Procédés de dégradation des polluants organiques

Procédés de dégradation des polluants organiques

Procédés physiques

Il s’agit principalement des techniques qui permettent le transfert du polluant d’un milieu à un autre qui peut être en général soit un adsorbant, une membrane,… Ainsi le polluant est concentré puis amené à être incinéré ou bien mis en décharge. De ce fait ce procédé nécessite un post-traitement ce qui augmente le coût de dépollution.  On note parmi les techniques de ce procédé la technique de filtration membranaires notamment la microfiltration, l’ultrafiltration, la nanofiltration et l’osmose inverse [1-5], l’adsorption (charbon actif, alumine activée…)[6- 8], la coagulation/floculation [9,10]…

Procédés biologiques

Les procédés par voie biologique sont basés sur la biotransformation microbienne des polluants. On note l’utilisation des bactéries [11-13], les champignons [14], la phytoremediation [15-17]… Si ces techniques sont adaptées à un grand nombre de polluants organiques, elles ne sont pas toujours applicables sur les effluents industriels en raison des fortes concentrations de polluants, de leur toxicité qui entrainerait la mort des microorganismes ou de leur très faible biodégradabilité. De plus ces techniques génèrent des quantités importantes de boues biologiques à retraiter.

Procédés chimiques

Les techniques d’oxydation chimique sont généralement appliquées quand les procédés biologiques sont inefficaces. Elles peuvent être ainsi utilisées en étape de prétraitement pour les procédés biologiques. L’oxydation chimique est souvent appliquée pour le traitement des eaux usées contenant des polluants non biodégradables et/ou toxiques et de fortes concentrations que les autres procédés ne peuvent pas traiter ou transformer en produits biodégradables et/ou non toxiques. En effet, cette technique est basée sur l’oxydation directe ou indirecte des polluants organiques par des espèces fortement oxydante comme l’O3, H2O2, O2, OH°… Ces espèces chimiques sont capable de dégrader jusqu’au stade de la minéralisation les composés organiques. Ainsi l’oxydation chimique se révèle un procédé efficace de traitement des polluants organiques. Divers procédés ont été alors utilisées pour le traitement des polluants organiques tel que l’ozonation [18,19], UV/O3 [20,21], UV/H2O2 [22,23], l’électro-fenton [24,25], les procédés plasma…

Dégradation des polluants organiques par plasma 

Définition d’un plasma
Le terme « plasma » a été utilisé pour la première fois par le physicien Langmuir. I pour désigner des gaz plus ou moins ionisés au sein de décharges électriques [26]. Un plasma est donc un milieu gazeux comportant des espèces légères qui sont les électrons et des espèces lourdes qui sont constituées par des ions, des molécules, des radicaux et des atomes diversement excités.

Classification thermique des plasmas
Au sein du plasma il n’ya pas toujours équilibre thermodynamique entre les espèces, mais un état stationnaire dans lequel chaque espèce de particule a une énergie caractérisée par une température Tj. Les espèces lourdes ont des énergies cinétiques moyennes comparables entre elles et représentées par la température macroscopique Tg. En revanche l’énergie des électrons (représentée par Te) peut être beaucoup plus élevée [27].

D’après le diagramme nous pouvons distinguer deux grands types de plasma : plasma thermique à haute pression et plasma hors équilibre à basse température (plasma froid) .

Plasmas thermiques
Ils sont définis à de hautes pressions (P ≥ 1 atm). Ils sont caractérisés par un équilibre thermodynamique local (ETL) réalisé entre les électrons et les espèces lourdes (Te ≈ Tg ≈ 10⁴ K). Ce type de plasma est généralement généré par des torches à plasma et d’arc électrique. Cependant, les plasmas thermiques présentent des inconvénients tels que :
-La nécessité d’utiliser des matériaux réfractaires couteux résistant à la gamme de température de travail.
-L’usure rapide des électrodes en plasma d’arc.
-La complexité et le coût des installations.

Plasmas hors équilibre thermique
Dans ces plasmas appelés aussi plasmas « froid », l’équilibre thermodynamique local (ETL) n’est pas réalisé. Ils sont définis à basse pressions (P ≤ 10⁻¹ atm) et ils sont caractérisés par une température électronique Te beaucoup plus élevé que la température macroscopique Tg (Te ≈ 10⁵
– 10⁶ K ; Tg ≈ 10²
– 10³ K).
Dans ce cas c’est l’excitation et la réactivité chimique des espèces lourdes qui caractérisent le plasma. Ces plasmas se prêtent donc bien aux situations où la thermicité est secondaire (réaction chimiques en phase gazeuse, traitement des surfaces, des liquides…). Ce type de plasma est généralement généré par des décharges « radiofréquences », décharge luminescente et la décharge glissante (Glidarc). L’avantage de ce dernier est la possibilité de générer un plasma à pression atmosphérique tout en conservant une température macroscopique proche de la température ambiante : on parle ici de plasma « tiède ».

