LES TECHNIQUES DE TRAITEMENT DES DÉCHETS CHIMIQUES LIQUIDES

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Les déchets chimiques liquides

Leurs compositions peuvent être connues ou non selon leurs origines. Pour les déchets liquides de composition connue, leurs propriétés dangereuses sont indiquées par les pictogrammes inscrits sur leurs flacons. Comme exemple de ces matières, il y a les acides minéraux qui sont toxiques, corrosifs et irritants : acide chlorhydrique, acide phosphorique, acide nitrique, acide sulfurique ; il y a également les composés azotés comme l’ammoniac, le chlorure d’ammonium. Pour ce qui est des solutions de composition inconnue, leur identification se limite aux hypothèses des réactions chimiques susceptibles d’avoir lieu dans le mélange. Sinon, il faut recourir aux méthodes chromatographiques et spectroscopiques. Les solutions concernées par cette catégorie de déchet sont d’une part les sous-produits des réactions ayant lieu lors des manipulations expérimentales dans le laboratoire. D’autre part, les solvants contaminés par des composés d’extraction sont également des exemples pertinents. Par ailleurs, les eaux de rinçage ayant servi à nettoyer les verreries et les matériels de laboratoire sont aussi contaminées et constituent des déchets liquides.

Les risques liés aux déchets chimiques liquides

Les risques encourus suite à l’exposition aux déchets chimiques sont encore plus importants que les dangers rencontrés avec les produits chimiques opérationnels [3]. Cette augmentation du degré de risque est due à la dégradation des produits mais aussi aux effets des artefacts générés dans le mélange de déchets. Les dangers peuvent survenir suite à l’inhalation, la pénétration cutanée ou bien l’ingestion des composés chimiques. L’enjeu le plus important étant la santé, ces dangers provoquent des maladies qui conduisent fréquemment à la mort du sujet contaminé.
Pour cette raison, des lois portant sur la gestion des déchets ont été adoptées. Ces lois définissent les caractéristiques des déchets, les réglementations qui leurs sont attribuées et la finalité de leur existence.

Cadres réglementaires relatifs à la gestion des déchets

L’article 9 de la loi n°99-021 du 19 août 1999 portant sur la politique de gestion et de contrôle des pollutions industrielles à Madagascar [6] stipule que « Tout exploitant industriel a l’obligation de sauvegarder l’environnement par une production plus propre et une réduction, valorisation, traitement et élimination de ses déchets. ». L’article 24 du même document affirme que « Il y a pollution du milieu récepteur quand il y a émission de substances provenant des rejets d’installations industrielles qui, par leur nature, leur degré de concentration et leur persistance, déséquilibrent et dégradent le milieu récepteur, créent des inconvénients ou des dangers pour la santé, la sécurité, l’hygiène et la salubrité publiques, altèrent les écosystèmes aquatiques des sites et des zones humides et provoquent la dégradation des eaux souterraines. »
La législation malgache n’a pas encore établi les normes environnementales de référence concernant les valeurs limites à respecter pour les paramètres caractéristiques des déchets dangereux. En revanche, le Ministère de l’Environnement Malgache stipule dans le Décret n° 2003/464 du 15/04/03 portant sur la classification des eaux de surface et la réglementation des rejets d’effluents liquides [7], article 4, que les effluents industriels provenant de tous types d’activités de production manufacturière ou de transformation sont considérés comme des rejets liquides polluants. L’article 5 du même document définit les valeurs à respecter pour les eaux de rejets industrielles. Il est à noter que les effluents de laboratoire sont classés dans la catégorie des effluents industriels. Le Tableau 1 renseigne sur les paramètres à prendre en compte avec les valeurs seuils respectives pour les effluents industriels.
Tout comme dans le cas de la caractérisation des eaux de rejet industrielles, les effluents de laboratoire doivent être analysés en considérant les paramètres énoncés dans ce tableau. Bien qu’une certaine méfiance se pose au niveau de l’estimation des déchets dangereux vis à vis des simples eaux résiduaires industrielles, il faut admettre que la finalité de ces types de rejets sont quasiment les mêmes. Le rejet dans les égouts, l’enfouissement ou bien la valorisation sont les stades ultimes du cycle de vie des différents composants tant pour les eaux résiduaires que pour les effluents de laboratoire. Mieux, le fait de considérer que la norme de rejet relative aux déchets liquides dangereux des laboratoires peut égaliser la norme des eaux résiduaires industrielles est une vision qui optimise les objectifs de leur traitement. Par conséquent, les paramètres considérés pour la caractérisation des effluents de laboratoire sont ramenés à ceux des eaux de rejet industrielles.

