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Traitement physico-chimique d"un effluent: Traitement par

Coagulation-Floculation

Aymen LABIDI

1,†,‡, Amal LOUKIL

1,†and Soumaya THAMRI1,†

???????Citation:LABIDI, A Traitement physico-chimique d"un effluent:

Traitement par

Coagulation-Floculation .Chemical

Engineering2021,1, 0.

10.31219/osf.io/k4egn

Published: 9

th,March2021

Author"s Note:You can Visit my Re-

searchgate and Linkedin profiles for more researches.

Copyright:© 2021 by the author. Li-

censee to Aymen Labidi for Chemical

Engineering - Open Resource (CC

BY) license (https://

creativecom- mons.org/licenses/by/

4.0/). 1

Affiliation: University of Carthage - National Institute of Applied Sciences and Technology - Chemical

Engineering Student - Chemical Engineering Department † Current address: 676 INSAT Centre Urbain Nord BP Tunis Cedex 1080 ‡ Aeronautical Consultant for FTAA; Glider Former and Manager for Aerobotix INSAT .

Abstract:

Les procédés decoagulationet defloculationfacilitent l"élimination des MESet des colloïdes en

les rassemblant sous forme de floc dont la séparation est ensuite effectuée par des systèmes de

décantation, flottation et/ou filtration (voir décantation et filtration, de même que floculateurs -

décanteurs - flottateurs et les filtres). Ils constituent les traitements de base appliqués pour corriger

tout ou partie des défauts de l"eau liés aux fractionsparticulaires inertes (limons, argiles, colloïdes)ou

vivantes (microalgues planctoniques ; micro- invertébrés, en particulier les kystes des protozoaires

parasites : amibes, Giardia, Cryptosporidium... ; bactéries) ; ils assurent aussi l"élimination de la

fraction " floculable » des matières organiques (macromolécules, en particulier la plupart des acides

humiques responsables de la couleur), de certains métaux lourds, plus généralement de la fraction

des micropolluants associée à ces MES et macromolécules colloïdales (dont les virus, pratiquement

toujours portés par les MES et colloïdes de l"eau). Keywords:Traitement des eaux, Floculation, Coagulation1.Objectif

Le but de cette manipulation est d"initier l"étudiant à l"épuration d"un effluent par élim-

ination de la MES (Matière en Suspension) moyennant les deux procèdès deCoagulation -

Flocualtion.

2.

Principe

Les Matières en Suspension (MES) sont toutes de même charge (négative), ce qui

contribue à leur répulsion, et partant la difficulté de la décantation. Pour ce faire, on ajoute

uncoagulantqui est leSulfate d"aluminiumde formule chimiqueAl2(SO4)3qui est un sel formé par la combinaison de deux cations aluminiumAl3+et de trois anions sulfate SO24.Ensuite on passe à laFloculationen ajoutant unFloculantqui estl"Acide Alginique, insoluble dans l"eau. (On va détailler le mode opératoire dans la suite du rapport). 3.

Matériel Utilisé

Bécher

Pipette et pr o-pipette

pH-mètr e

Barr eauet agitateur magnétique

Epr ouvette

l"Ef fluentà purifier solutions de HCl et NaOH pour ajuster le pH

Coagulant

Floculant polymérique Chemical Engineering - INSAT2021,1, 0.https://osf.io/k4egn// https://www .linkedin.com/in/aymenlabidy/

Chemical Engineering - INSAT2021,1, 02 of 7

4.

Mode opératoire

1.On Commence tout d"abord par l"étalonnage du pH-mètre, on aura besoin de deux

solutions Tampon de pH=4 et pH=7. 2. On prèlève 50 mL de l"Effluent à traiter: dans notre cas c"étaitl"eau de robinet, on mesure le pH de notre effluent et on trouvepH=7,59. Or le pH de travail est de 4. 3. On procède à l"ajout goutte à goutte (en utilisant la micro pipette) d"une solution d"acide Chlorhydrique HCl (0.1 M).

On ajuste le pH pour une valeur depH= 4,02.

4. On ajoute maintenant10 mLduCoagualantqui est le sulfate d"Aluminium et on déclenche le chronomètre pour10 minutes. Attention !!: Une forte Agitation est un impératif pour augmenter le contact entre le coagulant et les MES. 5. Dés qu"on atteint les 9.5 minutes,on diminue considérablement l"agitation, pour ne pas casser les flocs ainsi formés et donc on recontamine notre effluent, on ajoutele Floculant qui est l"acide Alginique et on attend10 minutes. 6. Après 10 minutes d"attente (soit 20 minutes en totalité), on arrête l"agitation, et on verse le contenu du bècher dans une eprouvette graduée et on laisse décanter.

Le mode opératoire est détaillé dans les figures ci-dessousFigure 1.Etalonnage du pH-mètre, mesure du pH de l"effluent et son ajustementFigure 2.Ajout du Coagulant: le Sulfate d"Aluminium

Chemical Engineering - INSAT2021,1, 03 of 7

Figure 3.Ajout du Floculant: l"Acide AlginiqueFigure 4.Décantation dans une éprouvette graduée

5.

