Optimization of starch-based hybrid separation systems for mines wastewaters treatment

Wastewaters contamination by heavy metal ions is a serious problem related to environmental and human health issues. Consequently, control and abatement of heavy metal ions contamination in mines wastewaters is one of the most bracing challenges of the last decades, considering that these ions are highly soluble in water. The main goal in this study was to simulate some real wastewater aqueous solutions containing metal ions and to treat them in order to capture such ions and decrease their concentration values below the parameters defined by European regulation for drinkable water. In this experimental work, a cationized-depolymerized waste starch (CDS) was used as a binding agent in order to adsorb metal ions from an aqueous solution that has been prepared using an ultra-pure Milli-Q water and salts containing the desired ions. The heavy metal ions used to investigate the binding capacity of starch were Fe(III), Cu(II), Mn(II) and Ni(II) and the operating parameters investigated were pH, Molecular Weight Cutoff (MWCO) and Starch to Metal ratio (S:M). To understand the possible precipitation phenomena, a computer software on equilibrium models (MEDUSA) was used and three pH values were used in our experiments: 6, 8 and 10. The analytical method used in this work aiming to quantify the heavy metal ions concentrations in solutions samples was Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry (ICP-OES). The used CDS successfully captured the heavy metal ions from the aqueous solution with removal percentages detected between 95 and 99 %, at pH 10 and after a membrane Ultrafiltration process in Amicon Cell®.

La contaminazione delle acque reflue da parte di metalli pesanti è un grave problema collegato a questioni ambientali e di salute umana. Per questo motivo, il controllo e le capacità di abbattimento verso la contaminazione da metalli pesanti da acque reflue di miniera è definibile come una delle sfide più stimolanti degli ultimi decenni, considerando soprattutto il fatto che questi ioni metallici presentano una elevata solubilità in acqua. L’obiettivo primario di questa ricerca è stato quello di simulare acque reflue reali contenenti ioni metallici e di trattarle con lo scopo di catturare tali metalli riducendo le loro concentrazioni a valori inferiori a quelli stabiliti dalla regolamentazione Europea sulle acque potabili. In questo studio sperimentale è stato usato un amido cationizzato e depolimerizzato, come agente chelante, per adsorbire gli ioni metallici dalla soluzione acquosa, preparata con acqua ultra-pura deionizzata Milli-Q® e con dei sali contenenti gli ioni metalli desiderati. Gli ioni metallici usati per verificare la capacità chelante dell’amido sono Fe(III), Cu(II), Mn(II) e Ni(II), inoltre i parametri operativi analizzati sono pH, Molecular Weight Cutoff (MWCO) ed il rapporto Amido-Metallo (S:M). Per comprendere gli equilibri di precipitazione è stato usato un software contenente dei modelli di equilibrio (MEDUSA) e il pH ha assunto 3 valori: 6, 8 e 10. La tecnica di analisi impiegata per quantificare le concentrazioni di metalli pesanti nei campioni raccolti durante l’esperienza in laboratorio è stata la Spettroscopia di Emissione al Plasma (ICP-OES). L’amido usato in questo lavoro ha catturato con successo gli ioni metallici dalla soluzione acquosa con percentuali di rimozione analizzate tra il 95 e il 99 %, a pH 10 e dopo un’ Ultrafiltrazione a membrana con l’uso dell’Amicon Cell®.