[PDF] Elimination de lammoniac sur divers adsorbants: charbons actifs

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charbonsactifs,tourbeetboues destationd'épuration

Theeliminationofammonia

ondifferentadsorbents:activatedcharcoal, peatandsludge from sewagepurificationplants parl.SAMANNI-VAUTE (*).J.-l.FANlOetP. lEGlOIREG(*)

1.-Introduction

Denombreuses industrieschimiques etpétro

chimiques,agro-alimentaireset les activitésliées auxdéchetsdont lesstationsd'épuration,sont responsablesde l'émission,dansl'environne présencede cescomposéschimiques dans le milieu naturel apourconséquence lamauvaise(')LaboratoireduGénie del'Environnement,Centre de l'EnvironnementIndustriel,Écoledes Mines d'Alès,

6,avenuede Clavières,30319Alès Cedex

(France).qualitéde l'air respiréparlesrivevainsdes installations. leseffluentsgazeuxsont constituésprinci palement demolécul es so ufrées(hydrogènesulfuré,organo-soufrés),oxygénées (aldéhydes, cétones etacides organiques)et azotées (ammo niac,amines)[1]. l'ammoniac semble unebonne moléculemodèledu faitde sapr

ésencedans

les émissionsodorantes.Afin d'éliminer lapropa gationdans l'atmosphèrede cetypede com techniquesdedésodorisation. l'épuration de gazmalodorantspeutêtre réaliséepar des techniquesphysico-chimiques [2

à5] ou biologiques[6,7].

OCTOBRE-DÉCEMBRE1993

-103-POLLUTION ATMOSPHÉRIOUE

Parmi les méthodes physiques,on peut citer

l'adsorptionsur diversmatériaux.Lescharbons actifs sont, depuis longtemps, reconnus comme

étant

et à l'éliminationdes gaz et decomposésindé sirables.Saprésenceest notée dans de nom breuxdomaines industriels (purification de l'eau, de l'air,décoloration,séparation et raffinage des produitsindustriels tels les solvants...)[8], [9]. Bien quelescharbonsactifssoientlesplus lemarché desmatériauxnaturelsousynthé tiquesayantdes performancesintéressantes [10], [11].

En ce quiconcernelesadsorbantsnaturels,

on peut citer:la tourbe,les sols,le compost,les zéolites...La tourbeesttrèsutiliséecomme garnissagede biofiltresnotammentdans l'éliminationde gaz chargés enammoniacdans les stationsd'épuration[12].MARTIN et al.[13] ontétudiéles mécanismesd'adsorptionde ce matériau.Desessaisde biodésodorisation d'hydrogèneont été effectués sur des boues de stationsd'épuration.Cederniersupport présente un intérêtdansun but derecyclagedeces déchets [14].

L'objectifdenotre

travailest decomparer, vis-à-visdel'ammoniac,lesperformances actifs,tourbeet boues destationsd'épuration. Pour leurs capacitésd'adsorptionenréacteurdis continuet abiotiquesous diversesconditions. Les mécanismes sont alors déduits des essais et des mesures effectués sur J'airchargé et sur le matériau.L'ensemble de cesdonnéespermet de sélectionnerle meilleur support.

II.-Matérielsetméthodes

Caractéristiquesphysico-chimiquesde

l'ammoniac

L'ammoniacest ungazincoloreetlacry

mogèneàodeurpiquantedont laprésenceest

Tableau1.

Seuilde perception:valeur dela concentration Xo

d'ammoniacpour laquelle50%des individus composant un groupe d'expertsperçoiventl'odeurde ce corps.

Indiced'odeur:rapport delapressionde vapeur(vpm)

sur le seuil dereconnaissance

à100%.·Le seuildere

connaissance

100% est la concentrationpourlaquelle

100%des personnes reconnaissentl'odeur.

Physico-chemicalproperties01ammonia.

