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OPTIMISATION DU TRAITEMENT DU PHOSPHORE DES EAUX USEES PAR ELECTROCOAGULATION D

OPTIMISATION DU TRAITEMENT DU PHOSPHORE DES EAUX USEES PAR ELECTROCOAGULATION Domaine : Sciences et Technologies Mention : Chimie Spécialité : Chimie de l’Environnement Présenté et soutenu par Oussama ISHAKA Le 29 Janvier 2019 Structure de recherche Laboratoire d’Hydrologie Appliquée et Environnement Directeur de Mémoire Gbandi DJANEYE-BOUNDJOU, Professeur Titulaire, Université de Lomé Codirecteur de Mémoire Seyf-Laye ALFA-SIKA MANDE, Maître Assistant, Université de Kara Jury Président : Daouda MAMA, Professeur Titulaire, Université d’Abomey-Calavi Directeur: Gbandi DJANEYE-BOUNDJOU, Professeur Titulaire,Université de Lomé Codirecteur : Seyf-Laye ALFA-SIKA MANDE, Maître Assistant, Université de Kara Examinateur :Tomkouani KODOM, Maître de Conférences, Université de Lomé UNIVERSITE DE KARA F A C U L T E D E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q U E S - - - - - - - - MEMOIRE En vue de l’obtention du MASTER DE RECHERCHE Numéro : Année académique 2018-2019 i DEDICACE Je dédie ce travail à : ALLAH, le tout puissant, le Miséricordieux, le Clément pour nous avoir permis de réaliser ce modeste travail, de m’avoir donné la faculté, la capacité physique et morale d’exercer ce métier avec responsabilité dans la mesure du possible .Accorde nous surtout Ta Grâce, Ton Amour et Ton Pardon. Au prophète MOHAMED (SWS) que la bénédiction et le salut de Dieu soient sur Lui A mes parents : Abdou Razak ISSA ISHAKA, FOUSSENI Ilham, IBRAHIM Hadjara. Merci pour tout ce que vous avez fait pour moi et pour toute la famille, Que DIEU vous protège et vous donne longue vie à nos côtés Aux familles KOURPARA, ISHAKA, ISSA, FOUSSENI, IBRAHIM… Mes frères et sœurs : Anane, Zakya, Weida, Oumou-hani, Mohamed, Anass, Khalide, Faouzia, soultone, Mouanz, Abdoul Mouhsine, Abdoul Chakour, Abdoul Gafare, Aymane, Aïcha, Djamiou… Le lien de sang est sacré, qu’il dure autant que notre vie. Trouvez ici l’expression de mes sentiments dévoués. A mes oncles et tantes… A toute la communauté musulmane ii REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, j’ai le devoir d’exprimer ma gratitude à tous ceux qui de loin ou de près m’ont aidé à le réaliser. o Je rends grâce à DIEU, maître des circonstances et des temps, en qui nous avons la vie et l’espérance. o Je remercie profondément le Professeur SANDA Komla président de l’université de KARA, le Professeur BABA Gnon ex Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques (FaST) de l’Université de Kara, le Professeur AMOUZOU Kou’santa Sabiba Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques (FaST) de l’Université de Kara et toute son équipe o Je remercie profondément Professeur DJANEYE-BOUNDJOU Gbandi, de l’Université de Lomé ; Docteur ALFA-SIKA MANDE Seyf-Laye, vice Doyen de la FaST à l’Université de Kara, responsable du Master Eau et Assainissement ; respectivement directeur et codirecteur de mémoire ; pour avoir accepté de diriger ce mémoire, pour l’intérêt constant qu’ils ont porté à ce sujet de recherche, pour leur disponibilité, écoute et l’importance qu’ils attachent à ma formation. Je leur témoigne ici mes sincères reconnaissances pour tous les conseils et les remarques objectives qu’ils m’ont apportées et pour m’avoir permis de faire un premier pas vers la recherche dans l’enseignement supérieur. o Je remercie sincèrement le Docteur Kwamivi N. SEBGEAYA (Maître-assistant) à l’Université de Kara, responsable du Master Chimie de l’Environnement.à l’Université de Kara o Je remercie le Docteur Ogouvidé AKPAKI (Assistant) et Batcha OUADJA (Ingénieur des Travaux) à l’Université de Kara pour leurs conseils et mots d’encouragements. o Je remercie les Docteurs TCHAKALA Ibrahim (Maître- Assistant), KODOM Tonkouani (Maître de conférences), SIMALOU Odjaniyobi de l’Université de Lomé o Je ne saurais terminer ces remerciements sans y associer ma famille, mes professeurs mes camarades en master et amis qui m’ont toujours apporté tout leur soutien et leur appui afin d’arriver au terme de cette première aventure, et tous ceux rencontrés durant cette période sans le soutien desquels je n’aurais pu entreprendre ces études. A toutes et à tous je leur dis un grand merci. iii RESUME L’électrocoagulation est une technique de traitement des eaux usées basée sur le principe des anodes solubles. Elle consiste à générer directement in situ les ions nécessaires par une oxydation d’une électrode (anode) dite sacrificielle à partir d’un courant électrique imposé. L’objectif de ce présent travail est d’optimiser l’élimination du phosphore des eaux usées domestiques par la méthode d’électrocoagulation. En effet les paramètres opératoires tels que : le pH, l’intensité du courant, le temps de contact, la concentration initiale, la distance inter électrode et l’effet de NaCl ont été étudiés en utilisant les lames d’électrodes de fer, d’aluminium et du cuivre. Les expériences ont été réalisées dans un réacteur en batch. Les résultats obtenus avec les lames d’électrodes de fer ont démontré que l’élimination est maximale aux pH [5-7] après un temps de 30 minutes. Le seuil d’élimination du phosphore est obtenu à partir de l’intensité 0,3A (100%). Pendant que la concentration est augmentée de 15 à 30 mg P/L, le taux d’élimination a diminué de 100 à 96,75% après une durée de 40 minutes. La distance inter-électrode également est inversement proportionnelle au taux d’élimination. Dans le but d’étudier l’influence du passage du courant électrique, une investigation sur la présence de NaCl a été également menée. Les résultats ont démontré que le taux d’élimination augmente et atteint 100 % en présence de NaCl, alors qu’en son absence, le taux d’abattement du phosphore diminue et atteint 83,41 % après un temps de contact de 60 minutes. Dans le souci d’étudier la performance des différentes électrodes sur l’élimination du phosphore, les électrodes de fer, d’aluminium et de cuivre ont été choisies. Les résultats de ces expériences ont montrés que l’aluminium est plus efficace avec un abattement du phosphore de 100 %, suivie du fer (96,75%) et du cuivre (88,91%). Mots clés : Electrocoagulation, eaux usées, phosphore, électrodes, NaCl, intensité de courant. iv ABSTRACT Electrocoagulation consists of waste water treatment based on soluble anode principle. It consists of maintaining directly within the necessary