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Tous droits réservés © Revue des sciences de l'eau, 1999 Ce document est protégé par la loi sur le droit d’auteur. L’utilisation des services d’Érudit (y compris la reproduction) est assujettie à sa politique d’utilisation que vous pouvez consulter en ligne. https://apropos.erudit.org/fr/usagers/politique-dutilisation/ Cet article est diffusé et préservé par Érudit. Érudit est un consortium interuniversitaire sans but lucratif composé de l’Université de Montréal, l’Université Laval et l’Université du Québec à Montréal. Il a pour mission la promotion et la valorisation de la recherche. https://www.erudit.org/fr/ Document généré le 1 fév. 2023 14:06 Revue des sciences de l'eau Journal of Water Science État du développement technologique en matière d'enlèvement des métaux des effluents industriels State of the art of technologies for metal removal from industrial effluents J. F. Blais, S. Dufresne et G. Mercier Volume 12, numéro 4, 1999 URI : https://id.erudit.org/iderudit/705373ar DOI : https://doi.org/10.7202/705373ar Aller au sommaire du numéro Éditeur(s) Université du Québec - INRS-Eau, Terre et Environnement (INRS-ETE) ISSN 0992-7158 (imprimé) 1718-8598 (numérique) Découvrir la revue Citer cet article Blais, J. F., Dufresne, S. & Mercier, G. (1999). État du développement technologique en matière d'enlèvement des métaux des effluents industriels. Revue des sciences de l'eau / Journal of Water Science, 12(4), 687–711. https://doi.org/10.7202/705373ar Résumé de l'article Cette étude trace un profil des diverses technologies utilisées et en développement pour la séparation et/ou la récupération des métaux dans les effluents industriels. Les principes de fonctionnement de ces technologies sont abordés, ainsi que leurs avantages et limites d'utilisation. Les procédés d'enlèvement et de récupération des métaux comprennent les techniques de précipitation (formation d'hydroxydes, de carbonates, de sulfures, etc.) et coprécipitation (sels de fer et d'aluminium, etc.), d'adsorption (sable, cellulose, charbon activé, pyrite, ciment, lignite, mousse de tourbe, sciure de bois, etc.) et de biosorption (bactéries, levures, moisissures, algues marines et d'eaux douces), d'électrodéposition et d'électrocoagulation, de cémentation, de séparation par membranes (osmose inverse et électrodialyse), d'extraction par solvant (acides carboxyliques, amines aliphatiques ou aromatiques, acides aminés, composés phénoliques, phosphates alkyl, etc.), et d'échange d'ions (résines naturelles et synthétiques). La précipitation ou la coprécipitation représentent les procédés les plus largement utilisés et étudiés pour l'enlèvement des métaux des effluents industriels, suivis des techniques d'adsorption. Les procédés plus sophistiqués tels que l'électrodéposition, l'extraction par solvant, la séparation par membranes et l'échange d'ions, bien que largement utilisés dans les procédés métallurgiques, sont relativement peu employés et examinés pour le traitement des effluents industriels. La biosorption a fait l'objet de plusieurs travaux de recherche au cours des dernières années et représente une option intéressante pour le traitement de divers types d'effluents contenant de faibles concentrations en métaux. Finalement, le recyclage et la gestion optimale des effluents constitue une avenue de plus en plus suivie par les industries soucieuses de satisfaire aux nouvelles réglementations et législations. REVUE DES SCIENCES DE L'EAU, Rev. Sci. Eau 12/4(1999) 687-711 État du développement technologique en matière d'enlèvement des métaux des effluents industriels State of the art of technologies for métal removal from industriat effluents J.-F. BLAIS *, S. DUFRESNE et G. MERCIER Reçu le 2 septembre 1998, accepté le 20 juillet 1999** SUMMARY This study is dedicated to the review of the différent technologies used and evaluated for the removal and/or recovery of metals from industrial effluents. The principles involved in thèse technologies are discussed, as well as the advantages and limits associated with thèse processes. The métal removal and recovery processes include the following techniques : précipitation, adsorp- tion and biosorption, electrowinning and electrocoagulation, cémentation, membrane séparations, solvent extraction and ion exchange. Précipitation and coprecipitation are the most used and studied methods for métal removal from industrial waste waters. The method of précipitation used most often to remove metals from waste water consists of precipitating them in the form of hydroxides. The usual procédure involves the addition of Che- micals such as lime (CaO or Ca(OH)2), Mg(OH)2, NaHCOj, Na2C03, (NH^JCOJ, NaOH or NH4OH. The précipitation of metals by carbonates or sulphides is an effective alternative to hydroxide précipitation. The use of car- bonates allows the précipitation of metals to occur at pH values lower than those necessary with the hydroxides. Moreover, the précipitâtes thus formed are denser and hâve better characteristics of solid-liquid séparation. Précipi- tation by sulphides is normally carried out with reagents such as : Na2S, NaHS, H2S or FeS. In acidic média, the lower solubility of métal sulphides (Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Mn, Zn, etc.), makes it possible to reach concentrations lower than those obtained by précipitation as hydroxides. Coprecipitation with aluminum and iron salts is also an effective means for the removal of metals from effluents. Institut National de la Recherche Scientifique (INRS-Eau), Université du Québec, 2800, rue Einstein, bureau 105, C.P. 7500, Sainte-Foy, QC, G1V 4C7, Canada. ' Correspondance. E-mail : blaisjf@inrs-eau.uquebec.ca ** Les commentaires seront reçus jusqu'au 15 novembre 2000. 