(matériau local) comme adjuvant pour la décoloration des eaux

Report
S. Kacha 1*, A. M. Elhorri 2, F. Mekhalef Benhafsa2
1 Laboratoire
de Matériaux et Systèmes Réactifs (LMSR), Université Djillali Liabes de Sidi Bel Abbes, BP 89, 22000 Sidi Bel Abbes, Algérie.
de Chimie, Faculté des Sciences Exactes, Université Djillali Liabes de Sidi Bel Abbes, BP 89, 22000 Sidi Bel Abbes, Algérie.
2 Département
Les sels coagulants forment des complexes peu solubles avec les polluants organiques de l’eau.
La diatomite, matériau microporeux, offre des sites de dépôt pour les espèces coagulées.
Une diatomite algérienne a été associée au Zn2+ pour décolorer des eaux artificiellement teintées.
La présence de la diatomite agit efficacement sur le rendement épuratoire, améliore la qualité de
l’eau traitée et réduit les volumes de boue formée.
Mots clé : eau colorée, coagulation, Zn2+, diatomite, séparation
 Les rejets de l’industrie textile, chargés de colorants, dans leur plus grande proportion toxiques,
polluent le sol, les cours d’eau, les oueds et arrivent jusqu’à la mer.
 Des traitements de dépollution de nature physicochimique [1-4], biologique [5,6] ou spécifique
(combinaison de procédés) [7-10] ont été testés.
 L’abattement des colorants par les procédés biologiques est très limité, du fait que les colorants
textiles sont très peu biodégradables [2].
 Les procédés physicochimiques, par contre, offrent la possibilité de débarrasser les eaux de la
quasi-totalité de leur charge polluante.
 La coagulation-floculation, procédé physicochimique très largement testé, continue d’être
perfectionné, notamment sur le type de coagulant et des adjuvants de floculation.
 Dans ce travail, une diatomite locale (gisement de Sig), composée essentiellement de silice
(environ 80%) a été utilisée, en comparaison avec d’autres matériaux, comme adjuvant de
floculation, en vue d’exploiter sa microstructure en sièges de dépôt ou de réaction des
complexes formés pendant la coagulation.
 Le colorant : le Drimaren Gelb K-2R CDG, colorant réactif, de couleur jaune en solution aqueuse
sa longueur d’absorption maximale est λmax = 389 nm.
Figure 1: Image du colorant utilisé
 Les coagulants : trois solutions fraichement préparées de sulfate ferreux FeCl3.6H2O, de chlorure de
manganèse MnCl2.4H2O et de chlorure de zinc ZnCl2 anhydre, à 0.1 M.
Figure 2: Image des sels coagulants utilisés
 La Chaux Ca(OH)2 : une suspension de 50-350 mg/L (lait de chaux) dans l’eau distillée. Les
volumes de chaux ajoutés ont été calculés de manière à respecter son dosage dans la
solution.
Figure 3: Image de la chaux utilisée
 La bentonite : bentonite naturelle (gisement de Maghnia en Algérie), produite par la société
nationale ENOF, Algérie. Elle est de couleur blanche, finement broyée et possède les
propriétés des montmorillonites [2]. Utilisée en suspension de 1 g/L, fraichement préparée
et maintenue sous agitation à 20 °C. En suspension dans l’eau, elle présente un pH basique et
une conductivité faible.
Figure 4: Image de la bentonite utilisée
 La diatomite : diatomite naturelle (gisement de Sig en Algérie). Elle est pure est légère,
pulvérulente, finement laminée et d’une blancheur éclatante (Figure 5). Elle est constituée
d’une forte teneur en silice (de 80 à 90%). En suspension dans l’eau elle exhibe un
comportement comparable à celui de la bentonite (pH et conductivité).
 Sa structure cristalline est microporeuse (Figure 6)
Figure 5: Image de la diatomite utilisée
Figure 6: Image MEB de la diatomite naturelle
 La coagulation-floculation des solutions colorées a été menée dans un floculateur à six postes
(Jar-test), sur des volumes de 200 cm3.
Figure 7: Image du floculateur utilisé
 La température du réacteur a été ajustée, au préalable à 20 °C, à l’aide d’un bain thermostaté.
 Le pH initial de chaque solution colorée est ajusté à la valeur désirée à l’aide de solutions
d’acide chlorhydrique ou de soude 1 M ou 0,1 M.