PerceptionTreshold:valueofcheXoconcentration ofammonia at which

50%ofthe individuelsinagroupofexperts perceiveche

odeurofchissubstance. OdourIndex:ratioofthevapourpressure (vpm) iverthe100%of recognitionthreshold.The

100%recognitionthresholdisthe

concentrationat which

100%ofcheindividualsperceivethe odeur.

miqueset pétrochimiques,agro-alimentaireset celles liées autraitementdesdéchets(industries detransformationdessous-produitsd'animaux et de poissons) [15], [16].Dans ce derniercas, on détecte desconcentrationsenammoniacde 20 à

1 000 mg/m

3.

A faiblesconcentrations,entre 15

et 75 mg/m 3 cegazestrencontrédansles stationsd'épuration[14].

Outrel'odeuragressivede

l'ammoniac,ce dernierpeutprovoquerune irritationdes yeux, des voiesrespiratoireset de la peau. Le tableau 1 donnequelquescaractéristiquesphysico chimiquesdel'ammoniac[15].

Connaissancedesmatériaux

Lescharbonsactifs

Lesdiverscharbonsactifsutiliséssont

commercialiséspar lasociétéPICA(Levallois,

France).Cesadsorbantssontobtenusaprès un

premières,principalementàbasede noix de cocoet de bois.Leurscaractéristiquessont regroupées dans le tableau 2 [16]. Ces matériaux présententune grande surface spécifiqueet une réactivitédue à leursfonctionsdesurface.La naturede cesfonctionsestdéterminéepar la méthode de BOEHM [17].

Lesdiverssupportssonttestésdans

modificationsde structure. Le charbon NC60 est traitéàl'acidenitriqueafin d'augmenterses fonctionsdesurface.Pendantunejournée, l'échantillonest mis

SOLISfaibleagitationdans

une solutiond'acidenitrique10 N.Tous ces l'obtentiond'unpHneutre,etséchésà 105"C pendant 48 heures.

Un charbon actifspécialammoniac,imprégné

de sels métalliques,est aussitesté.

La tourbe

La tourbe est un matériau naturel trèsutilisé dans les filtresbiologiquesdebiodésodorisation, car soncoûtestfaibleet son utilisationfacile [18], [19].

Latourbe

blondeemployéeprovientde la

Densité0,5971

Solubilitédansl'eau33,1

%ennoidsà20°C

Seuildeperception "33mg/m3

Seuildetoxicité18me:N/rn3

Indiced'odeur

**0,16.10 6

POLLUTIONATMOSPHÉRIQUE

-104 -

OCTOBRE-DÉCEMBRE1993

NomCommercial

Picactif

Picaflo 103Picabia!

Picactiftraité

NC60H 120

(HN03ION)

OriginenoixdecocoBoisBoisnoix de coco

Densité apparente0,520,230,300,52

(g/cc)

Taille(mm)0,780,881,120,78

porositémicrocoreux macronoreuxmacroooreuxmicroporeux

Teneuren2%7%7%2%humidité

Teneuren cendres3%5%6%3%

Airemassique1240166017501280

(m 2 /g)

Fonctionsdesurface

(rneq/g) - carboxylique00,60,1250,1 -Iactone00,040,1250,35 -phénol0,3251,310,151,3 - carbonyle0,12500,250

Totaldes0,45fonctionsacides1,951,61,75

Tableau2.

Caractéristiques

descharbonsactifs commerciau xPICA (SociétéPICA,

Levallois-Perret).

Properties ofPICA commercial

activatedcharcoals (SocietéPICA,Levsllols-Perretï. Lesbouesde stationsd'épurationBSE)substancede type humique est reportée dansle tableau3.

Lesbouesutili

séessontissues dutraite ment deseauxurbainesdelastation d'épu rationd'Alès.Ellessont digéréespuis séchées l'airlibre.Parcommodité,nousles noterons

BSE.Lacomposition élémentaire de cematé

riau est présentéedansle tableau3.On note laprésence,en faiblequan tité,def onctions oxygénéesde surface:f onctions lacton es:

0,5méq/get fonctionsphéno ls:0,2méq/g

[11].

