Abstrait

Biotechnologie-2013 : Matériaux biosourcés pour le traitement des eaux usées industrielles - Tiina Leiviska

Tiina Leiviska, Anni Keranen, Osmo Hormi et Juha Tanskanen

L'utilisation de biomatériaux dans le traitement de l'eau a fait l'objet d'une attention particulière au cours des dernières décennies. Ces matières premières naturelles sont attrayantes car elles peuvent être fabriquées à partir de ressources renouvelables et fiables. Des substances disponibles localement, des sous-produits industriels et même des déchets peuvent être utilisés comme matières premières. Une modification chimique de ces matières premières est nécessaire dans la plupart des cas afin d'améliorer leur affinité envers les impuretés anioniques. Ainsi, la biodégradabilité des produits n'est pas évidente. Nous avons étudié les substances d'écorce d'arbre et de bois finlandais ainsi que la tourbe comme matières premières dans la formation d'échangeurs d'anions. Les échangeurs d'anions ont été synthétisés avec de l'épichlorhydrine, de l'éthylènediamine et de la triéthylamine en présence de N, N-diméthylformamide pour produire des échangeurs d'anions robustes qui fonctionnent dans une large plage de pH. Les analyses élémentaires ont révélé une augmentation importante de la teneur en azote après modification : de 0,8-1,6% à 9,1-9,8% en moyenne. Cela indique la fixation de groupes amines sur les biomatériaux. Français Les performances des échangeurs ont d'abord été testées avec des solutions de nitrate synthétique, car l'accumulation de nitrates dans les eaux souterraines est un problème mondial croissant. Des capacités de sorption maximales de 24 à 30 mg/g ont été obtenues pour NO3 —N. Les meilleures capacités ont été obtenues avec de la sciure de pin transformée. Il est important de noter que la sciure de pin transformée a bien conservé sa capacité d'échange d'ions pendant 5 cycles d'échange d'ions, ainsi qu'un nombre impressionnant de cycles de désorption avec du chlorure de sodium. Les résultats de l'étude suggèrent que les matériaux lignocellulosiques nordiques peuvent être transformés en échangeurs d'anions. De même, des évaluations de ces substances sont actuellement en cours avec de véritables eaux usées industrielles. L'électrocoagulation a été proposée pour la première fois par Vik et al. 1, décrivant une usine de traitement des eaux usées à Londres construite en 1889 dans laquelle un traitement électrochimique a été utilisé en mélangeant les eaux usées domestiques avec de l'eau salée (de mer). En 1909, JT Harries a obtenu un brevet pour le traitement des eaux usées par électrolyse utilisant des anodes sacrificielles en aluminium et en fer aux États-Unis 1. Matteson et al. 2 a défini le « coagulateur numérique », qui dissolvait électrochimiquement l'aluminium de l'anode dans la solution réactive qui interagissait avec les ions hydroxyles produits sur la cathode pour former de l'hydroxyde d'aluminium. Les hydroxydes floculaient et coagulaient les solides en suspension, purifiant l'eau polluée. Une technique similaire a été utilisée en Grande-Bretagne en 1956 2, dans laquelle des électrodes en fer ont été utilisées pour traiter l'eau polluée des rivières. Par la suite, une grande variété de systèmes d'eau et d'eaux usées ont été observés dans des conditions diverses. Dans les premiers rapports,La technique d'électrocoagulation a été appliquée pour éliminer les solides en suspension 2; les métaux lourds 3; les produits pétroliers 4; la couleur d'une solution contenant un colorant 5; l'humus aquatique 1; le fluor de l'eau 6; et les eaux usées urbaines 7. Au cours des dernières décennies, l'application a été considérablement accélérée, et il existe actuellement un grand intérêt pour l'utilisation de l'électrocoagulation pour le traitement d'une ramification d'effluents contenant des métaux, des nutriments, de l'huile d'olive, des colorants textiles, du fluor, des déchets polymères, des composés organiques provenant du lixiviat des décharges, de la turbidité, des déchets de polissage chimique et mécanique, des suspensions aqueuses de débris ultrafins, du nitrate, des déchets phénoliques et de l'arsenic 8-15 en plus des eaux usées municipales 16. Dans l'aperçu actuel, il a été confirmé que l'électrocoagulation a été réalisée avec succès pour l'élimination de certains éléments complexes (notamment la coloration, la récalcitrance et la toxicité) qui ne peuvent pas être éliminés efficacement par les techniques de traitement conventionnelles. Jusqu'à présent, l'électrocoagulation a été appliquée à une grande variété d'eaux usées industrielles, révélant que les recherches antérieures se sont concentrées sur l'utilité de l'électrocoagulation dans des conditions et des études de cas spécifiques (usines de traitement des eaux usées et flux de déchets). Cependant, il faut garder à l'esprit que l'optimisation du système sur site lié aux cas a limité la réussite et qu'une méthode plus distincte est nécessaire pour prédire les performances de la réaction à l'échelle mondiale. Les mécanismes devraient changer tout au long du processus, mais les mécanismes dominants et leur rôle restent à diagnostiquer. L'absence d'une approche méthodique et essentielle au niveau mécaniste est médiée par le manque de similitudes dans la conception et l'application des réacteurs. Jusqu'à présent, les paramètres de mise à l'échelle adéquats n'ont pas été définis et les échelles des paramètres de fonctionnement varient en fonction de plusieurs valeurs. Une approche logique et systématique d'une expérience essentielle de l'électrocoagulation fait manifestement défaut et nécessite donc un effort tout aussi dévoué. Ce n'est qu'alors que la phase de conception optimale, basée sur des données cliniques et techniques solides, pourra se poursuivre sur un terrain sûr. Il est évident qu'un grand nombre de mécanismes clés dépendent de quelques paramètres de fonctionnement seulement. Certes, des dizaines d'études d'optimisation de la nature existent, par exemple pour le pH et sont mises en œuvre aujourd'hui, pour maximiser l'efficacité de l'élimination, mais ces études de cas expérimentales sont régulièrement en conflit avec d'autres situations optimisées localement. Par conséquent, un compromis entre divers éléments concurrents doit être évalué pour fournir une base scientifique pour des situations de fonctionnement supérieures à l'échelle internationale. D'après les données ci-dessus, il est également évident que la capacité totale du processus d'électrocoagulation en tant qu'opportunité émergente de traitement des eaux usées n'a pas encore été complètement découverte. Jusqu'à présent,Le processus a été optimisé de manière empirique et nécessite donc des connaissances plus approfondies pour une conception technique avancée et un logiciel à grande échelle. De même, le processus implique un mécanisme de réponse complexe, pas encore complètement étudié, associé à une variété de phénomènes de surface et d'interface qui limite le facteur d'ingénierie et de conception de l'électrocoagulation. Pour des performances optimales et des progrès futurs dans l'application de cette génération nouvelle et progressive, une meilleure conception du réacteur, des informations et un meilleur contrôle du processus doivent être fournis. Dans cette revue, un accent particulier a été mis sur la discussion des paramètres de processus importants, des fondamentaux et du mécanisme de réponse. Il est évident que cette génération énigmatique continuera à faire des incursions dans le domaine du traitement des eaux usées en raison de ses nombreux avantages et de l'évolution des besoins stratégiques mondiaux en eau.