2), cloreto férrico (FeCl3) e cloreto de polialumínio (PAC) foram aplicados tanto individualmente quanto em combinação com poliacrilamida (PAM) como um auxílio coagulante. A metodologia de design de mistura (MDM) foi utilizada para avaliar o efeito das combinações de coagulantes na eficiência de recuperação de água e no tempo de sedimentação. Os resultados experimentais obtidos indicaram que a combinação de coagulantes impactou negativamente a eficiência do tratamento. Enquanto o coagulante híbrido, contendo PAC e PAM, provou ser eficaz na coagulação-floculação, o MgCl2 foi encontrado como o aditivo mais eficiente na ausência de PAM. A eficiência de remoção superior a 93%, poderia ser alcançada para a demanda química de oxigênio (DQO), turbidez e corantes com uma dosagem de coagulante de 10,0 g L−1, na qual o nível de pH desempenha um papel crítico. Uma mudança no potencial zeta de +0,34 para −4,5 mV reduziu significativamente o tempo de sedimentação para menos de 5 min ao adicionar o coagulante híbrido. No entanto, a formação de flocos mecanicamente instáveis resultou na liberação de nanopartículas de tinta, 59–80 nm, na água tratada. Considerando essa limitação, o MgCl2 é recomendado para a coagulação-floculação de partículas de tinta para produzir flocos com maior estabilidade mecânica e resistência à ruptura induzida por cisalhamento. A abordagem proposta oferece uma rota simples, econômica e ecológica para o tratamento de águas residuais industriais contaminadas com nanopartículas de tinta.

A rápida expansão das indústrias de embalagens de papelão resultou em um aumento substancial no consumo de tinta de impressão (Zięba-Palus e Trzcińska, 2011), levando a águas residuais altamente coloridas contaminadas com constituintes perigosos, como pigmentos, corantes, resinas, ligantes e solventes. O descarte desses efluentes sem tratamento adequado ameaça os ecossistemas aquáticos, os sistemas agrícolas e a saúde pública devido à contaminação do solo, da água superficial e das águas subterrâneas (Ding et al., 2024). Portanto, o tratamento eficaz de águas residuais contaminadas com tintas de impressão é uma questão crucial do ponto de vista ambiental. Embora técnicas convencionais de remediação, incluindo tratamento biológico (Zhang et al., 2003), oxidação química (Zhang et al., 2021), adsorção (Noonpui et al., 2010), método eletroquímico (Ramos et al., 2019), filtração por membrana (Zhang e Liu, 2003), degradação fotocatalítica (Vitale et al., 2023) e eletrocoagulação (Zampeta et al., 2022b), tenham sido aplicadas, a eficácia permanece limitada, muitas vezes não conseguindo atender aos rigorosos padrões de qualidade dos efluentes.

