BE1011548A6 - Procede de decoration et detoxication d'effluents acqueux. - Google Patents

Abstract

Procédé pour la décoloration et la détoxication d'effuents aqueux réfractaires fortement pollués (COD > 1000 mg/l) par traitement d'oxydation des effuents par du peroxyde d'hydrogène en continu et en phase homogène à pH de 2 à 5 en présence d'ions Fe et sous irradiation au moyen d'un rayonnement UV. Le rapport pondéral AvOX /COD est d'au moins 0,5:l et le rapport pondéral AvOX/concentration en ions Fe est d'au moins 50:l.

Description

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  Procédé de décoloration et détoxication d'effluents aqueux 
L'invention concerne un procédé pour la décoloration et la détoxication des eaux usées et en particulier des eaux de rejet industrielles par traitement chimique oxydant
Plus particulièrement, il concerne un procédé pour la décoloration et la détoxication d'effluents aqueux industriels contenant des colorants et des composés organiques toxiques et réfractaires aux traitements chimiques dépolluants traditionnels par traitement au moyen de composés peroxygénés en présence de rayonnement ultraviolet
De nombreuses opérations industrielles, telles que les industries textiles, de l'emballage en papier, carton et matières plastiques, les industries du cuir etc,

   produisent des rejets aqueux fortement pollués contenant une grande variété de colorants et de produits organiques toxiques pour les êtres vivants parmi lesquels on trouve des composés à coloration intense et/ou réfractaires à la plupart des traitements de dépollution chimiques connus La coloration des effluents ne peut pas être éliminée par un traitement biologique Par ailleurs, la toxicité élevée de ces rejets ne permet généralement pas de les traiter dans une opération biologique au moyen de boues activées, ni même de les mélanger, même en faibles proportions, à d'autres effluents qui ne contiendraient que des substrats organiques non toxiques pour la biomasse   On connaît par le brevet 043,

  080 un procédé pour traiter des eaux   souterraines et des effluents liquides contenant des contaminants organiques selon lequel on traite l'eau à pH d'environ 2 à 4 avec du peroxyde d'hydrogène en présence d'un ion d'un métal de transition tel que le Fe ou le Cu et on irradie avec une lumière ultraviolette polychromatique de longueurs d'onde de 200 à 400 nm 
 EMI1.1 
 Dans ce procédé, il est divulgué des concentrations en H202 de 100 ppm avec des rapports pondéraux [HO/ions métaiïiques de 10 ! à 1 L des concentrations en matières organiques polluantes de 100 ppm de dioxane, de 100 ppm de trinitrotoluène ou d'un mélange de 8 ppm de benzène, 7 ppm de toluène et 4 ppm de xylène Le brevet L'S-A-5, 043, 080 ne traite cependant pas du probleme de la décoloration et de la détoxication des effluents réfractaires dont la charge polluante est élevée,

   tels que les effluents rencontrés dans les industries citées plus haut 

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Ce procédé connu présente par ailleurs le désavantage de donner lieu à des   précipitations de composés métalliques insolubles sur les parois transparentes des   lampes ultraviolettes et d'en diminuer de ce fait rapidement l'efficacité
L'invention remédie aux inconvénients des procédés connus en fournissant un procédé efficace de traitement des effluents fortement pollués qui n'affecte pas la transparence des parois des lampes UV et qui permet la poursuite du traitement d'épuration au moyen d'une étape biochimique sans danger pour la viabilité de la biomasse
A cet effet,

   l'invention concerne un procédé pour la décoloration et la détoxication d'effluents aqueux par traitement d'oxydation des effluents par du peroxyde d'hydrogène en continu et en phase homogène à pH de 2 à 5 en présence d'ions Fe et sous irradiation au moyen d'un rayonnement UV, caractérisé en ce que a) l'effluent à traiter est coloré et réfractaire et fortement pollué et présente une demande chimique en oxygène (COD) d'au moins 1000 mg/l, b) le rapport pondéral de la concentration en oxygène actif (AvOx) (exprimé en mg   oxygène/1)   de la phase homogène continue à la COD de l'effluent (exprimé en   mg/l)   est d'au moins 0, 5.