Interaction du plasma avec un milieu aqueux

Au sein des plasmas on assiste à la formation des espèces fortement oxydantes. Ces espèces actives présentent un fort potentiel d’oxydation qui leurs confère la possibilité d’oxyder et par conséquent de dégrader les composés organiques [32]. Des études ont pu montrer que les radicaux OH° sont présents dans le plasma d’air humide avec une densité plus importante que NO° [33,34]. Les radicaux hydroxyles ayant le plus haut potentiel d’oxydation sont responsable des propriétés oxydantes du plasma tandis que NO° sont responsable du caractère acidifiant [30,35-37]. Cependant divers autres espèces chimiques à potentiel d’oxydation élevé, formées au sein du plasma (HO2°, H2O2, O3…) lui confèrent aussi un caractère fortement  oxydant [32-34,38]. L’ensemble des espèces actives formées vont diffuser du plasma vers la solution à traiter exposée au jet du plasma au niveau de l’interface plasma/solution et ainsi ils peuvent oxyder les polluants organiques présents dans cette solution.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Synthèse Bibliographique
I-1-Pollution
I-1-1-Définition
I-1-2-Pollution aquatique
I-2-Procédés de dégradation des polluants organiques
I-2-1-Procédés physiques
I-2-2-Procédés biologiques
I-2-3-Procédés chimiques
I-3-Dégradation des polluants organiques par plasma
I-3-1-Définition d’un plasma
I-3-2-Classification thermique des plasmas
I-3-2-1-Plasmas thermiques
I-3-2-2-Plasmas hors équilibre thermique
I-3-3-Les différents types de réactions au sein d’un plasma
I-3-4-Composition chimique d’un plasma d’air humide
I-3-5-Propriétés chimiques des espèces présentes dans un plasma d’air humide
I-3-5-1-Propriétés oxydantes
I-3-5-2-Propriétés acides
I-3-6-Interaction du plasma avec un milieu aqueux
I-4-La décharge glissante ou « Glidarc »
I-4-1-Dispositif expérimental
I-4-2-Principe
I-4-3-Différentes applications du Glidarc
I-4-3-1-Traitements des effluents gazeux
I-4-3-2-Traitement des effluents liquides
I-4-3-3-Traitements des surfaces
I-4-3-4-Destruction des microorganismes
I-5-Les décharges à barrières diélectriques
I-5-1-Définition
I-5-2-Dispositif expérimental
I-5-2-1-Réacteur horizontal
I-5-2-2-Réacteur vertical
I-5-3-Principe
I-5-4-Différentes utilisations des réacteurs DBD
I-5-4-1-Traitement des polluants gazeux
I-5-4-2-Traitements des polluants liquides
I-5-4-3-Traitement des surfaces
I-6-Conclusion
Chapitre II : Matériel et Méthodes
II-1-Introduction
II-2-Les mercaptans
II-2-1-Définition
II-2-2-Domaine d’utilisation et effet sur l’environnement
II-2-3-Techniques de dégradation des mercaptans
II-2-3-1-Procédés biologiques
II-2-3-2-Procédés physiques
II-2-3-3-Procédés chimiques
II-2-4-Propriétés physico-chimiques
II-3-Les colorants azoïques
II-3-1-Définition
II-3-2-Domaine d’utilisation et effet sur l’environnement
II-3-3-Techniques de dégradation des colorants azoïques
II-3-3-1-Procédés Biologiques
II-3-3-2-Procédés Physiques
II-3-3-3-Procédés chimiques
II-3-4-Propriétés physico-chimiques du rouge de méthyle
II-4-Les organophosphorés
II-4-1-Définition
II-4-2-Utilisations et effets sur l’environnement
II-4-3-Dégradations des organophosphorés
II-4-3-1-Procédés biologiques
II-4-3-2-Procédés chimiques
II-4-3-3-Procédés physiques
II-4-4-Propriétés physico-chimiques du sulfure de triphénylphosphine
II-5-Techniques d’analyse
II-5-1-Spectrophotométrie moléculaire UV-Visible
II-5-1-1-Principe
II-5-1-2-Mode opératoire
II-5-2-Demande Chimique en Oxygène (DCO)
II-5-2-1-Principe
II-5-2-2-Mode opératoire
II-5-3-Spectroscopie d’absorption atomique par flamme SAA-F
II-5-3-1-Principe de la SAA-F
II-5-3-2-Dosage des sulfates par retour
II-5-4-Dosage des mercaptans par potentiométrie classique à électrode spécifique
II-5-5-Dosage des ions phosphates
II-5-5-1-Principe
II-5-5-2-Mode opératoire
II-6-Conclusion
Chapitre III : Résultats et Discussion
III-1-1-Introduction
III-1-2-Traitement des mercapatans par Glidarc
III-1-3-Optimisation des paramètres expérimentaux
III-1-3-1-Influence de la distance électrode-solution
III-1-3-2 Influence de la concentration initiale
III-1-3-3-Effet catalytique de Fe (II)
III-1-4-Suivi de la concentration des mercaptans au cours du traitement
III-1-5-Dosage des sulfates
III-1-6-Traitement du rejet industriel
III-1-6-1-Suivi de la concentration des mercaptans au cours du traitement
III-1-6-2-Suivi du taux d’abattement de la DCO
III-1-6-3-Dosage des sulfates
III-1-6-4-Etude cinétique
III-1-7-Conclusion
Conclusion générale

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