CARACTÉRISATION GÉNÉRALE DES EFFLUENTS DE LABORATOIRE

Pour pouvoir choisir la ou les méthodes de traitement adéquates à un type d’effluent, il est nécessaire d’effectuer préalablement des analyses. Cela permet de mettre en évidence les caractéristiques potentielles du déchet à traiter. Dans ce contexte, plusieurs paramètres essentiels sont à considérer, à savoir :
les paramètres physiques ou organoleptiques : conductivité, turbidité, teneur en matières en suspension…
les paramètres chimiques et biologiques : pH, DBO5, DCO, concentration en ions (nitrites, nitrates, chlorures, sulfates…), teneur en métaux dissous, en Carbone organique total (COT)…

Les paramètres physiques

La température

La température d’une solution n’est pas directement un indicateur de pollution. En revanche, elle influe considérablement les autres paramètres. L’élévation de la température est par exemple responsable de la diminution de l’oxygène dissous dans une solution ; ce qui peut provoquer l’asphyxie de certains microorganismes auto-épurateurs mais aussi l’accumulation de dépôts nauséabonds et la prolifération des algues. Néanmoins, les effluents à température élevée ne se rencontrent pas dans les laboratoires à moins qu’il n’y ait en permanence une réaction exothermique.

La conductivité

La conductivité permet de définir si la solution est riche ou pauvre en éléments conducteurs de courant électrique. En effet, les sels minéraux et les métaux sont des bons conducteurs de courant contrairement aux matières organiques. La conductivité renseigne donc sur la concentration du liquide en substances dissoutes comme les ions métalliques et les sels minéraux [8]. De ce fait, la salinité et la teneur en substances dissoutes sont parfois estimées par rapport à la conductivité.

Turbidité et MES

La turbidité d’une solution est marquée par la réduction de sa transparence [9]. Hypothétiquement, c’est la présence des matières en suspension et des substances dissoutes dans la solution qui lui confère sa couleur. Ces grandeurs influencent la turbidité sans pour autant être identiques à celle-ci [10].
Le principe de mesure de la turbidité prend en considération la réflexion de la lumière par le liquide. En effet, une solution turbide disperse la lumière irradiée et la reflète sur elle-même [11]. L’intensité de lumière reflétée est proportionnelle à la turbidité du liquide.
Pour ce qui est des matières en suspension, la mesure se fait par filtration d’une quantité bien définie de liquide avec un filtre spécifique. Le principe est de faire la différence entre la masse finale et initiale du filtre afin d’en déduire la masse des matières en suspension retenues.

Les paramètres chimiques et biologiques

Le pH

La mesure de ce paramètre permet de définir globalement les espèces chimiques présentes en majorité dans l’échantillon de déchet liquide. Ainsi, il est possible de suggérer que la solution est de nature acide ou basique ou bien si celle-ci est neutre. La mesure est effectuée avec un pH-mètre.

La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5)

La DBO5 renseigne sur la quantité de polluants biodégradables contenus dans la solution [12]. Le principe de mesure est de déterminer la quantité d’oxygène nécessaire aux microorganismes pour dégrader les matières organiques.
En effet, la consommation d’oxygène au niveau d’une solution aqueuse est proportionnelle à la dégradation des matières organiques contenues dedans.

La Demande Chimique en Oxygène (DCO)

La DCO est donnée par la quantité de dioxygène nécessaire pour oxyder les matières dissoutes et/ou en suspension dans des conditions bien définies. En d’autres termes, la DCO est la concentration de dioxygène équivalente à la quantité de dichromate Cr2O72- consommée par les matières dissoutes et les matières en suspension lors du traitement d’un échantillon de déchet liquide avec ce puissant oxydant dans les conditions définies par la norme ISO 6060 portant sur la Qualité de l’eau – Détermination de la demande chimique en oxygène [13]. Les matières dissoutes et en suspension réagissent avec cet oxydant et cela conduit à un changement de couleur de l’échantillon. L’absorbance de cette couleur, observée avec un spectrophotomètre UV/visible est proportionnelle à la quantité d’oxydant réduit [14].

