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Publicação
Walnut shells and eucalyptus bark as green alternatives to chemical coagulants in water treatment
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Resumo(s)
Water resource management has become a major technical and environmental challenge of the 21st century, largely driven by the intensification of industrial activities and the resulting generation of increasingly complex wastewater. Conventional coagulation–flocculation processes, widely used in wastewater treatment plants, mainly rely on inorganic chemical coagulants, such as aluminum and iron salts. Although effective, these chemicals have notable environmental and operational limitations. In response to these challenges, growing attention has been given to developing of more sustainable alternatives aligned with the principles of green chemistry. In this context, this study investigated the potential of natural coagulants derived from walnut shells (Juglans regia) and eucalyptus bark (Eucalyptus spp.) as environmentally friendly alternatives to conventional chemical coagulants. These lignocellulosic materials are rich in tannins, polyphenols, and other bioactive functional groups that promote coagulation primarily through charge neutralization and polymer bridging mechanisms. Unlike many approaches reported in the literature, which rely on raw powders or chemically activated adsorbents, this study employed saline-assisted liquid extracts, providing a milder, more
more sustainable extraction route. The results demonstrated that eucalyptus bark exhibited superior turbidity removal performance, reaching 91%, while walnut shell achieved a maximum of 80%. For color removal using methylene blue, both biomaterials showed comparable performance, with maximum efficiencies of 48% for eucalyptus bark and 47% for walnut bark. A comparative analysis with the literature confirmed that the observed efficiencies were lower than those reported for chemically activated or highly optimized systems; however, they remained relevant within the context of green, low-cost, and minimally processed treatment strategies. This study advances environmentally friendly water treatment technologies by systematically comparing two forest residues under mild extraction conditions, supporting their potential application as scalable alternatives to conventional coagulants.
A gestão dos recursos hídricos tornou-se um dos principais desafios técnicos e ambientais do século XXI, impulsionado sobretudo pela intensificação das actividades industriais e pela consequente geração de águas residuais cada vez mais complexas. Os processos convencionais de coagulação–floculação, amplamente utilizados em estações de tratamento de águas residuais, dependem principalmente de coagulantes químicos inorgânicos, como sais de alumínio e ferro. Embora eficazes, estes produtos químicos apresentam limitações ambientais e operacionais significativas. Em resposta a estes desafios, tem crescido o interesse no desenvolvimento de alternativas mais sustentáveis e alinhadas com os princípios da química verde. Neste contexto, o presente estudo investigou o potencial de coagulantes naturais derivados de cascas de noz (Juglans regia) e casca de eucalipto (Eucalyptus spp.) como alternativas ambientalmente sustentáveis aos coagulantes químicos convencionais. Estes materiais lignocelulósicos são ricos em taninos, polifenóis e outros grupos funcionais bioactivos que promovem a coagulação principalmente através de mecanismos de neutralização de carga e formação de pontes poliméricas. Ao contrário de muitas abordagens descritas na literatura, que utilizam pós brutos ou adsorventes quimicamente activados, este estudo empregou extractos líquidos assistidos por solução salina, proporcionando uma rota de extracção mais suave e sustentável. Os resultados demonstraram que a casca de eucalipto apresentou desempenho superior na remoção de turbidez, atingindo 91%, enquanto a casca de noz alcançou um máximo de 80%. Para a remoção de cor utilizando azul de metileno, ambos os biomateriais apresentaram desempenho semelhante, com eficiências máximas de 48% para a casca de eucalipto e 47% para a casca de noz. Uma análise comparativa com a literatura confirmou que as eficiências observadas foram inferiores às reportadas para sistemas quimicamente activados ou altamente optimizados; contudo, os resultados mantiveram-se relevantes no contexto de estratégias de tratamento verdes, de baixo custo e minimamente processadas. Este estudo contribui para o avanço de tecnologias ambientalmente sustentáveis para o tratamento de água ao comparar sistematicamente dois resíduos florestais sob condições suaves de extracção, reforçando o seu potencial de aplicação como alternativas escaláveis aos coagulantes convencionais.
A gestão dos recursos hídricos tornou-se um dos principais desafios técnicos e ambientais do século XXI, impulsionado sobretudo pela intensificação das actividades industriais e pela consequente geração de águas residuais cada vez mais complexas. Os processos convencionais de coagulação–floculação, amplamente utilizados em estações de tratamento de águas residuais, dependem principalmente de coagulantes químicos inorgânicos, como sais de alumínio e ferro. Embora eficazes, estes produtos químicos apresentam limitações ambientais e operacionais significativas. Em resposta a estes desafios, tem crescido o interesse no desenvolvimento de alternativas mais sustentáveis e alinhadas com os princípios da química verde. Neste contexto, o presente estudo investigou o potencial de coagulantes naturais derivados de cascas de noz (Juglans regia) e casca de eucalipto (Eucalyptus spp.) como alternativas ambientalmente sustentáveis aos coagulantes químicos convencionais. Estes materiais lignocelulósicos são ricos em taninos, polifenóis e outros grupos funcionais bioactivos que promovem a coagulação principalmente através de mecanismos de neutralização de carga e formação de pontes poliméricas. Ao contrário de muitas abordagens descritas na literatura, que utilizam pós brutos ou adsorventes quimicamente activados, este estudo empregou extractos líquidos assistidos por solução salina, proporcionando uma rota de extracção mais suave e sustentável. Os resultados demonstraram que a casca de eucalipto apresentou desempenho superior na remoção de turbidez, atingindo 91%, enquanto a casca de noz alcançou um máximo de 80%. Para a remoção de cor utilizando azul de metileno, ambos os biomateriais apresentaram desempenho semelhante, com eficiências máximas de 48% para a casca de eucalipto e 47% para a casca de noz. Uma análise comparativa com a literatura confirmou que as eficiências observadas foram inferiores às reportadas para sistemas quimicamente activados ou altamente optimizados; contudo, os resultados mantiveram-se relevantes no contexto de estratégias de tratamento verdes, de baixo custo e minimamente processadas. Este estudo contribui para o avanço de tecnologias ambientalmente sustentáveis para o tratamento de água ao comparar sistematicamente dois resíduos florestais sob condições suaves de extracção, reforçando o seu potencial de aplicação como alternativas escaláveis aos coagulantes convencionais.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Biocoagulants Coagulation process Eucalyptus bark Sustainable water treatment Walnut shells