Procédés non photochimiques

IV.4.1.1 Ozonation(O3)

Grâce à ses excellentes qualités de désinfection et d'oxydation, l'ozone (O3) est

énormément utilisé pour le traitement de l'eau potable. L'ozone peut être utilisé pour différents objectifs dans les systèmes de traitement, tels que pour une pré-oxydation, une oxydation des polluants organique ou une désinfection finale. Le réactif ozone peut dégrader:

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 Les colorants organiques naturels (acides humiques, tanins, lignines...) et synthétiques présentent dans l‘eau.

 Il réagit de manière sélective avec les composés organiques, et il les transforme en matières plus faciles à décomposer par traitement biologiques ultérieurs.

L‘ozone peut réagir selon deux voies: La voie directe où la molécule d‘ozone est capable de réagir avec la matière organique dissoute par attaque électrophile ou nucléophile (rarement) très sélective sur les liaisons insaturées des alcènes et des composés aromatiques. La voie indirecte où des radicaux libres sont produites par action d‘ozone sur la molécule d‘eau ou les hydroxydes [49]. Ces deux mécanismes sont simultanés. Le traitement des rejets contenant des colorants dispersés et soufrés sont particulièrement difficiles à décolorer par ce procédé [50], alors que ceux chargés de colorants réactifs, basiques, acides et directs sont assez rapidement.

Il est à noter que la minéralisation totale n‘est pas atteinte, malgré le pouvoir oxydant élevé de l‘ozone. Certains métabolites toxiques subsistent dans le mélange réactionnel [51,52]. La généralisation de cette technique est limitée d‘une part par les coûts généraux que nécessite sa mise en œuvre et d‘autre part la faible solubilité de cet oxydant dans l‘eau (environ 0,1 mM à 297 K) [50, 53,54].

IV.4.1.2 Péroxonation (O3/H2O2)

La dégradation par ozonation peut être améliorée par l‘ajout d‘un autre oxydant puissant qui est le peroxyde d‘hydrogène capable de générer davantage des radicaux hydroxyles. L‘interaction entre le peroxyde d‘hydrogène et l‘ozone conduit à la formation des radicaux hydroxyles selon l‘équation suivante:

O3 + H2O2→ HO•+ HO2• + O2

Ce procédé est affecté par les mêmes contraintes que l‘ozonation, à savoir la faible solubilité de l‘ozone. L‘efficacité du procédé dépend de nombreux paramètres tels que la température, le pH de la solution, les réactions parasites consommant les radicaux HO.et le type du polluant [55]. En revanche, l‘ozonation et la péroxonation présentent l‘avantage par rapport aux autres procédés photochimiques, de pouvoir fonctionner dans une eau à forte turbidité, car le system ne dépend pas de la transmitivité des rayonnements dans l‘effluent [56].

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IV.4.1.3 Sonolyse

La sonolyse est une technique utilisant les ultrasons pour dégrader des polluants en milieu aqueux. Les ultrasons sont des ondes acoustiques (mécaniques) sinusoïdales dont la fréquence se situe entre 16 kHz et 10 MHz, c'est-à-dire entre les domaines des sons audibles (16 Hz-16 kHz) et des hypersons. La propagation dans l‘eau d‘une onde sonore à une fréquence supérieure à 20 MHz conduit à la formation de bulles de cavitation [57]. A l‘intérieur de ces bulles règnent des conditions extrêmes de température (3000 à 5000 K) et de pression (500 à 1000 atm) qui conduisent à la dissociation de l‘eau et à la production des radicaux OH•, HOO•,…etc selon les réactions ci-après :

H2O → H• + HO•

O2→ 2O•

O2 + H•→ HO2•

O• + H2O → 2HO

•

La dégradation par la sonolyse dépend de la fréquence des ultrasons et de la structure moléculaire du polluant. Ce procédé peut être amélioré pour minéraliser les composés organiques les plus résistants à l‘oxydation par l‘introduction des catalyseurs tels que le peroxyde d‘hydrogène, utilisation des semi-conducteurs (TiO2 ou ZnO) ou le couplage avec

l‘irradiation UV/solaire.

IV.4.1.4 Radiolyse

L‘utilisation des radiations gamma (γ) pour traiter les eaux contaminées est parmi les technologies innovantes des procédés d‘oxydation avancés. Les rayonnements ionisantes se propagent dans le milieu aqueux et provoque la dissociation de la molécule d‘eau en H• et HO• selon les réactions suivantes [58]:

H2O + γ H2O*→ H•+ HO•

H2O+ γ→ H2O+ + e-

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Page 95 Le rayonnement gamma est émis soit par le 60Co, soit par le 137Cs. Ces rayonnements ionisent le solvant, en produisant très rapidement (quelques dizaines de nanosecondes) des espèces radicalaires [59]. La formation des radicaux hydroxyles peut être améliorée par l‘addition d‘ozone ou le peroxyde d‘hydrogène ou les deux.

IV.4.1.5 Fenton (Fe2+/H2O2)

Fenton décrivit à la fin du 19ème siècle que le fer ferreux favorisait fortement l‘oxydation de l‘acide maléique par le peroxyde d‘hydrogène en milieu acide [60]. La réaction de Fenton consiste à mélangée le peroxyde d‘hydrogèneH2O2et les ions ferreux Fe2+

à l‘ombre. Quarante ans plus tard, Haber et Weiss [80] identifiaient le radical hydroxyle comme étant l‘espèce oxydante de la réaction présentée ci-dessous et communément appelée réaction de Fenton [61]:

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + HO•

Le fer ferrique peut être réagi avec le peroxyde d‘hydrogène pour régénérer le fer ferreux :

H2O2 + Fe3+ → Fe2+ + HO2

• + H+

Le réactif de Fenton possède trois caractéristiques attractives pour le traitement des composés organiques:

 les radicaux hydroxyles produits dans l'équation réagissent très rapidement.

 les réactifs sont simples à manipuler et sans danger pour l'environnement.

 les produits finaux (H2O, CO2, ions minéraux et hydroxydes ferriques) n'introduisent

pas de pollution supplémentaire.

Ce procédé est attractive car il a déjà prouvé son efficacité pour la dégradation et la minéralisation d‘une grande variété de substrat organique notamment des alcools, éthers, colorants, phénols, pesticides, aromatiques polycycliques en solution aqueuse [62-67]. Il permet de dégrader les polluants organiques en composés moins toxiques et d‘augmenter la biodégradabilité. Par conséquence, il peut être considéré, soit comme un traitement unique, soit comme un prétraitement qui précède la biodégradation [68].

Malgré sa mise en œuvre relativement simple, ce mode de traitement présente certains inconvénients majeurs tels que:

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 La réaction Fenton nécessite un milieu acide (pH voisin de 3).

 La formation des radicaux hydroxyles dépend étroitement du rapport molaire Fe2+/H2O2 (généralement 0,5).

 La réaction de régénération de fer ferreux est très lente par rapport la réaction initiale qui consomme rapidement ces cations.

 A la fin du traitement, le milieu acide doit être neutralisé (ajout d‘une base) pour précipiter le fer, ce qui peut alourdir les coûts de traitement.

 La formation de boues sous forme d‘hydroxyde ferrique, ce qui nécessite une étape de séparation par décantation ou filtration.