Modélisation du traitement de micropolluants organiques par oxydation électrochimique.

Zaviska, François (2011). Modélisation du traitement de micropolluants organiques par oxydation électrochimique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 385 p.

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Résumé

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La pollution de l’environnement par des contaminants organiques réfractaires d’origine urbaine ou industrielle (résidus médicamenteux, pesticides, etc.) est un défi majeur que doivent affronter impérativement les scientifiques et les responsables de l’écologie et du développement durable. Ces composés ne sont généralement pas éliminés dans les filières habituelles de traitement des eaux usées et s’accumulent dans le milieu récepteur provoquant, en raison de leur persistance et de leur toxicité, des bouleversements significatifs sur la faune aquatique et, par conséquent, se révèlent potentiellement préjudiciables aux êtres humains. Les recherches actuelles s’orientent vers des techniques plus efficaces pour le traitement de ces nouveaux polluants organiques faisant ainsi appel aux procédés d’oxydation avancée parmi lesquels le traitement électrolytique se révèle particulièrement prometteur. L’objectif de ce projet est d’évaluer l’efficacité de l’électro-oxydation en utilisant la méthodologie de plan en surface de réponse dans le traitement d’effluents urbains et industriels contenant divers types de composés organiques persistants. La complémentarité entre l’effet direct et indirect du courant électrique constitue un atout majeur de cette technologie susceptible d’agir sur les polluants organiques de deux manières différentes. L’effet direct permet, par décharge anodique sur la molécule d’eau, de générer, sur les sites actifs des anodes, des radicaux hydroxyles capables de dégrader efficacement et de manière non sélective n’importe quel composé organique jusqu’à sa minéralisation. Tandis que l’effet indirect permet de produire in- situ des oxydants certes moins puissants, mais plus aptes à réagir avec ces polluants. Le matériel électrolytique utilisé afin de réaliser cette étude est composé d’une cellule cylindrique à électrodes circulaires ce qui a permis, à l’échelle du laboratoire, d’évaluer et d’optimiser le procédé. Dans un premier temps, la cellule électrochimique a été caractérisé en termes de production d’intermédiaires oxydants, tel que le chlore actif. La meilleur efficacité de courant a été enregistrée lors de l’electrolyse d’une solution à 1.0 g.L-1 de chlorure de sodium avec une densité de courant de 15 mA.cm-2 conduisant à un taux de production de chlore actif d’environ 6 mg.min-1. Par la suite, ce procédé d’électrooxydation a été appliqué pour le traitement d’effluents synthétiques contenant divers types de polluants organiques réfractaires. Les premiers polluants étudiés ont été des colorants organiques de synthèses, puis l’atrazine, la chloretétracycline et enfin le bisphénol A. Les différents paramètres inhérents a ce procédé tels que l’intensité de courant, le temps d’électrolyse, le type d’électrode, la température, le débit de recirculation, le type et la concentration en électrolyte ont été évalués et optimisés en termes d’efficacité de dégradation et de coût énergétiques. Parmi les différentes électrodes anodiques (Ti/IrO2, Ti/SnO2 et Ti/PbO2) mise à disposition pour cette étude, Ti/PbO2 apparait comme étant l’électrode la plus efficace pour dégrader les divers polluants organiques étudiés permettant ainsi d’obtenir des rendements d’abattement supérieur à 90% quelque soit le polluant. L’utilisation d’un logiciel de plan d’expérience a permis de décrire les différents processus de dégradation et d’évaluer les effets propres à chaque paramètre ainsi que leur intéractions éventuelles. De plus, à partir des modèles mathématiques issus des plans d’expériences réalisés, une optimisation précise du procédé a été effectuée afin de déterminer les conditions opératoires optimales. Cette étude a permis également, au cours de la dégradation de la chloretétracycline, de mettre en évidence la part de l’effet direct et indirect du courant électrique et ainsi de mieux comprendre les mécanismes de dégradation mis en jeu. L’analyse des sous-produit de dégradation du BPA a permis de proposer un mécanisme réactionnel de dégradation. Enfin, une fois les conditions optimales de dégradation de BPA déterminées, celles-ci ont été appliquées pour le traitement d’effluents réels issu de station d’épuration contaminé artificiellement par ce type de polluant.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Drogui, Patrick
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Mercier, Guyet Blais, Jean-François
Informations complémentaires:	Résumé avec symboles
Mots-clés libres:	procédé d’oxydation avancée; radicaux hydroxyles; composé organique réfractaire; eau potable; eau usée résiduaire ; effluent industriel; électrochimie; électrolytique
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	17 févr. 2014 21:48
Dernière modification:	23 juill. 2024 13:56
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/1732

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