Comment traiter les eaux usées industrielles difficilement dégradables

Comment traiter les eaux usées industrielles difficilement dégradables

Il existe généralement deux options : l'une est l'adsorption sur charbon actif, et l'autre est un procédé d'oxydation avancée (AOP).

L'adsorption sur charbon actif est généralement efficace, mais aussi coûteuse. De plus, la production de boues après utilisation doit être prise en compte. Par conséquent, elle n'est envisagée que lorsque l'objectif est presque atteint – la dernière étape de la mise en conformité – et ne peut être utilisée fréquemment.

L'oxydation avancée offre davantage d'options : l'ozone, l'électrocatalyse, l'oxydation humide et le procédé Fenton.

L'ozone convient aux scénarios de faible salinité et de faible DCO, l'oxydation humide convient aux scénarios de DCO élevée et l'électrocatalyse convient aux scénarios de forte salinité.

Le procédé Fenton est polyvalent et applicable aux eaux à faible ou forte salinité, à faible ou forte DCO ; en bref, il peut être utilisé dans toutes les situations. Cependant, il présente aussi des inconvénients, tels qu’une forte consommation de produits chimiques, la gestion de produits dangereux, une production importante de boues de fer et des coûts d’exploitation élevés.

Par conséquent, la recherche et le développement visant à remédier aux lacunes du procédé Fenton n'ont jamais cessé.

Fenton version 1.0 : Fenton conventionnel

La version 1.0 du procédé Fenton implique principalement la décomposition catalytique du H₂O₂ par Fe²⁺ dans des conditions acides, initiant et propageant une réaction en chaîne radicalaire libre.

Au cours de ce processus en chaîne, des agents oxydants puissants, représentés par le radical ·OH (potentiel d'oxydation de 2,83 V, le deuxième plus élevé après celui du fluor), sont générés. Ces agents attaquent les molécules organiques présentes dans l'eau, les dégradant.

Une fois l'oxydation terminée, le pH est ajusté avec une base, ce qui provoque la formation de flocs de sels de fer sous forme de Fe³⁺ en solution. Ce processus élimine ensuite une partie de la matière organique restante par adsorption et sédimentation par floculation, assurant ainsi une double réduction de la DCO.

En termes d'efficacité de réaction, la version 1.0 de Fenton est parfaitement performante, atteignant son objectif stratégique de réduction significative des niveaux de DCO tout en améliorant le rapport B/C de la matière organique restante.

L'inconvénient majeur réside dans la forte consommation de produits chimiques et la production excessive de boues de fer. Le plus souvent, le coût du traitement des seules boues de fer équivaut au coût total de tous les produits chimiques utilisés, ce qui représente un problème de taille.

Fenton version 2.0 : Fenton en lit fluidisé

En ajoutant une certaine quantité de charge, comme du sable de quartz de 1 mm, à la réaction Fenton traditionnelle, et en utilisant une pompe de circulation externe pour fluidifier la charge, celle-ci circule en continu dans le système, en contact constant avec des composants comme Fe²⁺, Fe³⁺, Fe(OH)₃ et FeOOH.

Au fil du temps, un biofilm de boues de fer se développe à la surface du matériau de remplissage – d’abord jaune, puis rouge, et enfin brun.

Ce biofilm discret contient une grande quantité de FeOOH enrichi, qui peut remplacer le Fe²⁺, réduisant directement la production de boues de fer.

À ce stade, l'état de réaction dans le Réacteur Fenton Il ne s'agit plus seulement de la version 1.0 de l'oxydation chimique homogène. Désormais, elle englobe l'oxydation chimique homogène (Fe²⁺/H₂O₂), l'oxydation chimique hétérogène (H₂O₂/FeOOH), la cristallisation en lit fluidisé et la dissolution-réduction de FeOOH, améliorant ainsi les taux d'élimination de la DCO tout en réduisant la consommation de produits chimiques et la production de boues.