La concentration en ions

La concentration en ions est très importante étant donné le caractère liquide du déchet à traiter. Lorsque les produits chimiques sont en solution, ils s’y trouvent généralement sous forme d’ions. Le recensement des ions en solution dans un échantillon de déchet liquide révèle les différentes espèces qui y sont présentes. Cela permet de déterminer leurs origines et par conséquent de constater les dangers qu’ils représentent. La présence des ions cités dans les paragraphes suivants est très probable dans les déchets chimiques liquides de laboratoire :

Les nitrates et nitrites (NO3 -, NO2-)

Les ions nitrates proviennent de l’oxydation complète des composés azotés dont les aérosols d’acides nitriques ou de nitrates d’ammonium [15]. Les nitrates sont également utilisés comme oxydants dans certaines industries chimiques. Ce sont des produits très fréquemment utilisés dans les laboratoires.
Lors des analyses chimiques des échantillons d’effluents, les nitrates sont préalablement réduits en nitrites par le sulfate d’hydrazine en milieu alcalin et en présence du cuivre comme catalyseur. Le but de cette oxydation est de faire en sorte que le groupement fonctionnel nitrite réagisse avec la sulfanilamide. En milieu acide, il se forme un composé diazoïque qui réagit à son tour avec le dihydrochlorure de N-1-naphthyléthylènediamine pour former un composé rose-violet. Il s’agit d’un composé spécifique dont l’absorbance à 550 nm renseigne sur la concentration en nitrites de la solution.

L’azote ammoniacal (NH4+)

L’azote ammoniacal résulte de la réduction des nitrites et des nitrates dans des conditions anaérobies [16]. L’utilisation de l’ammoniac et des sels d’ammonium est aussi une source de la présence de cette entité chimique dans les déchets liquides. Le principe de l’analyse est de faire réagir l’ion ammonium avec le salicylate, le nitroferricyanure et l’acide dichloroisocyanurique qui forment en milieu alcalin un complexe bleu dont l’absorbance à 660 nm est proportionnelle à la concentration d’azote ammoniacal.

Les ions chlorures (Cl-)

Les chlorures sont issus des résidus de produits chlorés utilisés pour les réactions d’oxydation. L’acide chlorhydrique est un acide fort qui intervient très souvent dans les modes opératoires des analyses physico-chimiques. Le chlorure d’ammonium quant à lui est un produit utilisé dans le nettoyage des métaux. Celui-ci intervient quelquefois dans les réactions chimiques effectuées dans les laboratoires. Par ailleurs, le chlore est un produit oxydant réputé par sa capacité à protéger les infrastructures contre la prolifération des microorganismes et des bactéries [8]. Dans certains cas, les chlorures sont transformés ou consommés dans les réactions chimiques mais dans d’autres, ils sont régénérés ou demeurent intacts à la fin de la réaction. Ce qui leur amène inévitablement dans les déchets liquides.

Les sulfates (SO4 2-)

L’oxydation des sulfures est à l’origine des ions sulfates trouvés dans les effluents [17]. Les industries œuvrant dans le domaine minier et les laboratoires d’analyses y afférentes sont susceptibles d’avoir des effluents contaminés par ces ions.
La détermination de la concentration en ions sulfates se fait par chromatographie ionique. Dans certains laboratoires d’analyse, les déterminations des anions sulfates, chlorures et fluorures se font simultanément. La concentration de ces ions est obtenue lors du couplage de la chromatographie ionique à un détecteur conductivimétrique. C’est la conductivité relative à chaque anion qui est proportionnelle à sa concentration dans l’échantillon.

LES TECHNIQUES DE TRAITEMENT DES DÉCHETS CHIMIQUES LIQUIDES

En général, le traitement des déchets a pour objectifs de permettre leur recyclage total ou partiel, de favoriser leur valorisation sous forme de matière réutilisable ou sous forme d’énergie, mais aussi de réduire les risques relatifs à leur composition chimique en vue de permettre leur retour « écocompatible » dans l’environnement après le traitement [18]. L’issu des déchets peut donc prendre deux voies dont la valorisation et l’élimination. Dans le cas des déchets chimiques liquides, l’élimination consiste à réduire la teneur du liquide en produits chimiques dangereux. Pour ce faire, plusieurs techniques de séparation sont envisageables. En tous cas, la finalité des déchets traités consiste toujours en son rejet dans l’environnement, soit dans les eaux résiduaires, soit dans le sol en cas d’enfouissement. Dans les deux cas de figure, la composition du liquide en produits chimiques nuisibles doit respecter la norme de rejet industriel.
Les techniques de traitement pour l’élimination des déchets chimiques dangereux sont principalement le traitement thermique et le traitement physico-chimique. Le traitement biologique n’est pas souvent optionnel du fait de la composition chimique toxique des déchets qui constitue un milieu défavorable au développement des microorganismes épurateurs.