   1, c) le rapport pondéral de l'AvOx de la phase homogène continue (exprimé en mg oxygène/l) à la concentration en ions Fe (exprimée en mg   Fie/1)   est d'au moins 
 EMI2.1 
 50 1 
Par décoloration et détoxication d'un effluent, on entend désigner un traitement d'épuration de cet effluent qui abaisse de manière suffisamment importante sa toxicité vis-à-vis de la biomasse des boues activées qui sont utilisées dans les processus d'épuration biologique afin que la viabilité de cette biomasse ne soit pas compromise après quelques heures de contact avec l'effluent détoxiqué
Le traitement selon l'invention est effectué en phase aqueuse homogène en présence d'ions Fe Toute source hydrosoluble d'ions Fe convient généralement On pourra, par exemple,

   mettre en oeuvre des sels de Fe d'acides organiques ou inorganiques solubles dans l'eau L'étage d'oxydation des ions Fe mis en oeuvre est de préférence l'étage II, bien que des ions de Fe III puissent aussi être utilisés, en particulier lorsque leur concentration ne dépasse pas 20 mg/l. 



   L'oxalate de Fe Il peut être employé mais n'est toutefois pas recommandé en raison de sa toxicité non négligeable vis-à-vis de la biomasse du traitement biologique qui suit parfois le traitement de détoxication 

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 EMI3.1 
 En pratique, on préfère les sels de Fe d'un acide inorganique fort, en particulier les sels de Fe II tels que FeCl2 et FeS04 Le sulfate FeS04 a donné de bons résultats
La concentration en ions Fe que l'on met en oeuvre est généralement d'au moins 5   mgil   et, de préférence, d'au moins   10 mg/1.

   Elle   ne dépasse pas souvent 50   mg/l   et, le plus souvent, ne dépasse pas 40   mgll.   Des concentrations de 10 et 20   mg/l   ont donné d'excellents résultats
De manière préférée, le rapport pondéral AvOx concentration en ions Fe dans le procédé selon l'invention est au plus    1200'1   De manière particulièrement préférée, il ne dépasse pas 1100 1
On préfère aussi fixer le rapport pondéral AvOx.

   COD à une valeur d'au moins 1 1
De même on préfère que le rapport pondéral COD concentration en ions Fe ne soit pas supérieur à 1200 1
De manière particulièrement préférée, on fixe ce rapport COD concentration en ions Fe à une valeur d'au moins 50 1
Selon l'invention, le rayonnement UV peut être produit par tout type de dispositif disponible pour fonctionner en milieu industriel. 



   Par exemple, le rayonnement UV peut être produit par une ou plusieurs lampes à vapeur de mercure disposée de façon à illuminer l'ensemble du volume de la phase homogène liquide du réacteur On peut, à cet effet, utiliser une lampe de forme allongée que l'on introduit dans un tube en quartz placé dans l'axe d'un réacteur de forme annulaire et alimenter le mélange d'effluent à traiter, de peroxyde d'hydrogène et d'ions Fe par une des bases du volume annulaire délimité par le tube en quartz de l'axe du réacteur et les parois cylindriques externes de celui-ci
De préférence, on utilise des lampes UV à vapeur de mercure du type à moyenne et haute pression Le spectre de ces lampes se situe essentiellement 
 EMI3.2 
 dans l'UV à des longueurs d'ondes allant d'environ 210 à environ 470 nm, en particulier 254, 313 et 366 nm Ces lampes émettent également,

