Les procédés d’oxydation avancée (POA)

SPO^3, ARP⁴), Morita et al. (1996) ont obtenu un meilleur rendement avec la peroxydase extraite de Arthromyces ramosus.

I.1.3 Les procédés d’oxydation avancée (POA)

Les POA regroupent des méthodes chimiques, photochimiques ou électrochimiques. Le développement de ces méthodes est en plein essor depuis environ trois décennies. Ces méthodes de traitement consistent à dégrader les molécules de colorants en CO2 et H2O au moyen du rayonnement UV en présence d‟hydrogène peroxyde. Ainsi, les POA sont tous basés sur la production et l‟utilisation in situ d‟un puissant oxydant, le radical hydroxyle (OH^•), pouvant être produit par quatre procédés :

1. la photolyse de l‟eau, qui comporte la photolyse directe et la photolyse indirecte. La photolyse directe consiste en l‟irradiation de l‟effluent par un rayonnement UV ou visible de longueur d‟onde appropriée ;

2 Horseradish peroxidase, traduit littéralement, correspond à la peroxydase du raifort ou radis noir.

3 Soybean peroxidase ou peroxydase extraite de la graine de soja.

32

2. la photolyse indirecte consiste à irradier l‟eau à traiter en présence de peroxyde d‟hydrogène ;

3. le procédé Fenton H2O2/Fe²⁺ ;

4. la photocatalyse, qui regroupe la photocatalyse homogène et la photocatalyse hétérogène. La photocatalyse homogène, appelée encore procédé photo-Fenton, est basée sur la réaction de Fenton assistée photochimiquement ; tandis que la dépollution photocatalytique hétérogène des eaux usées est basée sur l‟irradiation UV de matériaux semi-conducteurs en poudre, tels que le TiO2, le Fe2O3, dispersés dans l‟eau. Compte tenu de ces différentes méthodes de fabrication du radical OH^•, les procédés d‟oxydation avancée sont répartis en procédé d‟oxydation avancée chimique, électrochimique et photochimique.

I.1.3.1 Procédé d’oxydation avancée chimique : réaction de Fenton

La possibilité d‟utilisation du réactif de Fenton dans le domaine de l‟environnement, en particulier dans le traitement des eaux usées, a été abordée durant les deux dernières décennies. Le réactif de Fenton n‟est autre que le peroxyde d‟hydrogène activé au moyen d‟un sel ferreux et constitue un agent oxydant adapté au traitement d‟effluents contenant des colorants résistants à la biodégradation ou toxiques vis-à-vis des microorganismes (Slokar et Le Marechal, 1998). La réaction de Fenton génère plusieurs espèces oxydantes, dont le plus actif est le radical OH^•. Malgré les avantages offerts, en termes de réduction de la DCO, de la couleur et de la toxicité, le procédé présente le désavantage majeur de nécessiter le traitement des boues produites, ce qui a pour effet d‟augmenter les coûts d‟exploitation. Oturan (2007) note qu‟en dépit de nombreuses applications industrielles, le procédé Fenton classique présente certaines limites, dont la nécessité d‟opérer le traitement des effluents en milieu acide, pour éviter la précipitation du fer, la difficulté d‟oxyder certaines classes de composés organiques, qui nécessite des doses élevées de réactifs, tout en conduisant à la formation d‟un volume de boues important. Ces inconvénients ont conduit à l‟évolution de la réaction de Fenton vers l‟électrochimie et la photochimie, qui permettent la diminution des quantités de réactifs et la formation de boues, d‟une part, et d‟autre part celle du coût de fonctionnement, tout en augmentant l‟efficacité du traitement.

33

I.1.3.2 Procédés d’oxydation avancée électrochimique

Ces techniques consistent à éliminer les ions métalliques et les colorants sous l‟influence d‟un champ électrique. Elles utilisent très peu ou pas de réactifs chimiques. Elles présentent l‟avantage de la récupération des métaux piégés. L‟investissement de base ainsi que les coûts d‟exploitation varient en fonction de la taille de l‟installation, et la mise en œuvre ne présente un intérêt que lorsque les concentrations en ions métalliques deviennent importantes, soit à partir de 2 g.L^-1 (Kongsricharoern et Polprasert, 1996). En dessous de ce seuil, le rendement du processus décroit avec la concentration et devient très mauvais en dessous de 5 mg.L^-1. En revanche, la perspective du traitement des effluents colorés par électrochimie semble être plus intéressante, dans la mesure où le procédé dans ce cas fait preuve d‟une bonne efficacité technique et économique. En effet, les effluents recueillis en sortie ne présentent généralement aucun danger pour les organismes vivants et la mise en œuvre de ce procédé nécessite très peu ou pas du tout de réactifs chimiques (Robinson et al., 2001). Ainsi que le rapportent Crini et al. (2007), l‟électrocoagulation et l‟électrofloculation, deux techniques électrochimiques en plein essor, consistent à coaguler ou floculer les polluants grâce à une électrolyse à anode métallique consommable, en fer ou en aluminium. La méthode fait intervenir des réactions d‟oxydo-réduction pour produire des microbulles d‟oxygène et d‟hydrogène. L‟oxydation anodique permet entre autres l‟élimination des colorants azoïques. L‟électrocoagulation est utilisée pour traiter les effluents des industries du traitement de surfaces et des manufactures de peintures. L‟absence de production de boue constitue l‟un des principaux avantages du traitement des effluents colorés par la méthode électrochimique

I.1.3.3 Procédés d’oxydation avancée photochimique

L‟oxydation photochimique a été envisagée depuis de nombreuses années comme technique alternative aux méthodes d‟oxydation chimique classique. Elle est fondée sur l‟utilisation d‟un rayonnement UV en vue de photodégrader les polluants organiques ou de modifier la charge des polluants métalliques ou métalloïdes. Emett et Khoe (2001), Yoon et al. (2008) ont procédé à l‟oxydation photochimique de l‟arsenic (III), qui a été transformé en arsenic (V) et ensuite éliminé de l‟effluent par adsorption ou coagulation/floculation (Borho et Wilderer, 1996). La photodégradation des colorants peut avoir lieu en présence ou non de catalyseurs et/ou d‟agents oxydants, tels que le peroxyde d‟hydrogène, ou l‟ozone. La réaction peut conduire à la minéralisation complète de la molécule polluante. Ce phénomène est dû en

34

particulier à l‟action des radicaux hydroxyles. Le rendement du procédé est influencé par la concentration du catalyseur et de l‟oxydant, l‟intensité de l‟irradiation, le pH, la structure du colorant et la composition de l‟effluent (Slokar et Le Marechal, 1998). Les procédés d‟oxydation avancée offrent de nombreux avantages : parallèlement à une forte réduction de l‟odeur des effluents à traiter, le volume de boues produites est négligeable. Ce sont en effet, de loin, les meilleurs parmi les procédés d‟oxydation, en ce sens qu‟ils permettent de surmonter beaucoup de contraintes liées à l‟utilisation des autres méthodes d‟oxydation. Cependant, outre un investissement de base relativement élevé, la formation de sous-produits (Robinson et al., 2001), qui nécessitent un traitement additionnel, cette méthode est peu adaptée au traitement des effluents contenant des pigments (Slokar et Le Marechal, 1998).