ions for an anode oxidation called sacrificial through electric power imposed. The objective of this paper is to contain phosphorus elimination from household waste water by electrocoagulation method. Therefore operational parameters such as: pH, power intensity, duration of contact, initial concentration, inter-electrodes distance, and the effect of NaCl had been studied using blades electrodes of iron, aluminum and silver. Experiences have been realized in batch reactor. The results obtained with blades electrodes of iron had shown that the maximum elimination to pH [5-7] after a time of 30min. The threshold of phosphorus elimination is obtained from power intensity 0.3A (100%). While the concentration is increased from 15 to 30 mg P/L, the rate of elimination has decreased from 100 to 96.75% after 40min. Inter-electrode distance is also proportional to the elimination rate on the contrary. In the process to study electric power flow influence, an investigation on the NaCl presence has also been conducted. The results shown that the elimination rate increase and reach 100 % in presence of NaCl, while without it the elimination rate of phosphorus increases and reaches 83.41 % after a time of 60 min in contact. For the sake to study the performances of different electrodes on the elimination of phosphorus, electrodes of iron, aluminum, and silver had been chosen. The results of these experiences had shown that aluminum is the more efficient with phosphorus elimination of 100% followed by the iron (96.75%) and silver (88.91%). Keywords : electrocoagulation, waste water, phosphorus, electrodes, NaCl, current intensity. v TABLES DES MATIERES DEDICACE ................................................................................................................................. i REMERCIEMENTS ................................................................................................................ ii RESUME .................................................................................................................................. iii ABSTRACT ............................................................................................................................. iv TABLES DES MATIERES ..................................................................................................... v LISTE DES FIGURES ............................................................................................................ viii LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................... ix SIGLES ET ABREVIATIONS .................................................................................................. x INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 2 CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ............................................................ 5 I - GENERALITES SUR LES EAUX USEES ....................................................................... 5 1- Origines des eaux usées ................................................................................................ 5 2- L’impact des eaux usées sur l’environnement et la santé ......................................... 5 2-1- L’impact des eaux usées sur l'environnement .................................................... 5 2-3- L’impact des eaux usées sur l'homme .................................................................. 6 2-4- L’impact des eaux usées sur les animaux ............................................................ 6 II - GENERALITE SUR L’ELECTROCOAGULATION ................................................... 8 1- Origine et évolution ...................................................................................................... 8 2- Principe du procédé ...................................................................................................... 9 3- Les électrodes .............................................................................................................. 10 3-1- Différents types de connexion. ............................................................................ 11 3-2-Réactions aux électrodes ...................................................................................... 12 4- Principales lois d’électrolyse ...................................................................................... 13 4-1- Loi de Faraday ..................................................................................................... 13 4-2- Rendement faradique .......................................................................................... 14 4-3- Tension à appliquer aux bornes d'une cellule électrochimique ...................... 15 vi 4-4- Les étapes de la réaction électrochimiques ........................................................ 15 5- Avantages et inconvénients du procédé .................................................................... 16 6- Comparaison entre l’EC et la coagulation-floculation chimique ........................... 16 7- Les espèces en solution ............................................................................................... 17 7-1- Chimie du fer ....................................................................................................... 17 7-2-Les différents complexes de fer ........................................................................... 18 CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES ................................................................. 20 1-Configuration du réacteur .............................................................................................. 22 1-1-Le réacteur électrochimique .................................................................................... 22 1-2-Les électrodes utilisées ............................................................................................. 23 2- Description expérimentale ............................................................................................. 23 2-1-Préparation des solutions ......................................................................................... 24 2-2-Mise en œuvre expérimentale .................................................................................. 24 3-Protocole d’analyse ......................................................................................................... 25 3-1-Choix de la longueur d’onde uploads/Litterature/m-moire-de-master-ishaka-pdf.pdf