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Université Cadi Ayyad Faculté des Sciences Semlalia Département de Chimie Maste

Université Cadi Ayyad Faculté des Sciences Semlalia Département de Chimie Master Spécialisé : Ingénierie de l’Assainissement et Management de l’Environnement MANUEL DE TRAVAUX PRATIQUES Module TECHNIQUES DE TRAITEMENT DES EAUX USEES INDUSTRIELLES Préparé par : Pr A.Yaacoubi Pr M.Bouchdoug Pr N. EL HADIRI Sommaire Recommandations …………………………………………...1 Manipulation I : Traitement physico-chimique des eaux industrielles…………2 Essai de coagulation-floculation Manipulation II : Décoloration des eaux usées industrielles par adsorption……....8 Manipulation III : Dephosphatation d’une eau usée par Précipitation…………….13 Annexe……………………………………….………………..17 Recommandations Pour votre sécurité et celle des autres et pour la bonne marche des TP, observez les consignes suivantes à ce sujet : - Portez une blouse ; - Réfléchissez avant d’agir ; - Manipulez avec délicatesse en respectant les consignes relatives de chaque manipulation ; - Ne jetez jamais les produits insolubles dans les éviers, des flacons de récupérations de produits chimiques sont mis à votre disposition ; - Il est interdit de déplacer le matériel et les flacons de produits chimiques d’une paillasse à une autre ; - Il est interdit de fumer ou de manger dans une salle de travaux pratiques. Avant de quitter la salle de TP - Laissez la paillasse ainsi que la verrerie en parfaite état de propreté ; - Fermez les robinets d’eau et de gaz ; - Rangez le matériel ; - Toute casse ou défectuosité du matériel doit être signalée. Important : - Il est indispensable de préparer la manipulation que vous aurez à effectuer avant de venir en salle de TP ; - La façon de travailler est très importante et une note sera attribuée à chaque étudiant ; - Toute absence non justifiée sera sanctionnée. Traitement physico - chimique des eaux industrielles Essai de coagulation - floculation La turbidité et la couleur d'une eau sont principalement causées par des particules très petites, dites particules colloïdales. En général, la turbidité est causée par des particules de matière inorganique, alors que la couleur est imputable aux particules de matière organique et aux hydroxydes de métaux. Les colloïdes (particules chargées et de faibles dimensions), dotées d’une grande stabilité, n'ont pas tendance à s'accrocher les unes aux autres et peuvent rester en suspension dans l'eau durant de très longues périodes, et même traverser un filtre très fin. Leur élimination est du ressort de la coagulation/floculation. Principe La coagulation est la déstabilisation des particules colloïdales par addition d’un réactif chimique (le coagulant) essentiellement un sel de fer ou d’aluminium. La floculation est l’agglomération des particules «déchargées» en microflocs, puis en flocons volumineux, ces flocons peuvent être éliminés par décantation, flottation ou filtration. Cette étape peut être amélioré par l’ajout d’un floculant ou adjuvant de floculation (polymères, silice activée, amidon, alginates…). Généralement, le processus de coagulation est appliqué à l’eau brute pré-traitée. De ce fait, il constitue l’un des procédés les plus importants dans les filières de traitement des eaux naturelles et industrielles. Le processus de coagulation/floculation est habituellement constitué de : - L’injection et le mélange de coagulant neutralisant la charge électrique (potentiel zêta) des colloïdes. Un mélange efficace est rapide (120 t/min.) du coagulant et des eaux est indispensable pour assurer une bonne dispersion et une meilleure utilisation du réactif. Le temps habituellement utilisé est d'une à deux minutes. - L’agglomération des particules coagulées en grands flocs décantables. Ceci est accompli en agitant lentement l’eau pour permettre aux solides formés d’augmenter de taille pour pouvoir les retirer par décantation. On utilise généralement une agitation lente (30t/min.) pendant 15 à 30 minutes. - La décantation des matières floculées par séparation gravimétrique (20 à 30 min.) Le choix et le dosage du coagulant à utiliser, pour une bonne élimination des matières colloïdales des eaux, sont décidés à partir des résultats des évaluations en laboratoire obtenus à partir d’un test de floculation (appelé jar test). Objectifs : Réaliser un essai de coagulation/floculation, en utilisant deux coagulants, un floculant et un charbon actif en poudre, dont le but de déterminer les conditions optimales permettant d’éliminer les particules colloïdales contenues dans une eau industrielle. Ainsi, au cours de cette manipulation seront déterminés : - Le taux de traitement