Le traitement thermique

Celui-ci a pour principe l’oxydation des matières organiques contenues dans les déchets liquides [19]. Le matériel utilisé est un four statique qui permet d’incinérer les déchets liquides dans de très bonnes conditions de chauffage. Les déchets liquides sont introduits dans le compartiment d’incinération par des brûleurs qui assurent simultanément l’atomisation et la combustion.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
I- GÉNÉRALITÉS SUR LES DÉCHETS INDUSTRIELS
I.1- Les déchets chimiques des laboratoires
I.2- Les déchets chimiques liquides
I.3- Les risques liés aux déchets chimiques liquides
I.4- Cadres réglementaires relatifs à la gestion des déchets
II. CARACTÉRISATION GÉNÉRALE DES EFFLUENTS DE LABORATOIRE
II.1- Les paramètres physiques
II.1.1- La température
II.1.2- La conductivité
II.1.3- Turbidité et MES
II.2- Les paramètres chimiques et biologiques
II.2.1 – Le pH
II.2.2- La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5)
II.2.3- La Demande Chimique en Oxygène (DCO)
II.2.4- La concentration en ions
III- LES TECHNIQUES DE TRAITEMENT DES DÉCHETS CHIMIQUES LIQUIDES
III.1- Le traitement thermique
III.2- Le traitement physico-chimique
III.2.1- La neutralisation
III.2.2- La coagulation-floculation
III.2.3- Les Procédés d’Oxydation Avancée (POA)
III.2.4- Le procédé d’échanges d’ions
III.2.5- L’adsorption
IV- LES DIFFÉRENTS TYPES D’ADSORBANTS ET LEURS APPLICATIONS
IV.1- La zéolithe
IV.2- Le gel de silice
IV.3- L’alumine
IV.4- Le charbon actif
IV.4.1- Définition et propriétés
IV.4.2 Activation du charbon
IV.4.3- Les polluants cibles du traitement par charbon actif
IV.5 – L’argile active
IV.5.1- Définition
IV.5.2- Structure de l’argile
IV.5.3- Activation de l’argile
IV.5.4- Les espèces cibles du traitement par argile active
Conclusion
Chapitre II. PARTIE EXPÉRIMENTALE
Introduction
I- CONTEXTE DE L’ÉTUDE – PRÉSENTATION DU LABORATOIRE D’ACCUEIL
II- ANALYSES DES DECHETS CHIMIQUES LIQUIDES
II.1- Présentation du site d’échantillonnage
II.2- Analyses des paramètres des déchets chimiques liquides
II.2.1- Analyses des paramètres physiques
II.2.2- Analyses des paramètres chimiques et biologiques
II.3- Valeurs des paramètres obtenues suite aux analyses physico-chimiques
III. SYNTHÈSE DES ADSORBANTS NÉCESSAIRES AUX ESSAIS DE TRAITEMENT DES DÉCHETS CHIMIQUES LIQUIDES
III.1- Fabrication du charbon actif
III.1.1- Préparation de la matière première
III.1.2- Processus d’activation
III.2 Fabrication de l’argile active
III.2.1- Préparation de la matière première
III.2.2- Activation de l’argile
III.3- Caractérisation des adsorbants synthétisés
IV. ESSAIS DE TRAITEMENT DES DÉCHETS CHIMIQUES LIQUIDES PAR ADSORPTION
IV.1- Objectif
IV.2- Principe
IV.3- Matériels
IV.3.1- Dispositif d’installation
IV.4- Méthodes
IV.4.1- Essais de traitement avec la colonne de charbon actif
IV.4.2- Essais de traitement par argile active
IV.4.3- Etude de l’influence de la pression sur l’adsorption
IV.5- Adsorptions successives
IV.5.1- Principe du traitement
IV.5.2- Protocole
Conclusion
Chapitre III. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
Introduction
I- ESSAIS DE TRAITEMENT PAR ADSORPTION SIMPLE
I.1- Observations et interprétations des expériences d’adsorption simple sur charbon actif
I.2- Observations et interprétations des expériences d’adsorption simple sur l’argile active
I.3- Observations et interprétations de l’influence de la pression sur l’adsorption simple.
I.4- Evaluation de l’efficacité des essais de traitement par adsorption simple
II- ESSAIS DE TRAITEMENT PAR ADSORPTIONS SUCCESSIVES
II.1- Essais de traitements par charbon actif
II.1.1- Facteurs organoleptiques
II.1.2- Facteurs biologiques
II.1.3-.Facteurs chimiques
II.2- Essais de traitements par argile active
II.2.1- Facteurs organoleptiques
II.2.2- Facteurs biologiques
II.2.3- Facteurs chimiques
III- RECAPITULATION DES CARACTERISTIQUES DES DEUX SYSTEMES D’ADSORPTION
IV- COMPARAISON GENERALE DES EFFICACITES DES DEUX ADSORBANTS
V- ÉTUDE DE FAISABILITE DU TRAITEMENT PAR ADSORPTION DANS LE LABORATOIRE DE L’OMNIS
Conclusion
CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES
ANNEXES

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