A coagulação-floculação é amplamente considerada um método simples e econômico para o tratamento de águas residuais concentradas de várias indústrias, incluindo farmacêuticas, petroquímicas, processamento mineral, produção de metais, curtumes, têxteis, alimentos, celulose e papel. Este processo remove efetivamente uma parte significativa de contaminantes orgânicos e inorgânicos, diminuindo simultaneamente a cor e a turbidez (Meteš et al., 2000). O mecanismo de coagulação-floculação envolve a desestabilização de partículas coloidais, formando pequenos agregados que posteriormente crescem para formar os flocos maiores durante a floculação. A eficiência do processo depende de vários fatores, como: estrutura química do coagulante, pH, força iônica, concentração de sólidos e distribuição do tamanho das partículas dentro da suspensão (Li et al., 2006). Para a remoção eficaz de nanopartículas de tinta, uma abordagem de tratamento híbrido é frequentemente necessária. A combinação deste processo com adsorção em partículas de zeólita demonstrou aumentar a eficiência de remoção (Metes et al., 2004). Além disso, compostos orgânicos podem ser significativamente eliminados através de sistemas de tratamento integrados, incorporando degradação anaeróbica-aeróbica e floculação-precipitação (Wang et al., 2008). A eletrocoagulação provou ser um método eficaz para o tratamento de águas residuais contendo partículas de tinta de impressão, reduzindo significativamente a concentração de compostos colorantes (Papadopoulos et al., 2019). O processo de Fenton foi combinado com coagulação para o tratamento sinérgico de águas residuais descarregadas da indústria de impressão (Ma e Xia, 2009; Sayın et al., 2022). Além disso, a integração do tratamento físico-químico com nanofiltração foi explorada como uma estratégia viável para facilitar o processo de recuperação de água (Bes-Pia et al., 2003). Entre as abordagens avançadas de remediação, a cavitação hidrodinâmica acoplada com peróxido de hidrogênio indicou alta eficácia na remoção de partículas de tinta e na redução da demanda química de oxigênio (DQO) (Zampeta et al., 2021, 2022a). Os coagulantes desempenham um papel crucial na recuperação de águas residuais industriais contaminadas com tintas de impressão. Coagulantes pré-hidrolisados, como cloreto de polialumínio (PAC), cloreto de polialumínio férrico (PAFCl), sulfato de poliferroso (PFS) e cloreto de poliférico (PFCl), têm sido amplamente empregados no tratamento de águas residuais (Nandy et al., 2003; Verma et al., 2012). A coagulação-floculação na presença de PAC é considerada um processo potencialmente viável para a remoção de turbidez, metais e materiais orgânicos em comparação com o sulfato de alumínio. O PAC é uma mistura de cátions de Al3+ e alumínio polimérico, incluindo Al2(OH)24+, Al8(OH)204+, AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ (Yang et al., 2011), sendo o último composto a espécie mais eficaz na coagulação-floculação (Gao et al., 2005). AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ é um coagulante pré-hidrolisado com uma alta carga positiva em comparação com Al3+ (Hu et al., 2006). Consequentemente, o uso de PAC como coagulante resulta em um melhor desempenho no tratamento de efluentes (Wang et al., 2015). Por outro lado, a toxicidade dos coagulantes à base de alumínio é atribuída à concentração de Al3+ que está mais disponível para os organismos do que os compostos de alumínio polimérico (Mortula et al., 2013). O Al3+ residual na água tratada também foi encontrado em uma concentração mais baixa quando o PAC é empregado em comparação com outros coagulantes à base de alumínio (Kimura et al., 2013). Embora o PAC tenha sido identificado como o coagulante mais eficiente, o cloreto férrico apresenta eficiência de remoção limitada na recuperação de águas residuais contaminadas com partículas de tinta (Nandy et al., 2004). Em contraste, a coagulação usando PAC e sulfato ferroso melhora o processo de Fenton, melhorando tanto a remoção de cor quanto a eficiência de remoção de DQO (Ma e Xia, 2009). A eficiência da remoção de DQO depende de vários fatores, incluindo pH, dosagem de coagulante, tempo de mistura e velocidade (Fendri et al., 2013; Shaheed et al., 2020). A adição de PAC a águas residuaisa remoção completa de cor, embora esse processo exija um período de sedimentação prolongado. O cloreto de magnésio proporciona tempos de sedimentação mais curtos em comparação com o sulfato de alumínio e o PAC (Tan et al., 2000). Além disso, o cloreto de alumínio magnésio polimerizado (PAMC) apresentou melhor desempenho do que o PAC na remoção de turbidez, corantes e DQO de águas residuais de impressão (Yang et al., 2024). Floculantes magnéticos, sintetizados por meio de reações em estado sólido, também foram aplicados com sucesso no tratamento de águas residuais contendo tintas (Ding et al., 2021). Embora o cloreto poliferrico não seja sempre eficaz na redução de DQO, o cloreto de alumínio-ferrico-polissilicato (PSAFC) exibe uma capacidade superior de remoção de orgânicos em comparação com o PAC (Yuan et al., 2006).