Tableau3.

Analysesélémentaires

dela tourbeblonde etdesbouesséchées de station d'épuration.

Elementaryanalysis

ofblond peat anddriedsludge tramsewagepurification plants. anaérobieet humide.Ce matériaucomporte des fonctipnsde surface acides, son pH est de 4. La tou rbepossèdedesfonctionshydroxylées, des gr oupesacidescarboxyliqueset en plus faibleproportion des groupements lactones. Pour unetoube similaire,

MARTINetal.[13]ont

quantifié lesfonctionsdesurface.Ilapparaît quelatourbeestnettementplusricheen groupements acidesque lescharbonsactifs testés.Cesupportprésente unesurfacepoly a romatiqueauxfonctionsdesurfaceplusou queCa 2+ et Mg2+.La tourbecontientauss i d'autresions etéléments métalliques

àde plus

fa iblesteneurs [20].Lacomposition decette

ElémentsTourbeBoues séchées

C(%)49,8631,18

H(%)5,96-

N (%)0,802,99

0(%)39,28-

5(%)<0,202,08

5042-(%)

0,163,43

Fe

345 ppm0,72

Mn(%)6160

Zn (%)9780

Cu(%)2,5230

Cr(%)0,449

Pb(%)8145

oH46,9

OCTOBRE-DÉCEMBRE1993

-105-POLLUTIONATMOSP HÉRIOUE

Ç.àhélice

Figure1.

Diagram oftheprindpleof thediscontinuousreactor.

Lorsque les équilibressont atteints,le maté

riauest retiréduréacteuretsubitplusieurs analysespermettantd'identifierlesnou vellesmoléculeséventuellementformées lors de l'interactionentre l'ammoniacetl'adsorbant.

D'unepart,l'azoteammoniacaladsorbé

après distillation(norme AFNOR NF T 90-015).

D'autrepart,l'ammoniacfixésurlesup

portestsusceptiblede setransformeren composésazotésoxydés(nitrites etnitrates) aprèscontactaveclesdiverssupports.Une lixiviationesteffectuéesur le matériau.La mise en év idencedesproduitsrésultatsse fait pardosagecalorimétrique.Lesnitrates sont dosésau réactifdediazotationselon lanorme

AFNOR NF T90-013.Lateneuren nitratesa été

déterminéesuivantdeux méthodes :

2.2.2.Analysesurlematériau

membrane.Le gaz est piégé par barbotage dans une solution d'HCI/10. L'ammoniacest ensuite détectépar spectrophotométrieUV-Visible à

425nm auréactifde

Nesslerselonla norme

AFNOR NF T 90-015.

- Lorsquelasolution·ne présenteaucune coloration,ce quiestle cas des charbonsactifs, les nit ratessontdosésparcolorométrieà l'Autoanalyzer Il(IndustrialMethod'100-70 W). Cet appareillageutiliseunprocédé de réduction des nitratesen nitritespar une colonne contenant un mélangeCadmium-Cuivre. - Lesboues etla tourba confèrentàl'eauune

ChromatographieIonique selonla configuration

suivante : ---t---- -Amrnoniec lIIIr;.(-------Malénau f-L-------Entonnoiràpoudre

Prélèvement dugazau travers

d'lmseptum

La tourbe,ainsiquelesBSEontunfort

tauxd'humiditéet contienne ntdesmicro organismessusceptiblesdejouerun rôle dans l'élimination del'ammoniac. La tourbecomprend 10 5 germes/gde tourbesèche.LesBSE possèdent10 7

à 10'agermes/gde boues sèches

[11],[13]. Afind'éliminer l'action biologiqueet de n'étud ierquelesinteractionssoluté-matériau, nousles avons stériliséespar passage à l'étude

105"Cpendant48heures.Cetypede

traitementne modifiepasles caractéristiques physico-chimiquesdu matériau.

2.2.1.Analysede l'atmosphèregazeuse

2.2.Méthodesanalytiques

Le réacteurdetransfertgaz-solide

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