2), хлорид железа (FeCl3) и полиалюминиевый хлорид (PAC) применялись как по отдельности, так и в комбинации с полиакриламидом (PAM) в качестве вспомогательного коагулянта. Методология проектирования смесей (MDM) использовалась для оценки влияния комбинаций коагулянтов на эффективность восстановления воды и время осаждения. Полученные экспериментальные результаты показали, что комбинация коагулянтов отрицательно сказалась на эффективности обработки. В то время как гибридный коагулянт, содержащий PAC и PAM, оказался эффективным в коагуляции-флокуляции, MgCl2 оказался наиболее эффективной добавкой в отсутствие PAM. Эффективность удаления, превышающая 93%, могла быть достигнута для химического потребления кислорода (COD), мутности и красителей при дозировке коагулянта 10,0 г Л−1, в которой уровень pH играет критическую роль. Сдвиг в зета-потенциале с +0,34 до −4,5 мВ значительно сократил время осаждения до менее чем 5 минут при добавлении гибридного коагулянта. Однако образование механически нестабильных флоков привело к высвобождению наночастиц чернил размером 59–80 нм в обработанную воду. Учитывая это ограничение, MgCl2 рекомендуется для коагуляции-флокуляции частиц чернил для получения флоков с повышенной механической стабильностью и устойчивостью к разрушению под действием сдвига. Предложенный подход предлагает простой, экономически эффективный и экологически чистый способ обработки сточных вод, загрязненных наночастицами чернил.

Быстрое расширение отрасли картонной упаковки привело к значительному увеличению потребления печатных красок (Zięba-Palus и Trzcińska, 2011), что привело к образованию сильно окрашенных сточных вод, загрязненных опасными компонентами, такими как пигменты, красители, смолы, связующие вещества и растворители. Сброс этих сточных вод без надлежащей обработки угрожает водным экосистемам, сельскохозяйственным системам и общественному здоровью из-за загрязнения почвы, поверхностных вод и подземных вод (Ding et al., 2024). Поэтому эффективная обработка сточных вод, загрязненных печатными красками, является важной проблемой с точки зрения экологии. Хотя традиционные методы очистки, включая биологическую обработку (Zhang et al., 2003), химическое окисление (Zhang et al., 2021), адсорбцию (Noonpui et al., 2010), электрохимический метод (Ramos et al., 2019), мембранную фильтрацию (Zhang и Liu, 2003), фотокаталитическое разложение (Vitale et al., 2023) и электрокоагуляцию (Zampeta et al., 2022b), были применены, их эффективность остается ограниченной, часто не соответствуя строгим стандартам качества сточных вод.

Коагуляция-флокуляция широко рассматривается как простой и экономически эффективный метод обработки концентрированных сточных вод различных отраслей, включая фармацевтику, нефтехимию, переработку минералов, производство металлов, кожевенное производство, текстиль, пищевую промышленность, целлюлозу и бумагу. Этот процесс эффективно удаляет значительную часть органических и неорганических загрязнителей, одновременно уменьшая цвет и мутность (Meteš et al., 2000). Механизм коагуляции-флокуляции включает дестабилизацию коллоидных частиц, образующих небольшие агрегаты, которые затем растут, образуя более крупные флоки во время флокуляции. Эффективность процесса зависит от нескольких факторов, таких как: химическая структура коагулянта, pH, ионная сила, концентрация твердых веществ и распределение размеров частиц в суспензии (Li et al., 2006). Для эффективного удаления наночастиц чернил часто необходима гибридная схема обработки. Комбинация этого процесса с адсорбцией на частицах цеолита продемонстрировала повышение эффективности удаления (Metes et al., 2004). Более того, органические соединения могут быть значительно устранены с помощью интегрированных систем обработки, включающих анаэробное-аэробное разложение и флокуляцию-осаждение (Wang et al., 2008). Электрокоагуляция была доказана как эффективный метод обработки сточных вод, содержащих частицы печатных чернил, значительно снижая концентрацию красителей (Papadopoulos et al., 2019). Процесс Фентона был объединен с коагуляцией для синергетической обработки сточных вод, сбрасываемых из печатной промышленности (Ma and Xia, 2009; Sayın et al., 2022). Кроме того, интеграция физико-химической обработки с нанофильтрацией была исследована как жизнеспособная стратегия для облегчения процесса восстановления воды (Bes-Pia et al., 2003). Среди передовых методов восстановления, гидродинамическая кавитация в сочетании с перекисью водорода показала высокую эффективность в удалении частиц чернил и снижении химического потребления кислорода (COD) (Zampeta et al., 2021, 2022a). Коагулянты играют решающую роль в восстановлении сточных вод, загрязненных печатными чернилами. Предгидролизованные коагулянты, такие как полиалюминиевый хлорид (PAC), полиалюминиевый ферри хлорид (PAFCl), полиферросульфат (PFS) и полиферри хлорид (PFCl), широко применяются в обработке сточных вод (Nandy et al., 2003; Verma et al., 2012). Коагуляция-флокуляция в присутствии PAC считается потенциально осуществимым процессом для удаления мутности, металлов и органических материалов по сравнению с алюминием. PAC представляет собой смесь Al3+ и полимерных алюминиевых катионов, включая Al2(OH)24+, Al8(OH)204+, AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ (Yang et al., 2011), при этом последнее соединение является наиболее эффективным видом в коагуляции-флокуляции (Gao et al., 2005). AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ является предгидролизованным коагулянтом с высокой положительной зарядкой по сравнению с Al3+ (Hu et al., 2006). Следовательно, использование PAC в качестве коагулянта приводит к лучшей производительности в обработке сточных вод (Wang et al., 2015). С другой стороны, токсичность коагулянтов на основе алюминия обусловлена концентрацией Al3+, которые более доступны для организмов, чем полимерные алюминиевые соединения (Mortula et al., 2013). Остаточный Al3+ в обработанной воде также был обнаружен в более низкой концентрации, когда используется PAC по сравнению с другими коагулянтами на основе алюминия (Kimura et al., 2013). Хотя PAC был идентифицирован как наиболее эффективный коагулянт, хлорид железа показывает ограниченную эффективность удаления в восстановлении сточных вод, загрязненных частицами чернил (Nandy et al., 2004). В отличие от этого, коагуляция с использованием PAC и ферросульфата усиливает процесс Фентона, улучшая как удаление цвета, так и эффективность удаления COD (Ma and Xia, 2009). Эффективность удаления COD зависит от нескольких факторов, включая pH, дозировку коагулянта, время смешивания и скорость (Fendri et al., 2013; Shaheed et al., 2020). Добавление PAC в сточные водытер приводит к полному удалению цвета, хотя этот процесс требует длительного времени осаждения. Хлорид магния обеспечивает более короткие времена осаждения по сравнению с алюминием и PAC (Tan et al., 2000). Кроме того, полимеризованный алюминиево-магниевый хлорид (PAMC) продемонстрировал лучшие результаты по сравнению с PAC в удалении мутности, красителей и COD из сточных вод печати (Yang et al., 2024). Магнитные флокулянты, синтезированные с помощью твердофазных реакций, также были успешно применены для очистки сточных вод, содержащих чернила (Ding et al., 2021). Хотя полиферриковый хлорид не всегда эффективен для снижения COD, полисиликатно-алюминиево-ферриковый хлорид (PSAFC) демонстрирует превосходные способности к удалению органических веществ по сравнению с PAC (Yuan et al., 2006).