   à faible intensité, un rayonnement qui se situe dans la lumière visible, c'est-à-dire dans une gamme de longueur d'onde allant d'environ 470 à environ 750 nm
La puissance délivrée par le rayonnement UV est généralement supérieure ou égale   à 200 W/I   de phase homogène liquide illuminée à traiter La puissance est en particulier supérieure ou égale à 250 W,   l   de phase liquide, les puissances d'au moins 260   W/l   étant les plus courantes La puissance est habituellement inferieure 

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 ou   égale à'c50 W/1   de phase liquide,

   en particulier à 300   W/t   de phase liquide La puissance se situe généralement dans un intervalle de 200 à 350   W/t   de phase liquide Une puissance de 260 à 300   W/t de   phase liquide a donné d'excellents résultats
Le traitement de décoloration et de détoxication selon l'invention est généralement réalisé à la pression atmosphérique pour des raisons de facilité et de moindre coût Cependant, rien ne s'oppose à ce qu'on réalise le traitement selon l'invention à des pressions différentes de la pression atmosphérique On peut, par exemple, travailler dans un réacteur en surpression par rapport à la pression atmosphérique. 



   La température du traitement de décoloration et de détoxication selon l'invention est généralement égale ou supérieure à celle de l'ambiance On préfère utiliser une température supérieure à la température ambiante Des températures allant de la température ambiante à   80  C   peuvent être utilisées On préfère des températures d'au moins   50  C   et, plus particulièrement, d'au moins   60  C   La température de   80  C   a donné d'excellents résultats
La durée du traitement de décoloration et de détoxication selon l'invention est généralement supérieure ou égale à 5 min, en particulier supérieure ou égale à 10 min. La durée est habituellement inférieure à 120 min.

   On préfère des durées inférieures ou égales à 100 min Des durées supérieures ou égales à 5 min et inférieures à 120 min conviennent bien
Le procédé selon l'invention est avantageusement effectué en l'absence d'enzyme
Dans une forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention, le traitement d'oxydation est effectué en présence d'ozone La quantité d'ozone mise en oeuvre peut varier de 5 g/l h à 15   g/l   h Cette forme de réalisation conduit à d'excellents résultats au niveau de la décoloration
Selon une variante du procédé objet de l'invention, on fait suivre le traitement de détoxication par un traitement d'épuration biologique au moyen d'une boue activée Généralement, il convient de laisser refroidir les effluents jusqu'à une température inférieure à   40  C   et,

   de préférence inférieure   à 35 oC,   avant de les mettre en contact avec la boue activée
Selon une autre variante du procédé objet de l'invention, le traitement de détoxication est précédé par un traitement d'épuration biologique au moyen d'une boue activée
Ces deux   vanantes   peuvent éventuellement être combinées 

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L'invention concerne aussi l'application du procédé de décoloration et de détoxication décrit ci-dessus à la décoloration et la détoxication d'effluents industriels.

   Elle concerne en particulier, l'application de ce procédé à [a détoxication et à la décoloration d'effluents colorés et de bains de teinture de l'industrie textile
Les exemples qui suivent sont donnés dans le but d'illustrer l'invention, sans pour autant en limiter sa portée   Exemple ! R (exemple   de référence non conforme à l'invention)
Dix litres d'un bain de teinture contenant   83,   2   mg/l   de colorant FORONS yellow SEFL
208   mg/)   de colorant FORONS red
24,96   mg/l   de colorant FORONS blue 
 EMI5.1 
 0, 46 ml/l de dispersant SANDAZOLO KBN 0,

   46 ml/l de dispersant LYOGENEE DFT en solution dans de l'eau déminéralisée a été chauffé dans un bécher pendant 5 minutes à   100  C  
La solution aqueuse obtenue est caractéristique des effluents provenant de bains de teinture de l'industrie textile et est décrite par les paramètres globaux suivants   . COD. 1800 à 2000 mg/I   .

