Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Déferrisation Démanganisation des eaux Animé par: LAZREK ABDERRAZZAQ 2 Sommaire

Déferrisation Démanganisation des eaux Animé par: LAZREK ABDERRAZZAQ 2 Sommaire 1. Problème engendré par le fer et le manganèse 2. Origine du manganèse 3. État d’oxydation du fer et du manganèse 4. Traitement du fer et du manganèse Oxydation avec l’oxygène Oxydation avec le chlore  Oxydation avec le permanganate de potassium  Oxydation avec le bioxyde de chlore  Déferrisation Biologique. 3 Problèmes engendré par le Fer et le manganèse 1. Coloration jaune des eaux en présence d’oxygène ou du chlore, 2. Dépôt indésirable dans le réseau de distribution, 3. Impact sur la turbidité des eaux, 4. Communique un goût désagréable aux boissons, 5. Tache le sanitaire et le linge. 4 Quelque Photos 5 6 7 8 Les eaux souterraines peuvent être plus ou moins chargées en fer et en manganèse suivant la nature des terrains qui entourent les nappes. La dissolution du manganèse ou du fer dans les eaux souterraines ou les eaux à caractère réducteur peut être effectuée soit à partir des roches et des sols profonds soit à partir des horizons superficiels du sol Origine du fer et du manganèse dans les eaux Origine du fer et du manganèse dans les eaux Naturellement le fer et le Mn sont présent sous forme de minéraux dans les sols Solubilisation par les eaux Fer +Mn dans les eaux souterraines Fer +Mn dans les eaux de surface Forme: Dissoute: Dominante colloïdale Forme: Dissoute: Particulaire: Dominante colloïdale CC: 10 mg/l CC: 2 mg/l 10 Une eutrophisation consiste en une accumulation de matières carbonées, azotées et/ou phosphatées dans une eau stagnante, entraînant d'abord une prolifération végétale puis aboutissant finalement, après la mort et la dégradation des végétaux, à la désoxygénation du milieu. Origine du fer et du manganèse dans les eaux de surface Eutrophisation des lacs 11 1- L'explosion d'algues qui accompagne la première phase d'eutrophisation provoque un trouble qui empêche la lumière de pénétrer au fond du lac. 2- la photosynthèse, produisant de l'oxygène libre, est donc impossible au fond, 3- l'activité métabolique des décomposeurs (bactéries) consommatrice d'oxygène est accéléré, 4- l'oxygène dissous dans l’eau est rapidement épuisé par l'activité aérobie et le milieu devient rapidement anoxique 5- les décomposeurs utilisent l’oxygène combiné aux sels minéraux pour alimenter leur activité métabolique SO4 - S2- MnO4 - Mn2+ Eutrophisation 12 Nitrates Oxygène dissous Algues AFFLUENTS Surface EPILIMNION Phosphates Zooplanctons Poissons Detritus Oxygène dissous Nitrates Sulfates Detritus Formation de l’hydrogène sulfuré Fond Vase THERMOCLINE HYPOLIMNION Eutrophisation 13 Etat d’Oxydation du fer valence formule Appellation État habituel 0 Fe Fer natif Métal +2 Fe2+ ion ferreux Forme dissoute +3 Fe3+ Ion ferrique État de précipité oxydes, hydroxydes, carbonates +6 Fe6+ Ion ferrate Existe sous forme de FeO4 2- préparé industriellement Déferrisation des eaux Fe2+ Soluble Fe3+précipité 14 Etat d’Oxydation du Manganèse valence formule Appellation État habituel +2 Mn2+ Ion manganeux Forme dissoute +3 Mn3+ Manganèse trivalent Forme transitoire insoluble dans l’eau: Mn2O3 sesquioxyde +4 Mn4+ Ion manganique MnO2 État de précipité principale forme dans la nature +7 Mn7+ Ion permanganique MnO4 - N’existe pas à l’état naturel préparé industriellement Démanganisation des eaux Mn2+Soluble Mn4 + précipité 15 Etat d’Oxydation du fer et du Mn • Le Mn est souvent présent sous formes de Mn2 + Dans l’hypolimnion d’un lac stratifié la concentration de O2 est souvent nulle, les boues situées dans cette zone anaérobe libèrent par conséquent des ions Fe2 + et Mn2 +. lors du renversement automnal du lac, les eaux riches en fer et en Mn remontent vers la surface : le fer et le manganèse sont alors oxydés et forment un précipité, lequel redescend vers hypolimnion, où il sera de nouveau solubilisé . 16 • Le fer et le Manganèse sont deux oligo-éléments indispensable pour l’organisme humain L excès du fer est facilement éliminé par l’organisme;  L’inhalation du Mn peut provoquer des troubles parkinsoniens. Se sont les critères d’acceptabilité et d’esthétique qui ont dictée l’instauration de normes pour le fer et le Mn:  Goût; Couleur; Taches du linges; Sentiment du danger par le consommateur. Normes et valeurs guides 5 17 Paramètre Guide OMS Norme UE Norme Marocaine USA Canada Fer (mg/l) 0.3 0.05 - 0.2 0.3 0.3 0.3 Manganèse (mg/l) 0.1 0.02 -0.05 0.1-0.5 * 0.05 0.05 • 0,1 (mg/l) au niveau des eaux traitées à la sortie du système de production • 0,5 (mg/l) au niveau des eaux distribuées chez le consommateur