Полиакриламид (ПАА), водорастворимый синтетический полиелектролит, обладает высокой способностью связываться с взвешенными частицами. Благодаря неионным, анионным и катионным формам ПАА, этот материал значительно улучшает флокуляционную способность в очистке сточных вод (Хариф и др., 2023). Особенно стоит отметить, что анионный ПАА уменьшает время осаждения, когда используется в качестве вспомогательного коагулянта (Зампе́та и др., 2022c). Сочетание PAC и катионного ПАА показало эффективную роль в удалении красителей из сточных вод картонной промышленности (Натх и Пандэ, 2020). Основное применение ПАА в очистке сточных вод заключается в связывании коагулированных частиц в присутствии неорганических коагулянтов, таких как PAC (Нан и др., 2016). Полиакриламид с противоположным зарядом по отношению к взвешенным частицам сильно адсорбируется, чтобы уменьшить электрическое отталкивание (Чжу и др., 2018; Хабиби и др., 2024). Для неионного полиакриламида или ПАА с тем же зарядом, что и частицы, адсорбция происходит через водородные связи отдельных цепей полимера, образуя молекулярные мосты между соседними частицами (Пеирис и др., 2010). Открытые амидные группы неионного ПАА обеспечивают отличные условия для взаимодействия с частицами. Альтернативные подходы, такие как сочетание хитозана и таннина, продемонстрировали значительную эффективность в удалении чернил из сточных вод (Русси и др., 2005). Более того, флокулянты, полученные из древесной целлюлозы, показывают превосходные результаты в процессе коагуляции-флокации по сравнению с PAC в сочетании с ПАА (Гуо и др., 2021). Хотя неорганические коагулянты часто используются из-за низкой стоимости и простоты применения, органические полимерные флокулянты вызывают все больший интерес благодаря исключительной эффективности очистки. В результате биодеградируемые биополимеры стали устойчивой альтернативой (Ли и др., 2014). Эффективность био-флокулянтов в удалении органических загрязнителей из сточных вод зависит от механизмов, таких как адсорбция, нейтрализация заряда и химические реакции (Ли и др., 2020). Неорганические-органические гибридные коагулянты также демонстрируют высокую эффективность удаления мутности (Абуязар и др., 2022). Однако осадок, образующийся в результате традиционной очистки сточных вод, часто токсичен и неразлагаем, что создает значительные экологические риски. В сравнении с этим, коагулянты растительного происхождения предлагают устойчивую альтернативу благодаря своей биодеградируемости, нетоксичности и экономической эффективности (Оводунни и Исмаил, 2021). Хотя несколько исследований сообщали о лечении сточных вод, загрязненных печатными чернилами, с помощью процесса коагуляции-флокации, цель текущего исследования заключается в определении подходящего гибридного коагулянта, содержащего хлорид магния (MgCl2), хлорид железа (FeCl3) и полиалюминиевый хлорид (PAC), для максимизации эффективности восстановления воды и минимизации времени осаждения. Основное внимание в исследовании уделяется повышению механической стабильности флоков под воздействием сильных сдвиговых сил, чтобы предотвратить высвобождение наночастиц чернил, что отличается от предыдущих исследований. Эти неорганические материалы были выбраны для достижения эффективного гибридного коагулянта в отсутствие и присутствии ПАА, что имеет решающее значение для контроля механической стабильности. Более того, для систематического понимания взаимодействий между коагулянтами, способствующих очистке сточных вод, сбрасываемых из печатного цеха, было проведено исследование с использованием методологии дизайна смесей (MDM) и метода откливаемой поверхности (RSM). Результаты предоставляют ценные идеи для разработки простого, экономически эффективного и экологически чистого метода для достижения максимального удаления COD, мутности и красителей путем определения правильных условий эксплуатации, включая дозировку коагулянта и уровень pH.