CHAPITRE III : LE PROCEDE EN CUVE AGITEE
III. 4.3.2) A une température de 35°C
Lorsque les expériences sont effectuées à 35°C, pH 7.5 avec un rapport atomique de mélange égal à 2, le précipité est mieux cristallisé qu’à 20°C et la quantité de phosphore rejetée après précipitation est de :
• 8mg/L avec le procédé en cuve agitée sans particules supports
• 8mg/L avec le procédé en cuve agitée et présence de particules de sable • 8mg/L avec le procédé en lit fluidisé constitué de particules de sable • <1mg/L avec le procédé en cuve agitée et présence de particules d’HAP • <1mg/L avec le procédé en lit fluidisé constitué de particules d’HAP.
Il existe une grande différence entre les résultats obtenus en présence ou pas de particules dans les réacteurs et selon la nature des particules introduites. La présence de particules de sable ne diminue pas la concentration en phosphore de la solution alors que la présence de particules d’HAP permet d’obtenir une concentration inférieure à 1mg/L. Les particules de sable introduites dans la cuve agitée ont un diamètre inférieur à 100µm. Ce diamètre est trois fois plus important que la diamètre des particules d’HAP. Il faut cependant remarquer que la surface accessible présente en solution dépend fortement de la taille des particules pour une même masse introduite. Par exemple pour des particules de diamètre égal à 30µm, la surface totale disponible est de 11m² pour 300g d’HAP et la surface totale disponible pour des particules de sable de diamètre de 100µm est de 4m².
Même si la surface disponible est 10 fois plus importante en utilisant des particules supports de diamètre inférieur à 30µm par rapport à des particules inférieures à 100µm, la nature de la surface des particules supports semble jouer un rôle tout aussi important que la
surface disponible pour le phénomène de croissance cristalline comme nous avons pu l’observer en utilisant le procédé en cuve agité dans le Chapitre II.
Sans ajout de particules, la précipitation est spontanée. La présence de particules de sable a peu d’effet sur la concentration en phosphore de la solution. Par contre la présence de particules d’HAP permet de diminuer fortement la concentration en phosphore dans la solution. Après la précipitation, la solution se trouve dans un état d’équilibre métastable. La présence de particules supports d’HAP (constituant le lit fluidisé ou présentes dans la cuve agitée) peut alors jouer un rôle de support pour le phénomène de nucléation hétérogène puis de croissance cristalline.
La nature, ainsi que la surface totale disponible et offerte par les particules supports, sont les facteurs importants pour une bonne efficacité de la croissance cristalline. La nature des particules introduites joue sur le temps d’induction de la nucléation hétérogène. Lorsque les particules supports introduites sont de même nature que le précipité, le temps d’induction est nul.
Toutes ces hypothèses et ces remarques vont nous permettre, lors des prochaines études (ajout de nouveaux éléments dans l’effluent à traiter), de réaliser un grand nombre d’expériences avec le procédé en cuve agitée. Ces résultats permettront de tirer les conclusions adéquates et de pouvoir affiner les conditions opératoires à utiliser avec le procédé en lit fluidisé.
III.5) La conclusion générale du chapitre.
Dans ce chapitre, nous avons utilisé un procédé en cuve agitée qui nous a permis, en l’absence de semence, d’étudier l’influence des paramètres physico-chimiques sur la précipitation des phosphates de calcium.
Nous avons étudié l’influence du pH d’entrée de l’effluent entre 3.5 et 8.5. Ce pH n’a aucun effet sur à la fois la quantité de phosphore rejetée et la composition du solide récupéré à un pH et une température de précipitation donnés.
La température de précipitation a été augmentée jusqu’à 50°C. Cette augmentation a entraîné une baisse de la concentration en phosphore dans l’effluent de 10mg/L à 20°C à 3.5mg/L à 50°C. Toutefois, cette diminution n’est pas suffisante pour épurer avec efficacité le phosphore contenu dans l’effluent et cette température est difficile à obtenir à une échelle industrielle.
D’un point de vue thermodynamique, la variation de pH entre 7.5 et 10.5 permet d’obtenir des concentrations en phosphore à l’équilibre thermodynamique beaucoup plus faibles que la variation de température entre 20°C et 50°C ou l’augmentation de la quantité de calcium introduite (rapport atomique Ca/P de mélange de 2 à 3).
La précipitation du solide est spontanée lorsque la concentration en phosphore est égale à 25mg/L ou 50mg/L dans le réacteur après mélange. Lorsque la concentration en phosphore dans le réacteur est égale à 8mg/L à pH 7.5 et quelle que soit la température (entre 20°C et 50°C), aucune précipitation n’a lieu, la solution est dans un état d’équilibre métastable par rapport à un composé plus stable comme l’HAP par exemple. Seul l’ajout de semence dans ce cas peut permettre de diminuer la concentration en phosphore dans la solution.
L’ajout de particules supports de même nature que le précipité permet une diminution de la concentration en phosphore de 50mg/L à moins de 1mg/L après précipitation. Cette baisse est à la fois associée à la nature de la surface des particules supports et aussi à la surface totale disponible offerte. En présence de particules supports, de nouveaux phénomènes, autres que la précipitation et l’agglomération du précipité, peuvent intervenir comme le phénomène d’enrobage du précipité et le phénomène de croissance cristalline.
Un parallèle a été effectué entre le procédé en lit fluidisé et le procédé en cuve agitée. Ce parallèle a permis entre autre de mettre en évidence le rôle joué par la nature des particules supports à la fois dans le lit fluidisé et dans la cuve agitée sur le phénomène de croissance cristalline, et aussi de vérifier les résultats déjà obtenus en proposant des mécanismes réactionnels susceptibles de se produire dans les deux procédés selon les conditions opératoires.
A partir de ces remarques, nous avons pu déduire que le procédé en cuve agitée était le procédé idéal pour étudier l’influence de n’importe quel paramètre physico-chimique concernant la précipitation et qu’il permettait de pouvoir affiner les conditions opératoires à utiliser avec le procédé en lit fluidisé qui lui, est un procédé très utilisé industriellement.
Les prochaines études concerneront l’ajout d’éléments dans l’effluent phosphoré, à l’aide dans un premier temps de la cuve agitée et dans un deuxième temps du lit fluidisé. Nous essaierons ainsi de valider les mécanismes réactionnels déjà proposés et de les étendre à l’étude de la récupération du phosphore contenu dans un véritable effluent.