Développement d’un procédé de traitement d’oxydation sono-électrochimique de polluants organiques d’intérêt émergent de type pharmaceutique.

Tran, Nam (2016). Développement d’un procédé de traitement d’oxydation sono-électrochimique de polluants organiques d’intérêt émergent de type pharmaceutique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 274 p.

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Résumé

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF. Depuis quelques années, l‟explosion démographique et les activités humaines ont entraîné dans l‟environnement l‟apparition de divers types de polluants organiques d‟intérêt émergents (POE). La pollution de l‟environnement par les POE représente un défi majeur auquel doivent inéluctablement faire face les scientifiques et les gestionnaires de l‟environnement. Ces composés organiques sont pour la plupart réfractaires, non oxydables ou difficilement oxydables biologiquement et chimiquement. Au nombre des composés organiques émergents se trouvent les produits pharmaceutiques, les hormones et les produits de soins personnels. Le risque potentiel associé à la présence de ces produits est actuellement au coeur des débats. Les recherches actuelles visent donc à limiter la contamination de l‟environnement par ces POE en proposant des technologies hybrides d‟oxydation avancée. L‟objectif de ce projet est d‟évaluer l‟efficacité d‟un procédé de traitement d‟oxydation sono-électrochimique US-EO (combinaison de procédés d‟ultrasons (US) et d‟électro-oxydation (EO)) pour l‟élimination des POE. Le développement d‟un tel procédé pourrait constituer une avenue potentielle de traitement tertiaire des composés organiques persistants des eaux usées résiduaires de type municipal, domestique et industriel. La génération d‟espèces oxygénées réactives (EORs) (HO∙, HO2∙ et O∙) et l‟utilisation d‟électrodes catalytiques à forte surtension en oxygène et dont la surface est continuellement renouvelée par des forces de cisaillement très puissantes induites par l‟implosion des bulles de cavitation (générées par les ultrasons) constituent les deux éléments clés pour oxyder plus efficacement les POE, soit directement sur la surface des électrodes ou indirectement par les EORs. Cet effet de synergie permet de produire in situ des espèces oxygénées réactives très puissantes telles que les radicaux hydroxyles ayant la capacité de dégrader efficacement les composés organiques réfractaires jusqu‟à leur minéralisation. Le réacteur cylindrique, en verre ou plexiglas, est constitué de deux électrodes concentriques et est muni d‟un transducteur céramique (un disque piézoélectrique de 4 cm de diamètre) installé dans le fond du réacteur. La cathode est un cylindre en déployé de métal de titane, de rayon 12 cm et de hauteur 16 cm. L‟anode placée au centre, est un cylindre en métal déployé de titane recouvert d‟oxyde de plomb (PbO2) de rayon 8 cm, de hauteur 16 cm. Les travaux préliminaires ont d‟abord consisté à évaluer le caractère adiabatique de la cellule sono-électrochimique (US-EO) et de son potentiel d‟oxydation, lequel potentiel a été respectivement comparé avec celui du procédé sonochimique seul (US) et du procédé d‟électroxydation seule (EO). Pour ce faire, la p-nitrosodimethylaniline (RNO) a été utilisée pour évaluer la capacité de production des espèces oxygénées réactives (notamment les radicaux hydroxyles). Un taux de blanchissement de RNO allant jusqu‟à 90% a été enregistré. Ces résultats ont par la suite permis d‟exploiter le procédé hybride US-EO pour le traitement d‟une solution synthétique contaminée par un polluant organique persistant tel que la carbamazépine (CBZ), puis pour le traitement des effluents réels artificiellement contaminés par la CBZ. L‟évaluation de la performance d‟une cellule US-EO pour le traitement des eaux usées synthétiques contaminées par la CBZ a été basée sur une série d‟optimisation de certains paramètres opérationnels. Les différents paramètres inhérents à ce procédé tels que l‟intensité de courant, le temps de traitement et la puissance calorifique ont été évalués en termes d‟efficacité de dégradation du polluant. Le recours à l‟utilisation d‟un logiciel de plan d‟expérience en premier lieu a permis de décrire les différents processus de dégradation et d‟évaluer les effets propres à chaque paramètre ainsi que les interactions éventuelles. Dans les conditions optimales, un taux de dégradation de la CBZ (C0 = 10 mg L-1) allant jusqu'à 90% peut être enregistré en appliquant une intensité de courant de 4,86 A pendant 177 min et en imposant une puissance ultrasonore de 38,3 W. Les conditions optimales ont par la suite été appliquées pour le traitement tertiaire des effluents d'eaux usées municipales contaminées par 10 μg CBZ L-1. Les rendements d'élimination de CBZ, COT, COD et de la couleur étaient de 93%, 60%, 93% et 86%, respectivement. De même, la toxicité (bactérie Vibrio fisheri) des effluents municipaux a complètement été réduite suite à l‟application du procédé US-EO. Dans l'optique d'élargir le spectre d'activité d'oxydation du procédé EO-US à d'autres types de polluants pharmaceutiques, des travaux additionnels ont été entrepris afin de vérifier les performances du procédé pour la dégradation de l‟ibuprofène (IBU) et de la chlortétracycline (CTC). Des taux d‟abattement de CTC allant jusqu‟à 98% ont été enregistrés dans les eaux réelles de type municipal articiciellement contaminées. La CTC a pu être éliminée à la fois par oxydation directe à l‟anode (au moyen des radicaux •OH.) et par oxydation indirecte par l'intermédiaire de médiateurs, tels que l'acide hypochloreux produit en solution suite à l‟oxydation des ions chlorures. Des taux d‟abattenment se situant entre 84 et 90 % ont été enregistrés dans le cas de l‟IBU.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Drogui, Patrick
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Brar, Satinder Kaur
Informations complémentaires:	Résumé avec symboles
Mots-clés libres:	traitement d‟oxydation sono-électrochimique; US-EO; électro-oxydation; traitement des eaux; polluants organiques émergents de type pharmaceutique; environnement
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	22 mars 2017 20:56
Dernière modification:	26 nov. 2021 17:55
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/4895

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