Traitement des eaux usées industrielles Prof. César Pulgarin Le peroxyde d’hydrogène Semestre de Printemps 2008 Guillaume Laulan
La molécule peroxyde d’hydrogène: Aussi appelé eau oxygénée Aussi appelé eau oxygénée ou encore perhydrol ou encore perhydrol Fort pouvoir oxydant et réducteur Fort pouvoir oxydant et réducteur Corrosif pour les métaux Corrosif pour les métaux La réaction de dismutation: lente, mais facilement catalysée et exothermique La réaction de dismutation: lente, mais facilement catalysée et exothermique
L’eau oxygénée, puissant oxydant Oxydant Potentiel oxydant, V Fluorine3.0 Radical hydroxyle 2.8 Ozone2.1 Peroxyde d’hydrogène 1.8 Permanganate de potassium 1.7 Dioxyde de chlore 1.5 Chlore1.4
Histoire et utilisations courantes Découverte en 1818 par Louis Jacques Thénard Découverte en 1818 par Louis Jacques Thénard Blanchiment de la pâte à papier Blanchiment de la pâte à papier Décoloration des poils et cheveux Décoloration des poils et cheveux Antiseptique pour traitements locaux Antiseptique pour traitements locaux Stérilisation des emballages alimentaires composites Stérilisation des emballages alimentaires composites Comburant pour la propulsion des fusées, voir en tant que monergol dans certains jetpacks Comburant pour la propulsion des fusées, voir en tant que monergol dans certains jetpacks Désinfection et traitement de l’eau potable (voir des piscines), souvent associé à l’ozone, l’argent ou les UV Désinfection et traitement de l’eau potable (voir des piscines), souvent associé à l’ozone, l’argent ou les UV
La production de peroxyde d’hydrogène Processus de Riedl-Pfleiderer Processus de Riedl-Pfleiderer Production mondiale annuelle de 2.2 millions de tonnes Production mondiale annuelle de 2.2 millions de tonnes Coûts en fonction du recyclage de la quinone et des solvants d’extraction Coûts en fonction du recyclage de la quinone et des solvants d’extraction
Le traitement des eaux résiduaires urbaines Désulfuration Désulfuration Apport d’oxygène Apport d’oxygène Destruction sélective des bactéries filamenteuses (antibulking) Destruction sélective des bactéries filamenteuses (antibulking)
Traitement de l’eau potable Désinfection des canalisations et réservoirs d'eau potable avant mise en service ou lors d'opérations de maintenance Désinfection des canalisations et réservoirs d'eau potable avant mise en service ou lors d'opérations de maintenance Oxydation de polluants organiques (composés aromatiques, organochlorés...) en nappes phréatiques par O3/H2O2 ou H2O2 /UV avec éventuellement charbon actif Oxydation de polluants organiques (composés aromatiques, organochlorés...) en nappes phréatiques par O3/H2O2 ou H2O2 /UV avec éventuellement charbon actif Elimination des résidus d'ozone ou de chlore Elimination des résidus d'ozone ou de chlore
Traitement des eaux résiduaires industrielles (1) Elimination du chlore dans des effluents, principalement de l'industrie chimique (pas d’apport de salinité et éventuelle réduction de la charge organique) Elimination du chlore dans des effluents, principalement de l'industrie chimique (pas d’apport de salinité et éventuelle réduction de la charge organique) En traitement tertiaire de finition, combiné avec de l’ozone ou des UV) En traitement tertiaire de finition, combiné avec de l’ozone ou des UV) Elimination de l’arsenic Elimination de l’arsenic Oxydation des formaldéhydes Oxydation des formaldéhydes
Traitement des eaux résiduaires industrielles (2): DBO et DCO Réduction de la DBO et de la DCO Réduction de la DBO et de la DCO Plus coûteux que les traitements physiques ou biologiques… Plus coûteux que les traitements physiques ou biologiques… Mais utile pour: Mais utile pour: La pré-digestion des eaux toxiques ou récalcitrantes La pré-digestion des eaux toxiques ou récalcitrantes Pré-traitement de forts courants ou de faibles débits Pré-traitement de forts courants ou de faibles débits Amélioration de la flottation et de la sédimentation Amélioration de la flottation et de la sédimentation Augmentation de l’apport en oxygène lors de troubles passagers Augmentation de l’apport en oxygène lors de troubles passagers
Traitement des eaux résiduaires industrielles (3): DBO et DCO
