[PDF] Procédés doxydation avancée dans le traitement des eaux et - Érudit

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Tous droits r€serv€s Revue des sciences de l'eau, 2009 Ce document est prot€g€ par la loi sur le droit d'auteur. L'utilisation des d'utilisation que vous pouvez consulter en ligne. l'Universit€ de Montr€al, l'Universit€ Laval et l'Universit€ du Qu€bec " Montr€al. Il a pour mission la promotion et la valorisation de la recherche.

https://www.erudit.org/fr/Document g€n€r€ le 16 oct. 2023 03:05Revue des sciences de l'eauJournal of Water Science

des effluents industriels: Application ' la d€gradation des polluants r€fractaires Advanced oxidation processes for waters and wastewaters treatment : Application to degradation of refractory pollutants Fran...ois Zaviska, Patrick Drogui, Guy Mercier et Jean-Fran...ois Blais Zaviska, F., Drogui, P., Mercier, G. & Blais, J.-F. (2009). Proc€d€s d'oxydation avanc€e dans le traitement des eaux et des effluents industriels: Application " la d€gradation des polluants r€fractaires.

Revue des sciences de l'eau / Journal of

Water Science

22
(4), 535†564. https://doi.org/10.7202/038330ar

R€sum€ de l'article

Cette synth‡se traite des proc€d€s d'oxydation avanc€e (POA) pour le traitement des eaux et des effluents industriels. Ces proc€d€s mettent pour la plupart en combinaison deux ou trois r€actifs (oxydants) afin de produire des radicaux hydroxyles. Les radicaux libres sont des esp‡ces hautement actives capables de r€agir rapidement et de mani‡re non s€lective sur la plupart des compos€s organiques, r€put€s difficilement oxydables par voie biologique ou par des traitements chimiques conventionnels. Les POA peuvent ˆtre subdivis€s en quatre groupes : les proc€d€s d'oxydation chimique en phase homog‡ne (H 2 O 2 /Fe 2+ et H 2 O 2 /O 3 ), les proc€d€s photocatalytiques en phase homog‡ne et/ou h€t€rog‡ne (H 2 O 2 /UV, O 3 /UV et Fe 2+ /H 2 O 2 /UV; TiO 2 /UV), les proc€d€s d'oxydation sonochimique et les proc€d€s d'oxydation €lectrochimique. Le couplage H 2 O 2 /Fe 2+ repr€sente le syst‡me d'oxydation avanc€e le plus connu et le moins complexe, lequel est souvent employ€ dans le traitement des effluents industriels. Cependant, dans le domaine de la potabilisation des eaux, le syst‡me le plus utilis€ et le plus €prouv€ est le couplage H 2 O 2 /O 3 couramment employ€ pour l'€limination des compos€s phytosanitaires (pesticides). Les proc€d€s d'oxydation €lectrochimiques, photocatalytiques et sonochimiques sont des technologies qui n€cessitent en g€n€ral moins de r€actif et sont faciles d'automatisation par comparaison aux autres POA. Ces proc€d€s sont pr€sentement en pleine expansion dans le domaine des technologies environnementales, ceci afin d'am€liorer les syst‡mes existants de traitement des eaux us€es municipales et industrielles, ou " remplacer les technologies conventionnelles peu efficaces pour l'enl‡vement de contaminants organiques r€fractaires, inorganiques et microbiens. De nombreuses €tudes r€alis€es " l'€chelle laboratoire ont clairement prouv€ l'efficacit€ des POA pour le traitement de divers effluents. Cependant, le d€veloppement de ces proc€d€s dans les fili‡res de traitement des eaux reste encore limit€ en raison des co‰ts d'investissement et des co‰ts op€ratoires associ€s. Des solutions et strat€gies sont propos€es dans ce document, telles que le d€veloppement de proc€d€s hybrides et leur couplage avec des traitements biologiques conventionnels, et ce, afin de pallier certaines contraintes sp€cifiques des POA et faciliter ainsi leur insertion dans les fili‡res de traitement des eaux et des effluents industriels. Ce document a pour objectif de faire une synth‡se des diff€rents POA, d'en expliquer leur principe de fonctionnement, de d€terminer les diff€rents param‡tres les gouvernant, ainsi que leurs applications dans le traitement des eaux et des effluents. PROCÉDÉS D'OXYDATION AVANCÉE DANS LE TRAITEMENT DES EAUX ET DES EFFLUENTS INDUSTRIELS: APPLICATION À LA DÉGRADATION DES POLLUANTS RÉFRACTAIRES Advanced oxidation processes for waters and wastewaters treatment : Application to degradation of refractory pollutants

FRANÇOIS ZAVISKA, PATRICK DROGUI

, GUY MERCIER et JEAN-FRANÇOIS BLAIS patrick.drogui@ete.inrs.caRevue des Sciences de l'Eau 22(4) (2009) 535-564

