Conception de nouveaux coagulants à base d’argiles modifiées par des polymères de Fer-Al-Mn. Utilisation dans le traitement organique des eaux usées.

Abstract

The coagulation process is widely used in wastewater treatment plants for the destabilization of colloidal suspensions and for the removal of suspended solids. Most organic colloids are negatively charged, they remain in suspension due to mutual electrical repulsions. The addition of highly reactive cations (Fe3+, Al3+), will cause the destabilization of colloids, by specific interaction. New coagulants, substitutes for conventional coagulants: alum (AS) and ferric chloride (FCl), were prepared and tested in the organic waste removal of wastewater from the SBA WWTP. It is the clays of metal oxide pillars (PILCs), obtained by cation exchange of inter-layer cations with highly charged polymeric metal species (Fe, Al, Mn). PILCs are an interesting class of two-dimensional microporous materials. Because of their large surface area and their permanent porosity, they are thus very interesting solids for adsorption. The coagulation performances of the PILCs were evaluated in terms of turbidity removal, MES, UV254-abs, COD and TOC. The TOC analysis was carried out by wet oxidation of water in SCWO supercritical phase. The results showed: 1- COD, TOC and UV-Vis abatement rates are 20% higher for PILCs, 2- a selectif order of affinity for coagulants: Fe/Al-PILCs> Mn/Al-PILCs> AS and FCl, 3- coagulations processes were favorable under acidic conditions below the zero point of charge PZC. It appears that PILCs, combining superior efficiency and low operational cost, are best coagulants. Moreover, using FTIR spectrometry, we have showed that the coagulation of PILCs on organic particles of wastewater, has occurred through organic functional groups (-COOH, -COH, -CHO, -NH); and that adsorption of organic species onto PILCs surface is governed by an electrostatic interaction mechanism. Le procédé de coagulation est largement utilisé dans les installations de traitement des eaux usées pour la déstabilisation des suspensions colloïdales et pour l'élimination des solides en suspension. La plupart des colloïdes organiques sont chargés négativement, elles restent en suspension, en raison des répulsions électriques mutuelles. L'addition de cations hautement réactifs (Fe3+, Al3+), entraînera la déstabilisation des colloïdes, par interaction spécifique. Des nouveaux coagulants, substituts aux coagulants classiques : Alun (AS) et Chlorure ferrique (FCl), ont été préparés puis testés dans l’élimination de la matière organique des eaux usées de la STEP de SBA. Il s’agit des argiles à piliers d'oxydes métalliques (PILCs), obtenues par échange cationique des cations inter couches avec des espèces métalliques polymères fortement chargées (Fe, Al, Mn). Les PILCs sont une classe intéressante de matériaux microporeux bidimensionnels. En raison de leur grande surface et de leur porosité permanente, ils sont ainsi des solides très intéressants pour l'adsorption. Les performances de coagulation des PILCs ont été évaluées en termes d’élimination de la turbidité, MES, UV254-abs, DCO et COT. L'analyse du COT a été réalisée par voie d’oxydation humide d’eau en phase supercritique SCWO. Les résultats des essais ont montré : 1- des taux d'abattement en DCO, COT et UV-Vis, 20% plus élevés pour les PILCs, 2- un ordre d'affinité sélectif des coagulants : Fe /Al-PILCs> Mn/Al-PILCs> AS et FCl, 3- des processus de coagulation favorisés dans des conditions acides inférieures au point de charge nulle PZC. Les PILCs, en combinant ainsi, une efficacité supérieure et un coût opérationnel faible, constituent des coagulants de choix. Par ailleurs en utilisant la spectrométrie FTIR, nous avons pu montrer que la coagulation par PILCs sur les particules organiques des eaux usées, s’est produite au travers de groupes fonctionnels organiques (-COOH, -COH, -CHO,-NH) ; et que l’adsorption d’espèces organiques à la surface des PILCs est régie par un mécanisme d'interaction électrostatique. يتم استخدام عملية التخثر على نطاق واسع في مصالح معالجة مياه الصرف الصحي لزعزعة استقرار وإزالة المواد الصلبة العالقة. معظم الغرويات العضوية ذات شحنة سالبة، فإنها تظل معلقة بسبب التنافر الكهربائي المتبادل. إضافة الكاتيونات شديدة التفاعل (Fe3+، Al3+) مما تؤدي الى زعزعة الاستقرار في الغروية، من خلال تفاعل معين. تم اعداد مخثرات جديدة كبديل للمخثرات التقليدية المعمول بها ( سيلفات الألمنيوم ASوكلوريد الحديدFCl) و اختبارها في القضاء على المواد العضوية في مياه الصرف الصحي (STEP SBA), هاته البدائل هي طين مع أعمدة أكسيد معدنية (Al, Fe, Mn) و التي تم الحصول عليها عن طريق تبادل الكاتيونات بين الطبقات مع أنواع المعادن البوليمر عالية الشحنة (Fe3+,Al3+) .PILCs هي فئة مثيرة للاهتمام من المواد (microporous) ثنائية الابعاد. عالية الامتصاص. تم تقييم أداء PILCs في عملية التخثر من حيث :( DCO، COT، MES، UV254-abs والتعكر)، كما تم اجراء تحليل COT بواسطة (SCWO). أظهرت نتائج الاختبار: معدلات الازالة في DCO، COT، UV254-absكانت 20% اعلى لدى PILCs كما يمكن ترتيب المخثرات على أساس الكفاءة كما يلي: Fe/Al-PILCs> Mn/Al-PILCs>AS >FCl.تعزيز عملية التخثر في الوسط الحمضي تحت PZC. PILCs يجمع بين الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة وهي المخثرات المختارة. علاوة على ذلك، باستخدام مقياس الطيف تمكنا من اثبات قدرة PILCSعلى إزالة الجسيمات العضوية لمياه الصرف الصحي، حدث من خلال إزالة مجموعات وظيفية عضوية (-COOH, -COH, -CHO,-NH