Poliacrilamida (PAM), um polieletrólito sintético solúvel em água, exibe uma alta afinidade para se ligar a partículas suspensas. Devido às formas não iônicas, aniônicas e catiônicas da PAM, este material melhora significativamente o potencial de floculação no tratamento de águas residuais (Harif et al., 2023). Notavelmente, a PAM aniônica reduz o tempo de sedimentação quando utilizada como um auxiliar de coagulante (Zampeta et al., 2022c). A combinação de PAC e PAM catiônica mostrou um papel eficaz na remoção de corantes das águas residuais da indústria de papelão (Nath e Pande, 2020). O uso principal da PAM no tratamento de águas residuais é unir as partículas coagulated na presença de coagulantes inorgânicos como PAC (Nan et al., 2016). A poliacrilamida com carga oposta em relação às partículas suspensas é fortemente adsorvida para reduzir a repulsão elétrica (Zhu et al., 2018; Habibi et al., 2024). Para uma poliacrilamida não iônica, ou PAM com a mesma carga das partículas, a adsorção ocorre através das ligações de hidrogênio das cadeias poliméricas individuais, formando pontes moleculares entre as partículas adjacentes (Peiris et al., 2010). Os grupos amida expostos da PAM não iônica fornecem condições excelentes para interação com partículas. Abordagens alternativas, como a combinação de quitosano e tanino, revelaram eficácia significativa na remoção de tinta dos efluentes (Roussy et al., 2005). Além disso, os floculantes derivados de polpa de madeira demonstram desempenho superior no processo de coagulação-floculação em comparação com PAC combinado com PAM (Guo et al., 2021). Embora coagulantes inorgânicos sejam frequentemente utilizados devido ao baixo custo e fácil aplicação, floculantes poliméricos orgânicos têm ganhado interesse crescente devido à eficiência excepcional de tratamento. Como resultado, os biopolímeros biodegradáveis emergiram como uma alternativa sustentável (Lee et al., 2014). O desempenho dos bio-floculantes na remoção de poluentes orgânicos das águas residuais depende de mecanismos como adsorção, neutralização de carga e reações químicas (Li et al., 2020). Coagulantes híbridos inorgânico-orgânicos também demonstram alta eficiência na remoção de turbidez (Abujazar et al., 2022). No entanto, o lodo gerado a partir do tratamento convencional de águas residuais é frequentemente tóxico e não biodegradável, apresentando riscos ambientais significativos. Em comparação, coagulantes à base de plantas oferecem uma alternativa sustentável devido à biodegradabilidade, não toxicidade e custo-efetividade (Owodunni e Ismail, 2021). Embora vários estudos tenham relatado o tratamento de águas residuais contaminadas com tintas de impressão através do processo de coagulação-floculação, o objetivo do estudo atual é a identificação de um coagulante híbrido adequado, contendo cloreto de magnésio (MgCl2), cloreto férrico (FeCl3) e cloreto de polialumínio (PAC), para maximizar a eficiência de recuperação de água e minimizar o tempo de sedimentação. O foco principal do estudo é melhorar a estabilidade mecânica dos flocos sob forças de cisalhamento vigorosas para prevenir a liberação de nanopartículas de tinta, o que se afasta da pesquisa anterior. Esses materiais inorgânicos foram selecionados para alcançar um coagulante híbrido eficaz na ausência e presença de PAM, o que é crucial no controle da estabilidade mecânica. Além disso, para entender sistematicamente as interações entre coagulantes para facilitar o tratamento de águas residuais industriais descarregadas da unidade de impressão, foi investigado através da metodologia de design de mistura (MDM) e método de superfície de resposta (RSM). Os resultados oferecem valiosas informações no desenvolvimento de um método fácil, econômico e ecológico para alcançar a remoção máxima de DQO, turbidez e corantes, determinando as condições operacionais adequadas, incluindo dosagem de coagulante e nível de pH.