RÉSUMÉ

Cette synthèse traite des procédés d'oxydation avancée (POA) pour le traitement des eaux et des e uents industriels. Ces procédés mettent pour la plupart en combinaison deux ou trois réactifs (oxydants) a?n de produire des radicaux hydroxyles. Les radicaux libres sont des espèces hautement actives capables de réagir rapidement et de manière non sélective sur la plupart des composés organiques, réputés di?cilement oxydables par voie biologique ou par des traitements chimiques conventionnels. Les POA peuvent être subdivisés en quatre groupes?: les procédés d'oxydation chimique en phase homogène (H 2 O 2 /Fe 2+ et H 2 O 2 /O 3 les procédés photocatalytiques en phase homogène et/ou hétérogène (H 2 O 2 /UV, O 3 /UV et Fe 2+ /H 2 O 2 /UV; TiO 2 UV), les procédés d'oxydation sonochimique et les procédés d'oxydation électrochimique. Le couplage H 2 O 2 /Fe 2+ représente le système d'oxydation avancée le plus connu et le moins complexe, lequel est souvent employé dans le traitement des e uents industriels. Cependant, dans le domaine de la potabilisation des eaux, le système le plus utilisé et le plus

éprouvé est le couplage H

2 O 2 /O 3 couramment employé pour l'élimination des composés phytosanitaires (pesticides). Les procédés d'oxydation électrochimiques, photocatalytiques et sonochimiques sont des technologies qui nécessitent en général moins de réactif et sont faciles d'automatisation par comparaison aux autres POA. Ces procédés sont présentement en pleine expansion dans le domaine des technologies environnementales, ceci a?n d'améliorer les systèmes existants de traitement des eaux usées municipales et industrielles, ou à remplacer les technologies conventionnelles peu e?caces pour l'enlèvement de contaminants organiques réfractaires, inorganiques et microbiens. De nombreuses études réalisées à l'échelle laboratoire ont clairement prouvé l'e?cacité des POA pour le traitement de divers e uents. Cependant, le développement de ces procédés dans les ?lières de traitement des eaux reste encore limité en raison des coûts d'investissement et des coûts opératoires associés. Des solutions et stratégies sont proposées dans ce document, telles que le développement de procédés hybrides et leur couplage avec des traitements biologiques conventionnels, et ce, a?n

Procédés d'oxydation avancée

de pallier certaines contraintes spéci?ques des POA et faciliter ainsi leur insertion dans les ?lières de traitement des eaux et des e?uents industriels. Ce document a pour objectif de faire une synthèse des di?érents POA, d'en expliquer leur principe de fonctionnement, de déterminer les di?érents paramètres les gouvernant, ainsi que leurs applications dans le traitement des eaux et des e?uents. Mots clés : Procédé d'oxydation avancée, radicaux hydro- xyles, composé organique réfractaire, eau potable, e?uent industriel.

ABSTRACT

?is review deals with advanced oxidation processes (AOP) for water and wastewater treatment. Most AOPs combine two or three chemical oxidants in order to produce hydroxyl radicals. ?ese free radicals are species capable of oxidizing numerous complex organic, non-chemically oxidizable or di?culty oxidizable compounds. ?ey e?ciently react with carbon-carbon double bonds and attack the aromatic nucleus, which are prevalent features of refractory organic compounds. ?e AOPs can be divided into four groups: homogenous chemical oxidation processes (H 2 O 2 /Fe 2+ and H 2 O 2 O 3 ), homogenous/heterogeneous photocatalytic processes (H 2 O 2 /UV, O 3 /UV and Fe 2+ /H 2 O 2 /UV; TiO 2 /UV), soni?cation oxidation processes (ultrasound oxidation) and electrochemical oxidation processes. ?e H 2 O 2 /Fe 2+ system represents the most common and simplest AOP, which is often employed for the treatment of industrial e?uents. However for drinking water treatment, the H 2 O 2 /O 3 system is commonly used for pesticide removal. Electrochemical, photo-catalytic and soni?cation oxidation processes require fewer chemicals and are more easily automated than other AOPs. ?ese technologies are e?ective in improving the treatment of industrial wastes, wastewater and drinking water, for example after their integration into a treatment plant or after their replacement of conventional processes that are found to less e?ectively eliminate speci?c organic and inorganic pollutants. ?e goal of this paper is to review published literature on the use of AOPs for water and wastewater treatment and the removal of refractory pollutants. Speci?cally, the objectives are: (i) to understand the theory and mechanisms of pollutant removal in AOPs, (ii) to provide a database for AOP applications, and (iii) to suggest new research directions for the development of AOPs. Key words: Advanced oxidation process, hydroxyl radical, refractory organic compounds, drinking water, industrial wastewater. 1.

INTRODUCTION

L'industrialisation intensive qui a vu le jour au cours du dernier siècle a causé l'apparition dans l'environnement de polluants émergents réfractaires. Ces substances dites biorécalcitrantes peuvent entraîner une contamination chez les êtres vivants (USEPA, 1997; YONAR et al., 2005). De plus, certains de ces composés sont reconnus pour causer des e?ets cancérigènes et mutagènes, ou peuvent interférer avec le système hormonal des êtres vivants (perturbateurs endocriniens). Au nombre de ces polluants couramment décelés dans les rejets industriels et urbains, se trouvent des hormones et dérivés hormonaux, des composés phénoliques, des antibiotiques, des organochlorés, des produits cosmétiques etc., lesquels composés sont à l'origine de nombreuses perturbations de la faune aquatique et constituent un risque pour la santé humaine (AURIOL et al., 2007; JÜRGENS et al., 2002; USEPA, 1997). Ces contaminants échappent pour la plupart au traitement classique des eaux usées. La présence de ces polluants émergents dans l'environnement constitue un sujet de préoccupation pour la plupart des agences environnementales des pays industrialisésquotesdbs_dbs42.pdfusesText_42

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