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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 1 271 − 1 Traitements physico-chimiques de la pollution soluble par Jean-Claude BOEGLIN Ingénieur chimiste, Docteur ès sciences Ancien Directeur de l’Institut de recherches hydrologiques (IRH)-environnement, Nancy Conseiller scientiﬁque de l’Institut de promotion industrielle (IPI)-environnement industriel, Colmar Expert International du NANCIE (Centre international de l’eau de Nancy) es activités industrielles génèrent des rejets polluants hétérogènes en com- position qui renferment en dehors des substances insolubles (cf. article [G 1 270] « Traitements physico-chimiques de la pollution insoluble ») bon nom- bre de composés en dissolution de nature organique et minérale. Pour l’élimination de la pollution soluble à caractère organique biodégradable, on a recours généralement à des procédés biologiques d’épuration par voie aérobie ou anaérobie. On ne pourra, par contre, assurer la dépollution des rejets renfermant des composés minéraux ou organiques non biodégradables, dont certains ont un 1. Neutralisation des rejets industriels .................................................. G 1 271 - 2 2. Entraînement des polluants volatils par stripping ......................... — 3 3. Traitements d’oxydo-réduction ............................................................ — 3 3.1 Principales techniques d’oxydation ........................................................... — 3 3.2 Techniques de réduction ............................................................................. — 4 3.3 Mise en œuvre industrielle des réactions d’oxydo-réduction ................. — 5 4. Traitements de précipitation par voie chimique ............................. — 6 4.1 Précipitation des métaux ............................................................................ — 6 4.2 Précipitation des composés anioniques : ﬂuorures et phosphates............................................................................................... — 6 4.3 Applications industrielles............................................................................ — 7 5. Traitements d’adsorption....................................................................... — 8 5.1 Rappels des mécanismes mis en jeu......................................................... — 8 5.2 Principaux adsorbants. Schémas de mise en œuvre................................ — 9 5.3 Éléments de dimensionnement des installations de traitement par charbon actif.......................................................................................... — 9 5.4 Principales applications industrielles......................................................... — 10 6. Traitements par échange d’ions........................................................... — 11 6.1 Éléments de dimensionnement des échangeurs d’ions .......................... — 12 6.2 Utilisation des échangeurs d’ions en traitement des rejets industriels .. — 12 7 . Traitements de séparation et concentration par membranes ..... — 14 7 .1 Généralités sur la séparation membranaire.............................................. — 14 7 .2 Procédés de séparation membranaires en traitement des eaux............. — 14 7 .3 Applications des procédés membranaires au traitement des rejets industriels..................................................................................................... — 17 Références bibliographiques ......................................................................... — 18 L TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DE LA POLLUTION SOLUBLE _______________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. G 1 271 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement caractère toxique, que par l’intermédiaire de procédés physico-chimiques qui selon les facteurs spéciﬁques de la pollution sont constitués par : — les techniques de neutralisation, d’oxydo-réduction, de précipitation chimi- que, d’entraînement dans un gaz ou vapeur par dégazage ou strippage, d’adsorption sur charbon actif ; — les méthodes de concentration par échange d’ions, ultrafiltration et osmose inverse. Dans cet article, nous développerons d’abord les aspects théoriques et techno- logiques des différents procédés, en situant les critères de dimensionnement et les performances épuratoires pouvant être obtenues. Ensuite, nous déﬁnirons les domaines d’applications industrielles, par la description, à titre d’exemples, d’installations de traitement assurant l’épuration des rejets dans diverses bran- ches de l’industrie. L’étude complète du sujet comprend les articles : — G 1 270 Traitements physico-chimiques de la pollution insoluble ; — G 1 271 Traitements physico-chimiques de la pollution soluble (le présent article). 