la demande chimique en oxygène (DCO) (Zampeta et al., 2021, 2022a). Les coagulants jouent un rôle crucial dans la récupération des eaux usées industrielles contaminées par des encres d'impression. Les coagulants pré-hydrolysés, tels que le chlorure de polyaluminium (PAC), le chlorure de polyaluminium ferrique (PAFCl), le sulfate de polyferreux (PFS) et le chlorure de polyferreux (PFCl), ont été largement utilisés dans le traitement des eaux usées (Nandy et al., 2003 ; Verma et al., 2012). La coagulation-floculation en présence de PAC est considérée comme un processus potentiellement réalisable pour l'élimination de la turbidité, des métaux et des matières organiques par rapport à l'alun. Le PAC est un mélange de cations Al3+ et d'aluminium polymérique, y compris Al2(OH)24+, Al8(OH)204+, AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ (Yang et al., 2011), dans lequel le dernier composé est l'espèce la plus efficace dans la coagulation-floculation (Gao et al., 2005). AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ est un coagulant pré-hydrolysé avec une charge positive élevée par rapport à Al3+ (Hu et al., 2006). Par conséquent, l'utilisation de PAC comme coagulant entraîne de meilleures performances dans le traitement des effluents (Wang et al., 2015). D'autre part, la toxicité des coagulants à base d'aluminium est attribuée à la concentration d'Al3+ qui est plus disponible pour les organismes que les composés d'aluminium polymérique (Mortula et al., 2013). Le résidu d'Al3+ dans l'eau traitée a également été trouvé à une concentration plus faible lorsque le PAC est utilisé par rapport à d'autres coagulants à base d'aluminium (Kimura et al., 2013). Bien que le PAC ait été identifié comme le coagulant le plus efficace, le chlorure ferrique montre une efficacité d'élimination limitée dans la récupération des eaux usées contaminées par des particules d'encre (Nandy et al., 2004). En revanche, la coagulation utilisant le PAC et le sulfate ferreux améliore le processus de Fenton, améliorant à la fois l'élimination de la couleur et de la DCO (Ma et Xia, 2009). L'efficacité de l'élimination de la DCO dépend de plusieurs facteurs, y compris le pH, le dosage du coagulant, le temps de mélange et la vitesse (Fendri et al., 2013 ; Shaheed et al., 2020). L'ajout de PAC aux eaux uséesleads to complete color removal, though this process requires an extended settling period. Le chlorure de magnésium offre des temps de décantation plus courts par rapport à l'alun et au PAC (Tan et al., 2000). De plus, le chlorure d'aluminium magnésium polymérisé (PAMC) a montré de meilleures performances que le PAC dans l'élimination de la turbidité, des colorants et de la DCO des eaux usées d'impression (Yang et al., 2024). Les floculants magnétiques, synthétisés par des réactions à l'état solide, ont également été appliqués avec succès dans le traitement des eaux usées contenant des encres (Ding et al., 2021). Bien que le chlorure poly ferrique ne soit pas toujours efficace pour la réduction de la DCO, le chlorure poly-silicate-aluminium-ferrique (PSAFC) présente une capacité d'élimination organique supérieure par rapport au PAC (Yuan et al., 2006).

Polyacrylamide (PAM), un polyelectrolyte synthétique soluble dans l'eau, présente une forte affinité pour se lier aux particules en suspension. En raison des formes non ioniques, anioniques et cationiques de PAM, ce matériau améliore considérablement le potentiel de floculation dans le traitement des eaux usées (Harif et al., 2023). Notamment, le PAM anionique réduit le temps de décantation lorsqu'il est utilisé comme aide à la coagulation (Zampeta et al., 2022c). La combinaison de PAC et de PAM cationique a montré un rôle efficace dans l'élimination des colorants des eaux usées de l'industrie du carton (Nath et Pande, 2020). L'utilisation principale de PAM dans le traitement des eaux usées est de relier les particules coagulated en présence de coagulants inorganiques tels que le PAC (Nan et al., 2016). Le polyacrylamide avec une charge opposée par rapport aux particules en suspension est fortement adsorbé pour réduire la répulsion électrique (Zhu et al., 2018 ; Habibi et al., 2024). Pour un polyacrylamide non ionique, ou PAM avec la même charge que les particules, l'adsorption se produit par les liaisons hydrogène des chaînes polymères individuelles, formant des ponts moléculaires entre les particules adjacentes (Peiris et al., 2010). Les groupes amides exposés du PAM non ionique offrent d'excellentes conditions pour l'interaction avec les particules. Des approches alternatives, telles que la combinaison de chitosane et de tanin, ont révélé une efficacité significative dans l'élimination de l'encre des effluents (Roussy et al., 2005). De plus, les floculants dérivés de la pâte de bois démontrent une performance supérieure dans le processus de coagulation-floculation par rapport au PAC combiné avec le PAM (Guo et al., 2021). Bien que les coagulants inorganiques soient fréquemment utilisés en raison de leur faible coût et de leur application facile, les floculants polymériques organiques ont suscité un intérêt croissant en raison de leur efficacité exceptionnelle en matière de traitement. En conséquence, les biopolymères biodégradables ont émergé comme une alternative durable (Lee et al., 2014). La performance des bio-floculants dans l'élimination des polluants organiques des eaux usées dépend de mécanismes tels que l'adsorption, la neutralisation de charge et les réactions chimiques (Li et al., 2020). Les coagulants hybrides inorganiques-organiques démontrent également une haute efficacité d'élimination de la turbidité (Abujazar et al., 2022). Cependant, les boues générées par le traitement conventionnel des eaux usées sont souvent toxiques et non biodégradables, posant des risques environnementaux significatifs. En comparaison, les coagulants d'origine végétale offrent une alternative durable en raison de leur biodégradabilité, de leur non-toxicité et de leur rapport coût-efficacité (Owodunni et Ismail, 2021). Bien que plusieurs études aient rapporté le traitement des eaux usées contaminées par des encres d'impression par le biais du processus de coagulation-floculation, l'objectif de l'étude actuelle est l'identification d'un coagulant hybride approprié, contenant du chlorure de magnésium (MgCl2), du chlorure ferrique (FeCl3) et du chlorure polyaluminium (PAC), pour maximiser l'efficacité de récupération de l'eau et minimiser le temps de décantation. L'accent principal de l'étude est d'améliorer la stabilité mécanique des flocs sous des forces de cisaillement vigoureuses pour prévenir la libération de nanoparticules d'encre, ce qui s'écarte des recherches précédentes. Ces matériaux inorganiques ont été sélectionnés pour obtenir un coagulant hybride efficace en l'absence et en présence de PAM, ce qui est crucial pour le contrôle de la stabilité mécanique. De plus, pour comprendre systématiquement les interactions entre les coagulants afin de faciliter le traitement des eaux usées industrielles rejetées par l'unité d'impression, une méthodologie de conception de mélanges (MDM) et une méthode de surface de réponse (RSM) ont été utilisées. Les résultats offrent des perspectives précieuses dans le développement d'une méthode facile, économique et écologique pour atteindre une élimination maximale de la DCO, de la turbidité et des colorants en déterminant les conditions de fonctionnement appropriées, y compris le dosage de coagulant et le niveau de pH.