Traitement des eaux résiduaires industrielles (4): Le sulfure d’hydrogène Ordre de grandeur de limite de rejet: <1mg/L Ordre de grandeur de limite de rejet: <1mg/L Beaucoup de types de traitements bio-physico- chimiques existants, selon l’échelle, la continuité du traitement, la concentration du et sa forme (gazeuse ou aqueuse) Beaucoup de types de traitements bio-physico- chimiques existants, selon l’échelle, la continuité du traitement, la concentration du et sa forme (gazeuse ou aqueuse) Prévention de la formation et destruction (le pH contrôle la cinétique) via: Prévention de la formation et destruction (le pH contrôle la cinétique) via: En conditions neutres, légèrement acides En conditions neutres, légèrement acides En conditions alcalines (pH > 9.2) En conditions alcalines (pH > 9.2) H2S + H2O2 ----> S0 + 2H2O S H2O2 ----> SO H2O
Traitement des eaux résiduaires industrielles (5): Les cyanures Présents dans l’industrie du traitement de surface des métaux et dans l'industrie chimique Présents dans l’industrie du traitement de surface des métaux et dans l'industrie chimique Traitement habituel: chlorination alcaline, mais création de by- products hautement toxiques Traitement habituel: chlorination alcaline, mais création de by- products hautement toxiques Oxydation du cyanure libre avec un catalyseur parmi les métaux de transition (ex: cuivre, vanadium, tungsten or argent) dans des concentrations de 5 à 50 mg/L (avec pH de 9-10 pour éviter la formation de gaz HCN) Oxydation du cyanure libre avec un catalyseur parmi les métaux de transition (ex: cuivre, vanadium, tungsten or argent) dans des concentrations de 5 à 50 mg/L (avec pH de 9-10 pour éviter la formation de gaz HCN) Autres traitement avec acide peroxymonosulfurique et persulfates Autres traitement avec acide peroxymonosulfurique et persulfates CN- + H2O2 ----> CNO- + H2O (pH 9-10 / catalyst) CNO- + 2H2O ----> CO2 + NH3 + OH- (acid)
Traitement des eaux résiduaires industrielles (6): Les NOx NO et NO2 les principaux polluants atmosphériques de cette catégorie NO et NO2 les principaux polluants atmosphériques de cette catégorie Notamment émis avec les moteurs à explosions, donc plus fort control sur les sources immobiles Notamment émis avec les moteurs à explosions, donc plus fort control sur les sources immobiles Aux US: the Clean Air Act Aux US: the Clean Air Act Les nouvelles usines doivent réduirent leurs émissions de ppm à 200ppm Les nouvelles usines doivent réduirent leurs émissions de ppm à 200ppm Les sources industrielles: combustion de carburant, production d’acide nitrique, traitement des surfaces métalliques, processus chimiques, processus à hautes températures Les sources industrielles: combustion de carburant, production d’acide nitrique, traitement des surfaces métalliques, processus chimiques, processus à hautes températures Méthode traditionnelle par adsorption des gas avec hydroxide de sodium Méthode traditionnelle par adsorption des gas avec hydroxide de sodium Alternative: adsorption par H2O2 et acide nitrique via Alternative: adsorption par H2O2 et acide nitrique via 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO NO + HNO3 + H2O ----> 3HNO2 HNO2 + H2O2 ----> HNO3 + H2O
Traitement des eaux résiduaires industrielles (7): Fenton et Photo-Fenton Destruction des polluants organiques Destruction des polluants organiques Reduction de la toxicité Reduction de la toxicité Amélioration de la biodégradabilité Amélioration de la biodégradabilité Diminution de la DBO / DCO Diminution de la DBO / DCO Diminution des odeurs et de la couleur Diminution des odeurs et de la couleur Requiert: pH acide, ajout de fer sous la forme FeSO4 Requiert: pH acide, ajout de fer sous la forme FeSO4 Réduction de l’efficacité si chélation du fer Réduction de l’efficacité si chélation du fer Fe 2+ + H2O2 ----> Fe 3+ + OH - +. OH Fe 3+ + H2O2 ----> Fe OOH + H+
Traitement des sols En réactif avec un procédé Fenton En réactif avec un procédé Fenton En tant que source d’oxygène pour la bioremédiation En tant que source d’oxygène pour la bioremédiation
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Références Wikipedia Wikipedia Sciences Physiques et Chimiques Académie de Nancy-Metz, Fiche de sécurité des produits chimiques Sciences Physiques et Chimiques Académie de Nancy-Metz, Fiche de sécurité des produits chimiques H2O2.com H2O2.com