1. Neutralisation des rejets industriels Presque tous les procédés industriels de fabrication donnent lieu à des efﬂuents résiduaires acides ou basiques. Les eaux résiduaires acides proviennent principalement des opé- rations de décapage des métaux, des conserveries de fruits, de la teinture de la laine, de la fabrication des acides proprement dits, etc., tandis que les eaux résiduaires alcalines peuvent être issues des tanneries, du dégraissage des textiles, de teintures à la cuve, de blanchisseries, de la fabrication de l’acétylène, de diverses opéra- tions de lavage industrielles, etc. Acidité et basicité ne signiﬁent pas pollution au sens strict du terme, mais il n’en est pas moins vrai que les nuisances résultant d’un excès d’acidité ou de basicité peuvent être considérables. D’une façon générale, les efﬂuents trop acides ou alcalins entraî- nent la corrosion des matériaux de construction courants, provo- quent la mort de la faune et de la ﬂore de nos milieux naturels (rivières et lacs), et affectent les procédés d’épuration biologique de nos stations de traitement, en inhibant les actions enzymatiques et la croissance microbienne. Ces traitements concernent : — la neutralisation des effluents dans la plage des pH correspon- dant aux normes réglementaires, avant rejet au milieu naturel ; — la correction du pH avant un stade de traitement ultérieur qu’il soit physico-chimique (ajustement du pH de coagulation par exem- ple) ou biologique (pour éviter d’altérer la croissance bactérienne). La neutralisation de l’alcalinité des efﬂuents est généralement réalisée en les mélangeant avec les acides sulfuriques ou chlorhy- driques, réactifs industriels avec lesquels les réactions sont prati- quement instantanées. L ’acidité des eaux résiduaires industrielles est neutralisée en mélangeant les efﬂuents avec des réactifs alcalins comme la soude (NaOH) ou la chaux éteinte Ca(OH)2 sous forme de lait de chaux, ou encore en procédant à leur ﬁltration sur un produit alcalino-terreux : marbre, Neutralite(1) dolomie calcinée, etc. Nota (1) : le Neutralite est un produit exempt de base libre composé de carbonate de cal- cium et de magnésium et délivré sous forme de grains calibrés. La simplicité des traitements de neutralisation n’est souvent qu’apparente, car leur mise en œuvre implique toujours l’applica- tion des mesures suivantes : — mélange énergique de l’eau à traiter avec un réactif le plus souvent sous forme liquide ; — ajustement automatique du taux de réactif en fonction d’une valeur de consigne sur l’effluent traité par asservissement à une mesure de pH ; — mise en œuvre d’un réacteur pouvant assurer : • une dispersion aussi rapide et complète que possible du ou des réactifs dans l’eau à traiter, • une position judicieuse de l’organe de mesure du pH par rap- port à l’introduction du ou des réactifs, • un temps de contact sufﬁsant pour que les réactions mises en jeu soient totales à la sortie des appareils. Lors de très fortes ﬂuctuations de composition de l’eau à traiter, l’opération de régulation est souvent rendue délicate ; c’est pour- quoi on préfère assurer la neutralisation par une addition échelon- née des réactifs dans un réacteur à étages multiples généralement deux, voire trois, bassins successifs en cascade [2]. Dans la même optique et aussi par souci d’économie en réactifs, l’industriel a toujours intérêt, s’il a des rejets à la fois acides et alca- lins, à construire une bâche tampon qui assurera une préneutralisa- tion réciproque si sa capacité est sufﬁsante. Notons que si les cinétiques des réactions de neutralisation avec les acides chlorhydriques (HCl) – sulfurique (H2SO4) et la soude (NaOH) sont généralement très rapides (inférieur à 5 min) ; il n’en est pas de même avec la chaux qui nécessite un temps de contact de l’ordre de l’heure. Pour minimiser cet inconvénient, on a développé des réacteurs à recirculation accélérée qui, par des moyens pure- ment hydrauliques, permettent une homogénéisation parfaite des réactifs avec l’eau à neutraliser, en réduisant de façon notable les temps de séjour de l’eau dans l’enceinte du réacteur. On désigne par le terme de neutralisation, les traitements de correction du pH qui consistent à ramener le pH de l’efﬂuent à une valeur voisine de la neutralité et en tout cas à l’intérieur d’une zone de valeurs bien déﬁnies. _______________________________________________________________________________ TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DE LA POLLUTION SOLUBLE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 1 271 − 3 2. Entraînement des polluants volatils par stripping Le domaine du stripping, dont l’efﬁcacité sera optimale que dans une zone de pH bien déterminée, pouvant se situer fort loin de la neutralité, concerne les produits soufrés (hydrogène sulfuré H2S, gaz sulfureux, les sulfures...), azotés (ammoniac dissous NH3, ions ammonium ) et certaines matières organiques à caractère volatil (solvants, phénols, alcools...). Les rejets industriels susceptibles d’être traités par stripping sont issus de : — l’industrie pétrochimique (extraction de l’hydrogène sulfuré et de l’ammoniac des eaux acides et des condensats) ; — la tannerie et la fabrication de cellulose et pâte à papier (pro- cédé dit au sulfate) dont les eaux résiduaires sont chargées de com- posés sulfurés ; — les cokeries au niveau des eaux ammoniacales renfermant par ailleurs des composés phénoliques. Dans la pratique, le stripping est réalisé dans des tours de contact où l’on fait ruisseler l’eau à traiter dans un contre-courant de gaz extracteur. Ces tours sont remplis d’un matériau de contact : anneaux de Raschig, coke, pouzzolane, remplissages plastiques tels qu’utilisés dans les réfrigérants atmosphériques modernes, etc. [1]. Le gaz extracteur peut être de l’air, mais plus souvent de la vapeur ou des gaz de fumée, parfois du gaz naturel. Très souvent le débit de gaz vecteur doit être particulièrement important par rapport au débit d’eau à traiter. Pour limiter au maximum les risques de pollutions atmosphéri- ques, les produits volatils entraînés par le uploads/Industriel/ techniques-d-ingenieurs-3.pdf