En résumé, par rapport à la réaction homogène du procédé Fenton version 1.0, la caractéristique la plus significative de la version 2.0 est l'introduction d'un concept hétérogène.

La technologie Fenton à lit fluidisé remplace certains catalyseurs homogènes non recyclables par des charges hétérogènes réutilisables, ce qui permet de réduire la production de boues de fer grâce à un état mixte de réactions homogènes et hétérogènes.

Cependant, en pratique, la version 2.0 de la technologie Fenton à lit fluidisé se heurte à trois problèmes principaux :

(1) Après un certain temps d'utilisation, à mesure que les particules de cristal grossissent progressivement, la charge nécessite un nettoyage et un remplacement réguliers, ce qui entraîne des coûts de consommables périodiques.

(2) Si le matériau de remplissage n'est pas nettoyé et remplacé à temps, il est susceptible de durcir et de s'encrasser, réduisant ainsi l'efficacité opérationnelle et augmentant les coûts d'exploitation globaux.

(3) Avec davantage d’équipements électriques, le taux de défaillance augmente naturellement.

Fenton version 3.0 : Fenton magnétique

Cette version utilise un nouveau réacteur et un nouveau principe, introduisant le concept de magnétisation. Un champ magnétique externe est appliqué grâce à l'installation d'aimants permanents ou de dispositifs électromagnétiques à l'intérieur ou à l'extérieur de l'équipement, magnétisant ainsi en continu l'eau contenue dans le réacteur.

Après magnétisation, l'agencement des molécules polluantes et des molécules d'eau se modifie. Il en résulte des effets tels qu'une augmentation de l'énergie, une diminution des seuils de réaction et une amélioration de l'efficacité du transfert d'électrons, facilitant ainsi le contact entre les radicaux ·OH et la DCO.

L'utilisation d'une méthode ciblée d'oxydation de la DCO permet de réduire efficacement la consommation de H₂O₂. Correctement mise en œuvre, la version 3.0 de la technologie Fenton magnétique peut même atteindre une consommation de H₂O₂ de 30 à 40 % inférieure à celle de la version 2.0.

Comparée aux versions 1.0 et 2.0 de la technologie Fenton, la version 3.0 de la technologie Fenton magnétique offre quatre caractéristiques principales :

(1) Pas besoin de sable de quartz ni de charges de fer-carbone.

Les eaux usées magnétisées facilitent l'action oxydante de ·OH, réduisant considérablement la consommation de Fe²⁺ et de H₂O₂, élargissant le spectre du traitement des polluants et permettant des réactions dans une gamme de pH plus large, réduisant ainsi la consommation de produits chimiques.

(2) Évite le durcissement et l'encrassement, avec une bonne stabilité du système et un faible entretien.

La version 2.0 de la technologie Fenton souffre fréquemment de cristallisation du calcium et de croissance des cristaux, ce qui provoque l'obstruction et le durcissement du système.

La version 3.0 du Fenton magnétique ne nécessite aucun système de remplissage, de cristallisation, d'adsorption ou de filtration, évitant ainsi naturellement les problèmes tels que le colmatage par adsorption ou la régénération par saturation.

En éliminant fondamentalement les problèmes opérationnels de la version 2.0, la version 3.0 réduit considérablement les taux de défaillance du système et assure un fonctionnement stable à long terme.

(3) Production de boues fortement réduite.

Grâce à la magnétisation, la version 3.0 de la technologie Fenton magnétique réduit la consommation de Fe²⁺, diminuant ainsi considérablement la production de boues ferreuses. Comparée à la technologie Fenton en lit fluidisé, cette production peut être réduite d'environ 30 %.

(4) Élimination de la décoloration des effluents et des boues flottantes.

La version 3.0 de la technologie Fenton magnétique réduit l'utilisation de Fe²⁺ et de H₂O₂, diminuant ainsi considérablement les résidus de Fe³⁺ et de H₂O₂ dans les eaux usées. Elle permet de résoudre efficacement les problèmes de décoloration et de boues flottantes, pour un effluent plus clair et plus transparent.