688 Rev. Sci. Eau, 12(4), 1999 J.-F. Biais et al. Adsorption methods are also widely applied and examined for this purpose. However, in most cases the use of adsorbents requires an effluent neutraliza- tion step. Indeed, the neutralization of acid effluents must take place to allow their disposai in sewerage Systems. A wide variety of adsorbents can be employed, both organic and inorganic : aluminum or iron oxides, sand, acti- vated carbon, mixtures of coal and pyrite, iron particles, gravel or crushed brick, cernent, etc. Studies hâve demonstrated the possibility of eliminating metals by adsorption on vegetable matter : peat moss, sawdust and wood bark7etc. Chitin and chitosan, two natural polymère that are abundant in the cell walls of fungi and shellfish, also hâve excellent properties of métal fixa- tion. The utilization of différent agricultural by-products (peanut skins, coco- nuts, corn cobs, onions skins, tea leaves, coffee powder, canola meal, etc.) for métal adsorption has also been proposed. Biosorption has been intensively studied in récent years as an economical treatment for meta! recovery from dilute industrial effluents. Biosorption implies the use of live or dead biomass and/or their derivatives, which adsorb the métal ions with the ligands or functional groups located on the external surface of the microbial cells. Capacities for métal adsorption on various types of biomass (bacteria, yeasts, fungi, marine and freshwater algae) hâve been evaluated. The microorganisms used for the métal adsorption step must usually be immobilized in a matrix or in an easily recoverable support. The immobilizing agents or matrices most usually employed are alginate, poly- acrylamine, polysulphone, silica gel, cellulose and glutaraldehyde. Electrowinning is a well-established technology that is widely employed in the mining and metallurgical industries (heap leaching, acid mine drainage, etc.), in métal transformation industries (wastes from plating and métal finishing), and in the electronics and electrical industries for the removal and/or the recovery of metals in solution. Many metals (Ag, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sn and Zn) présent in the effluents can be recovered by electrodeposition using insoluble anodes. Electrocoagulation is another electrochemical approach, which uses an elec- trical current to remove several metals in solution. In fact, the electrocoagula- tion Systems can be effective in removing suspended solids, dissolved metals, tannins and dyes. The contaminants présent in waste water are maintained in solution by electrical charges. When thèse ions and the other charged par- ticles are neutralized with ions of opposite electric charge, provided by a elec- trocoagulation System, they become destabilized and precipitate in a form that is usually very stable. Cémentation is a type of précipitation method implying an electrochemical mechanism. In this process, a métal having a higher oxidation potential passes into solution (e.g., oxidation of metallic iron, Fe(0), to ferrous iron, Fe(II)) to replace a métal having a lower oxidation potential. Copper is the métal most frequently separated by cémentation. However, the noble metals (Ag, Au and Pd), as well as As, Cd, Ga, Pb, Sb and Sn, can also be recovered in this man- ner. Reverse osmosis and electrodialysis are two processes using semipermeable membranes applicable to the recovery of métal ions. In electrodialysis, sélec- tive membranes (alternation of cation and anion membranes) fit between the électrodes in electrolytic cells. A continuous electrical current and the associa- ted ion migrations, allow the recovery of metals. The techniques of membrane séparation are very efficient for the treatment of dilute waste waters. The metallurgical industry has used solvent extraction for many years for a broad range of séparations. This technique is employed today for the removal of soluble metals (Cd, Cr, Co, Cu, Ni, Mo, U, V, Zn, etc.) from waste water. Séparation is carried out in contact with an immiscible organic phase to form salts or complex compounds, which give a favorable solubility distribution Enlèvement des métaux des effluents industriels 689 between the aqueous and organic phases. Various types of reagents can be used for the extraction : carboxylic acids, aliphatic or aromatic aminés, amino acids, alkyl phosphates, phenolic compounds. The non-selective removal of métal contaminants in aqueous solutions can be obtained with a whole range of organic reagents. Prondsing new reagents hâve been proposed recently for the sélective extraction of metals, such as Cd, Co, Cr uploads/Industriel/ ar.pdf