 Afin de normaliser les essais, les solutions coagulantes sont ajoutées aux solutions colorées
pures, ou aux mélanges solution colorée-phase solide sous agitation, d’abord rapide de 250
tr/min pendant 2 min, puis lente de 60 tr/min pendant 20 min. Le mélange est transvasé dans
un cône d’Imhoff, pour déterminer le volume de sédiment, après 60 minutes de décantation.
 Le pourcentage de décoloration est déterminé à l’aide d’un spectrophotomètre UV-visible.
 Le pH et la conductivité des solutions sont mesurés à l’aide d’un pH mètre électronique
(HANNA instruments, pH 210, Hongrie), et d’un conductivimètre électronique (HANNA
instruments, EC 215, Hongrie), respectivement.
 Les trois coagulants ont montré des efficacités comparables, avec une préférence au
manganèse par rapport au zinc, pour les faibles doses de coagulant (Figure 1).
 Le choix du coagulant dépend de sa réponse lorsqu’il est associé avec la phase solide
(chaux, diatomite ou bentonite).
Figure 8: Décoloration des solutions par différents coagulants
 La figure 2 présente l’exemple de la combinaison coagulant/phase solide pour le zinc.
 La combinaison zinc/diatomite a été retenue parmi les huit autres, du fait qu’elle offre le meilleur
abattement de la pollution organique (>97%), en plus de la qualité des eaux traitées.
100
Color removal (%)
80
60
ZnCl2 + lime
ZnCl2 + diatomite
ZnCl2 + bentonite
ZnCl2 alone
40
20
0
4
5
6
7
8
9
10
Volume of the coagulant (mL)
Figure 9: Décoloration des solutions par la combinaison coagulant/phases solides
 La figure 3 montre que la conductivité la plus faible est celle obtenue avec la diatomite.
 La diatomite peut donc jouer le rôle d’adoucisseur d’eau puisqu’elle réduit la conductivité
d’environ la moitié.
Conductivity (S/cm)
1000
800
Bentonite
Lime
Diatomite
600
400
200
0
1
2
3
Solid phases
Figure 10: Conductivité des solutions aqueuses traitées
 La figure 4 exprime les pourcentages des volumes de boue obtenus par rapport aux volumes
d’eau traités.
 Lorsque la diatomite est ajoutée dans le réacteur avec le coagulant, le volume de boue formé
est égal à environs les 2/3 de celui formé avec la bentonite et à 1/2 de celui formé avec la
chaux.
7,0
6,5
Lime
% of sludge
6,0
5,5
5,0
4,5
Bentonite
4,0
3,5
Diatomite
3,0
2,5
1
2
3
Solid phases
Figure 11: Volume de boue formée après séparation des solutions aqueuses traitées
 La figure 5 montre que l’efficacité atteint son maximum avec un pH basique (pH11).
 Ce phénomène joue en faveur de notre procédé de traitement, puisque les eaux industrielles
contenant des colorants réactifs ont un pH d’environ 12 [1].
100
color removal (%)
80
60
40
20
0
4
6
8
10
12
Initial pH
Figure 12 : Effet du pH initial des solutions colorées sur l’efficacité du procédé.
 La Figure 6 montre que l’ajout de diatomite fait augmenter l’efficacité du procédé : de 84,78%
(coagulant seul) à 96,68% (coagulant + 100 mg de diatomite).
 Aussi il a agit de manière bénéfique sur la qualité de l’eau traitée (Tableau 1) et sur le volume de
boue formée (Figure 4).
 La masse de 100 mg (O,5 kg/m3) a été retenue comme optimale.
98
Color removal (%)
96
94
92
90
88
86
84
0
50
100
150
200
250
300
Mass of diatomite (mg)
Figure 13 : Effet de la masse de diatomite sur l’efficacité du procédé
Concentration de
la couleur (mg/L)
pH
Conductivité
(μS/cm)
Valeur initiale
25
6,70
978
Valeur à l’équilibre
0,72
6,63
532
Taux d’abattement
97,13%
-
45,60%
 Les eaux contenant des colorants récalcitrants nécessitent un traitement
spécifique.
 La coagulation-floculation devient plus efficace si le cation coagulant ainsi que
l’adjuvant de floculation sont soigneusement choisis.
 La diatomite possède une microstructure capable de recevoir les espèces agrégées
de l’eau. Cette faculté lui permet de jouer un double rôle : d’une part
l’amélioration du rendement épuratoire, et d’autre part la correction du pH et la
salinité de l’eau traitée.
 Les volumes très réduits de boue formée sont en faveur d’une intercalation
d’espèces chimiques au niveau des micropores.
 L’étude plus poussée des agrégats formés permettra de clarifier le mécanisme de
cette rétention.
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