pour chaque réactif - Le pH optimal - L’efficacité des coagulants - Le rôle du floculant - La masse et la qualité de boue formée - Le rôle de l'introduction des additifs (microsable, boue, argile, charbon actif en poudre) sur la coagulation floculation et sur la matière dissoute. L’efficacité du traitement sera estimée en suivant la turbidité et la couleur de l’effluent après 20 min. de décantation. Ces indications peuvent être complétés avec d’autres renseignements (pH, % de boues après décantation, vitesse de sédimentation, matière organiques…) Réactifs : • Eau à traiter • Sulfate d’aluminium Al2(SO4)3,18 H2O : solution à 10g/l • Chlorure ferrique FeCl3 : solution à 10 g/l • Polyélectrolyte : solution 1g/l • Charbon actif en poudre • Solution HCl 2N • Solution NaOH 2N. Appareillage : • Jar test • Turbidimètre • Spectrophotomètre • Balance de précision • pH-mètre • Système de filtration et papiers filtres (0.45 µm) • Verrerie courante de laboratoire Mode opératoire : - Essai 1 : Préciser le coagulant utilisé Dans une série de béchers (jar test) : - Introduire 500 ml d’eau à traiter - Ajuster le pH à environ 6 à l’aide de la solution d’HCl (ou NaOH) - Ajouter alors des doses croissantes (entre 0 et 50 mg/l) du coagulant Al2(SO4)3,18 H2O (ou FeCl3) et agiter rapidement (120t/min.) pendant 2 min. - Réduire l’agitation à 30 t/min. et laisser le mélange sous agitation lente pendant 20 min., observer, de temps en temps, pour détecter la formation et la qualité des flocs - Arrêter l’agitation et laisser le mélange reposer pendant 20 min. - Prélever, à l’aide d’une pipette, un volume d’environ 50 ml du surnageant sur lequel on mesure la turbidité (Ti) et la couleur (Ci). - Filtrer sur filtre préalablement pesé, sécher à 110°C et peser la quantité de boue obtenue. Connaissant la turbidité (T0) et la couleur (C0) initiales, déterminer l’efficacité du traitement (T0 – Ti) x 100 / T0, (C0 – Ci) x 100 / C0 et la dose optimale. NB : Des binômes travailleront avec Al2(SO4)3,18H2O et les autres avec FeCl3. Pour la comparaison des performances et la rédaction des comptes rendus, utiliser les données de vos collègues. - Essai 2 Dans une série de béchers (jar test) : - Introduire 500 ml de la même eau - Ajuster le pH à environ 6 à l’aide de la solution d’HCl (ou NaOH) - Ajouter la dose optimale en coagulant déterminée par le premier essai - Ajouter, pendant l’étape de floculation, des doses croissantes (entre 0 et 1 mg/l) du floculant et suivre les mêmes étapes que précédemment. Dans cet essai, les informations qualitatives sont très importantes. - Essai 3 Dans une série de béchers (jar test) : - Introduire 500 ml de la même eau - Ajuster le pH à environ 6 à l’aide de la solution d’HCl (ou NaOH) - Ajouter la dose optimale en coagulant déterminée par le premier essai - Ajouter la même dose (1g/l) en additif (boue, sable, silice, argile, charbon actif) - Faites les mêmes étapes que précédemment. Pour la détermination de la coloration, si nécessaire filtrer l’échantillon. Expression des résultats : - Essai : 1 N° bêcher 1 2 3 4 5 6 Dose de coagulant (mg/l) Turbidité (NTU) (T0 – Ti) x 100 / T0 Coloration (C0 – Ci) x 100 / C0 Masse de boue (mg) - Essai : 2 N° bêcher 1 2 3 4 5 6 Dose du floculant (mg/l) Turbidité (NTU) (T0 – Ti) x 100 / T0 Coloration (C0 – Ci) x 100 / C0 Masse de boue (mg) - Essai : 3 N° bêcher Témoin polymère silice sable argile Charbon Dose du charbon actif (mg/l) Turbidité (NTU) (T0 – Ti) x 100 / T0 Coloration (C0 – Ci) x 100 / C0 Questions : 1) Tracer, sur le même graphe, la courbe représentative de l’efficacité du traitement en fonction de la dose coagulant pour les deux réactifs utilisés 2) Déterminer le taux de traitement et comparer les deux réactifs 3) Discuter l’effet de la coagulation/floculation sur la matière colloïdale et la coloration 4) Pourquoi doit on se placer à un pH voisin de 6, si on veut être plus rigoureux, que doit on faire? 5) Montrer et discuter l’effet du pH sur la coagulation/floculation 6) Commentez les différences entre la coagulation avec les sels de fer et les sels d'aluminium 7) Quels sont les critères de choix d'un coagulant 8) Si on veut faire le même essai sur des eaux naturelles destinées pour la potabilisation, quel serait, à votre avis, le coagulant le plus adéquat? justifier votre réponse. 9) A votre avis, le traitement par coagulation/floculation est –t-il efficace vis-à-vis de a. La pollution organique dissoute b. La pollution minérale dissoute (métaux en traces) c. La pollution azotée d. La pollution phosphorée 10) Tracer la courbe (T0 – Ti) 100 / T0 et (C0 – Ci) 100 / C0 = f(dose floculant) et discuter le uploads/Industriel/ tp-chimie-de-l-x27-eau.pdf