Normes et valeurs guides 18 Le potentiel d’oxydoréduction, que l’on appelle aussi redox, est le paramètre qui définit si une substance est oxydante, et à quel point, ou si une substance est plutôt un agent antioxydant, et à quel point. Le potentiel redox se mesure en millivolts (mV). Ainsi, •lorsque la mesure est positive, exemple + 400 mV, elle indique que le milieu à tendance à être oxydant •lorsque la mesure est négative, exemple – 100 mV, elle indique que le milieu à tendance à être antioxydant ou réducteur Potentiel redox 19 Potentiel redox 20 La stabilité du fer dans l’eau dépend du pH et du potentiel redox de l’eau. Le diagramme de Pourbaix du fer montre qu’aux pH des eaux souterraines (partie hachurée du diagramme), il faut transformer le fer (II) en fer (III) par un traitement d’oxydation (aération généralement suffisante) afin de se trouver dans le domaine de stabilité de Fe(OH)3(s) qu’il sera aisé d’éliminer par filtration Potentiel redox 21 Diagramme E-pH de Pourbaix du manganèse dans l’eau à 25°C ; zone ABCD = zone de pH des eaux souterraines 22 Oxydation par l’Oxygène 4Fe2+ + O2 +10 H2O 4Fe(OH)3 + 8H+ 2Mn2+ + O2 +2 H2O 2MnO2 + 4H+ Aération naturelle-Cascade - Stripage 23 Stœchiométrie Pour 1 mg de fer ou du Mn Elément Fer Manganèse O2 nécessaire (mg/l) 0.14 0.29 H+ produit (mg/l) 0.036 0.036 Alcalinité consommé (mg/l de CaCO3) 1.80 1.80 Vitesse de réaction est fonction de: - pH; - Alcalinité; Exemple: Vitesse d’oxydation du Fer à pH=7,25 est 4 fois plus rapide qu’ à pH 6,50 24 Oxydation par le Chlore 2Fe2+ + Cl2+6 H2O 2Fe(OH)3+2Cl- + 6H+ Mn2+ + CL2 +2 H2O MnO2 + 2Cl- + 4H+ Chlore gazeux- Eau de Javel- HTH 25 Elément Fer Manganèse Cl2 nécessaire (mg/l) 0.64 1.29 H+ produit (mg/l) 0,054 0,073 Alcalinité consommé (mg/l de CaCO3) 2,70 3,64 Vitesse de réaction est fonction de: - pH; - Alcalinité; Vitesse d’oxydation optimale à pH 10 pour le Mn Temps de contact de 2 à 4 heures voir 24 heures Cas des complexes organiques du Mn Stœchiométrie Pour 1 mg de fer ou du Mn 26 Oxydation par le Permanganate de Potassium 3Fe2+ + KMnO4+7 H2O 3Fe(OH)3+MnO2+K + +5H+ 3Mn2+ + 2KMnO4 +2 H2O 5 MnO2 + 2K+ + 4H+ Permanganate de Potassium en solution de 5 à 10g/l 27 Elément Fer Manganèse KMnO4 nécessaire (mg/l) 0.94 1,92 H+ produit (mg/l) 0,030 0,024 Alcalinité consommé (mg/l de CaCO3) 1,50 1,21 Vitesse de réaction est fonction de: - pH; - Alcalinité; Vitesse d’oxydation par le permanganate est plus rapide que pour l’oxydation par le chlore Temps de contact de 5 mn Stœchiométrie Pour 1 mg de fer ou du Mn CLO2 oxydant puissant : 2NaCLO2 + CL2 2 CLO2 + 2NaCL 4,12 mg/l + 1,29 mg/l 1 mg/l 28 Oxydation par le dioxyde du chlore Fe2+ + CLO2+3 H2O Fe(OH)3+ CLO2- +5H+ Mn2+ + 2CLO2 +2 H2O MnO2 + 2CLO2- + 4H+ 29 Elément Fer Manganèse CLO2 nécessaire (mg/l) 1,21 2,46 H+ produit (mg/l) 0,054 0,073 Alcalinité consommé (mg/l de CaCO3) 2,69 3,64 Vitesse de réaction est fonction de: - pH zone de préférence 7 à 8 - Alcalinité; Les réactions d’oxydation par le dioxyde du chlore sont très rapide Stœchiométrie Pour 1 mg de fer ou du Mn NaCLO2 5 fois plus couteux que le chlore gazeux 30 Schéma général d’une filière de Démanganisation -Déferrisation Air Chlore ClO2 Permanganate Ozone S.A polymère Eau de surface et eau souterraine Eau de surface Et eau souterraine Sur sable ou autre Oxydation Coagulation Floculation Décantation Filtration Eau de surface Et eau souterraine 31 KMno4 sable préchloration Post-chloration réacteur zéolithe zéolithe citerne sable Schéma d’une station de Déferrisation- Démanganisation Air Eau brute Soude Coagulant 32 pouzzolane roche volcanique 33 Schéma d’un filtre 34 La mise en évidence de ce procédé fut faite par l’observation de microorganismes lors de l’analyse de boues prélevées sur une installation de déferrisation physico-chimique fonctionnant correctement sans que les conditions optimales soient réunies. La déferrisation ou la démanganisation biologique est un phénomène en milieu aérobe, qui induit une oxydation du fer ou du manganèse permettant de combiner les phases d'oxydation et de filtration dans un seul appareil. Les bactéries du fer et du manganèse permettent l’oxydation du fer (II) en précipité de fer (III) et l’oxydation du manganèse (II) en oxydes de manganèse insolubles. Déferrisation biologique 35 Suivant les conditions de pH, le potentiel d’oxydo- réduction, la présence ou non d’oxygène dissous, les bactéries se développent plus ou moins bien. Certaines bactéries (telles Leptothrix, Siderocapsa, Gallionella) sont même capables d'oxyder indifféremment le fer et le manganèse, mais dans des conditions de milieu différentes. Le uploads/Sante/ deferrisation-demanganisation-des-eauxc.pdf