Discussion

Pour tout l’intervalle de pH choisi (8.5 à 11.8) la seule phase cristalline observée en fin de cristallisation, identifiée par les méthodes d’analyse (DRX, IRTF et MEB), est bien la struvite ce qui est en accord avec les travaux antérieurs de Lee et al. (2003), qui affirment que la gamme de pH comprise entre 8 et 11.5 correspond bien au domaine de cristallisation de la struvite. De plus, cette cristallisation a eu lieu sans co-précipitation d’autres phosphates. Ces observations sont aussi en accord avec celles de

Burns et Finlayson (1982), qui pour un pH élevé, ont observé la cristallisation de la

struvite sans co-précipitation d’espèces phosphatées telle que la newberite. Néanmoins, les transformations solide-solide ne sont pas prises en compte dans ce travail. Au cours du processus de précipitation de la struvite, il est important de noter que la valeur du pH a affecté à la fois la solution de même que la morphologie et la taille des cristaux formés.

Les résultats du suivi cinétique par conductimétrie montrent que la valeur du pH joue sur le temps d’induction de la croissance cristalline. En effet, à pH 8.7 et 8.5, la croissance des cristaux démarrent plus rapidement qu’aux autres valeurs du pH. Le temps d’induction de la croissance est 20 et 10 mn pour les valeurs de pH de 8.7 et 8.5 respectivement, en revanche, ce temps est retardé pour les valeurs de pH plus élevées : 40mn à pH (9.5 et 10.5) et 50 mn à pH 11.8. Il en ressort que la nucléation des cristaux à pH avoisinant 8 est plus rapide qu’à pH plus élevé. En conséquence, le passage à l’étape de croissance cristalline est d’autant plus rapide et efficace que le pH soit aux environs de 8. De plus, pour cette dernière gamme de pH, la croissance cristalline est plus lente ce qui explique l’obtention de beaux cristaux de struvite. Les diagrammes de diffraction des rayons X révèlent qu’à température constante de 25°C, le précipité formé est de moins en moins bien cristallisé lorsque le pH augmente. En effet, la struvite est mal cristallisée (--) à pH 11.8, alors qu’à pH 8.5 l’espèce est bien cristallisé (++). Le MEB corroborent les observations issues de

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l’analyse DRX où plus le pH diminue (jusqu’à 8.5), plus la taille des cristaux et des agrégats est significative et la morphologie des cristaux est mieux définie.

En effet, il apparait aussi, que l'aspect des cristaux soit directement lié à la sursaturation et au pH de précipitation de la struvite. D’innombrables cristaux cruciformes épais ou prismatique le plus souvent allongés sont obtenus pour un pH de 8.5 alors que la struvite récupérée est de moins en moins bien cristallisée lorsque le pH augmente.

L’observation par microscopie électronique à balayage (MEB) montre une augmentation de la taille des cristaux en fonction du pH. En effet, à pH 8.5 les plus volumineux agrégats (406 µm) ont été observés et la taille des cristaux s’avère être élevée comparée à celle observés à pH plus élevé. Nous pouvons admettre qu’à pH 8.5, la cristallisation de la struvite est meilleure du point de vue état de cristallisation et tailles des cristaux. Cette dernière observation est en accord avec celle de Michael

et al. (2011), où la croissance mesurée des cristaux était maximale à pH 8.5.

Toutefois, la taille des cristaux de struvite mesurée dans notre étude à pH 8.5 est nettement plus élevée (90 μm) que dans celle dans les travaux de Michael et al.

(2011) (supérieure à 20μm / min).

Pour un pH et une température donnés, la quantité de phosphore rejetée dans l’effluent est d’autant plus faible que le précipité récupéré est bien cristallisé. La diminution de la valeur du pH de précipitation de 11.8 à 8.5 permet d'éliminer avec efficacité le phosphore contenu dans l’effluent synthétique. Cette déphosphatation sera d’autant plus difficile que le produit sera mal cristallisé. D’autre part, les meilleurs rendements d’élimination du phosphore ont été de 90% et 98% pour un pH 8.7 et 8.5, respectivement. Ainsi nous avons principalement montré que le taux de conversion, à température constante, dépendait du pH de précipitation : il augmente de 75% à pH 11.8 à 98% à pH 8.5 (à 25°C). Par conséquent, la quantité de phosphore éliminée à partir de l’effluent sous forme de struvite dépend du pH de précipitation : à pH 11.8, la quantité de phosphore présente dans l’effluent diminue de 474 mg/L à 118,7mg/L et pour la plus faible valeur de pH testé (8.5), elle diminue de 474 mg/L à 10,4mg/L.

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Conclusion

Au cours de ce travail, nous avons pu mettre en évidence le rôle du pH pour mieux appréhender le processus de cristallisation de la struvite. L’apport spécifique et original de ce travail montre que le contrôle de la réaction, à une valeur optimale du pH, contribue fortement à l’amélioration des conditions de précipitation tant en ce qui concerne la quantité du phosphore fixé et la qualité du précipité obtenu, que la qualité de l’effluent rejeté.

La démarche que nous avons adoptée s’est basée sur un suivi, en continu, de la cristallisation par conductimétrie, dans un intervalle de pH (8.5-11.8) et dont les paramètres conductimétriques montrent une croissance cristalline lente à pH avoisinant 8 pouvant induire l’obtention de beaux cristaux de struvite de taille significative. Ces dernières observations sont en accord avec la caractérisation morphologique du précipité obtenu en fin de réaction.

Les atouts majeurs de cette déphosphatation physico-chimique sont un rendement d’élimination du phosphore élevé et une mise en œuvre aisée. Ainsi, la valeur du pH du mélange peut créer une ségrégation qui influence la vitesse de nucléation et de croissance cristalline qui entraîne un changement de la taille des cristaux et des agrégats, de l’état de la cristallinité et du taux de conversion et par conséquent de l’efficacité de l’élimination du phosphore dans un effluent.

Au vue de nos résultats, nous pouvons conclure que les conditions idéales (optimales) pour une efficacité maximale de récupération de la struvite est de contrôler la réaction à pH égal à 8.5 et à une température de 25°C. Ces travaux réalisés sur des effluents quasi-purs vont être validés sur de véritables effluents dans le prochain chapitre, pour contribuer efficacement à l’élimination du phosphore contenu dans ces effluents.