Exploitation des résultats

1.La coagulations"agit du procédé dont un réactif appelé coagulant est introduit dans

la solution avec le but de déstabiliser la suspension colloidale en pénétrant la double couche afin de s"adsorber dans la couche de Stern. Le coagulant étant cationique est responsable pour augmenter le potenciel Zêta jusqu"à une valeur proche de zero et éléver également la force ionique du milieu, permettant par la suite la diminution

de la barrière énergétique de répulsion et le rencontre et l"agrégation des particules

colloidales.

La floculation

est l"étape où les particules préalablement déchargées s"agglomèrent en structures plus grosses appelées microflocs. Ces microflocs s"agrègent ensuite en flocons plus volumineux, appelés flocs, qui peuvent alors subir une décantation.

L"étape de floculation peut être améliorée en ajoutant un autre réactif : l"adjuvant de

floculation, communément appelé le floculant.

La réaction de coagulation-floculation détailée est schématisée par la figure ci-dessous

Chemical Engineering - INSAT2021,1, 04 of 7

Figure 5.Schématisation de la réaction de Coagulation-Floculation

2.l"Histogramme de comparaison entre les volumes de boue obtenues en focntion du

pH est le suivant:Figure 6.l"Histogramme de comparaison entre les volumes de boue obtenues en focntion du pH

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Comment parvient t-on à calculer ces volumes ?Pour les volumes exprimés en mm, on les mesure avec une régle, c"estl"hauteur des

boues décantées dans chaque éprouvette avec un dimaètre de l"éprouvette de 2.5 cm (une simple opération de multiplication nous permet de calculer ces volumes), concer- nant les volumes exprimés encm3, on les a mesuré par lecture directe sur l"éprouvette graduée.

Intérprétation

pH entre 2 et 7: on a la présence des cations AluminiumAl3+qui vont interagir avec les matières en suspension (MES) chargées négativement ce qui va contribier

à une bonne coagulation

pHentre7et9: danscettezonedepHonauraleprécipirtéhydroxyded"Aluminium Al(OH)3qui, en plus de l"effet coagulant, il va contribuer à une adsoption ce qui va augmenter davantage le rendement de décantation. pH entre 10 et 12: dans cette zone de pH, il ya prédominance de la forme hydrox- ydeAl(OH)24qui, comme peut l"apercevoir est chargé négativement, or les MES sont de même signe ce qui va contribuer à unerépulsiond"où unemauvaise décantation 3. D"après l"histogramme qu"on a traçé, on peut en déduire que lepH optimal pour l"action du coagulant est de 9 (Intervalle de travail 8-9)

4.La coagulation

est donc la déstabilisation des particules colloïdales par addition d"un réactif chimique, le coagulant, qui apporte au milieu des cations multivalents, libres ou liés à une macromolécule organique (polyélectrolyte cationique). On notera que pour être efficace, le coagulant doit être immédiatement dispersé dans l"eau pour obtenir une répartition homogène de celui-ci, et ceci avant toute précip- itation d"hydroxyde. Il faut pour cela dissiperune énergie d"agitation importante pendant un temps court, ou en d"autres termes utiliser un gradient de vitesse très

élevé.

Notons aussi, quela température, modifie la viscosité de la solution ce qui va infclu- encer sur la performance de la coagulation. La performance de la coagulation-Floculation est fortement liée aupHdu milieu con- tenant l"effluent car les coagulants minéraux, par suite de leur hydrolyse, modifient les caractéristiques physico-chimiques de l"eau à traiter. Il es à noter quela conductivitéde la solution joue un rôle important dans le rende- ment du procèdè ainsi décrit. Ajoutons qu"unepréchlorationet surtout unepréozonationsont connues comme permettant de faciliter le mécanisme de coagulation-floculation. On peut invoquer ici la destruction ou du moins la désorption de la pellicule organique qui entoure certaines particules colloïdales et gêne ainsi la fixation des cations déstabilisants. En outre l"ozone à faible dose permet une action de réduction du nombre de particules et d"augmentation de la masse molaire de certains composés organiques (réticulation),

également favorable à la coagulation.

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6.

Résulats Expérimentaux Nous présentons ci-dessous notre effluent clarifié aprés une décantation pour un pH

de travail qui est égal à 4Figure 7.Effluent traité par Coagulation-Floculation à pH= 4 Pour un meilleur aperçu des résultats qu"on a schématisés dans les histogrammes, on présente les series d"effluents clarifié pour différents pHFigure 8. Series d"Effluents Clarifiés pour des pH croissants de gauche à droite respectivement:

2-4-6-7-8-9-10-12

Chemical Engineering - INSAT2021,1, 07 of 7

Author Contributions:LABIDI Aymen et al, please turn to theResear chgate and Linkedin for the 1 term explanation and more scientific papers.2

Institutional Review Board Statement:

National Institute of Applied Sciences and Technology,3 Tunis, Tunisia, Chemical Engineering Student, Chemical Engineering Department4

Sample Availability:

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Research5

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Appendix G Other sources7

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