   Coefficient d'extinction 1, 3 à 1,6   pH 3,   5 (ajusté avec de l'acide sulfurique)
La solution d'effluent a été introduite par le conduit 1 dans le réservoir de stockage 2 d'une installation de laboratoire décrite à la figure 1 On a ensuite fait circuler la solution pendant 10 minutes au travers de l'installation en réglant le débit de la pompe à 6   1/min  
Une quantité de 15 g de FeS04 7H20 a ensuite été dissoute dans le réservoir 2 de manière à réaliser un rapport COD concentration en Fe II de 1 0,

  2
La solution est alors de nouveau mise en circulation au travers de l'installation pour une période de 5 minutes en réglant le débit de la pompe à 6   1/min   de manière à distribuer la teneur en Fell de façon homogène dans toute la phase liquide
Une solution concentrée de peroxyde d'hydrogène à   35   % en poids a ensuite été injectée via la pompe 4 avec un débit de 0, 5 ml/min a l'entrée du mélangeur statique   5.   après quoi la lampe   ev   7 (lampe HP de Type TQ 2022 fabriquée par la firme   WC HERAECS   GmbH) équipant le réacteur 6 a été allumée La 

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 puissance électrique fournie à la lampe a été de 1600 W et le volume du réacteur 3, 5 1 avec un volume illuminé de 1,571 Une quantité totale de   1, 5-1,

   8 g d'HCh  
100 % par litre de solution à traiter a ainsi été ajoutée dans un intervalle de 78 minutes On a stoppé l'essai après 90 minutes de fonctionnement. 



   Des prélèvements ont été effectués par la canalisation 9 en début d'essai et après 15, 30, 45,60 et 90 minutes de fonctionnement à des fins d'analyse La température de l'effluent s'est élevée durant l'essai de 20 à 30  C. suite à son échauffement lors du passage autour de la lampe UV
Les résultats ont été les suivants 
 EMI6.1 
 
<tb> 
<tb> Durée <SEP> de <SEP> traitement, <SEP> min <SEP> Abattement <SEP> de <SEP> la <SEP> COD, <SEP> % <SEP> Décoloration, <SEP> %
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 15 <SEP> 37 <SEP> 28
<tb> 30 <SEP> 70 <SEP> 32
<tb> 45 <SEP> 71 <SEP> 57
<tb> 60 <SEP> 72 <SEP> 16
<tb> 90 <SEP> 70 <SEP> 8
<tb> 
 
Les analyses ont été effectuées suivant les normes suivantes
COD.

   Méthode HACH de l'USEPA (US Environmental Protection Agency),
Federal Registration Vol. 45, 1980 décoloration. mesure d'extinction à 523   nm   dans un spectrophotomètre équipé d'une cuvette de mesure de 1 cm d'épaisseur de chemin optique Exempte 2 (conforme à l'invention)
On a reproduit   l'exemple 1 R dans la même   installation et avec le même effluent en modifiant la température à 80  C et les quantités d'ions Fe de manière à réaliser les rapports suivants COD AvOx de    1.

   0,   5
AvOx-concentration en ions Fe de 100 1
Les résultats ont été les suivants 
 EMI6.2 
 
<tb> 
<tb> Durée <SEP> de <SEP> traitement, <SEP> min <SEP> Abattement <SEP> de <SEP> la <SEP> COD,% <SEP> Décoloration,%
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 15 <SEP> 38 <SEP> 54
<tb> 30 <SEP> 82 <SEP> 84
<tb> 45 <SEP> 94 <SEP> 93
<tb> 60 <SEP> 96 <SEP> 99
<tb> 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la décoloration et la détoxication d'effluents aqueux par traitement d'oxydation des effluents par du peroxyde d'hydrogène en continu et en phase homogène à pH de 2 à 5 en présence d'ions Fe et sous irradiation au moyen d'un rayonnement UV, caractérisé en ce que :

   a) l'effluent à traiter est coloré et réfractaire et fortement pollué et présente une demande chimique en oxygène (COD) d'au moins 1000 mg/l, b) le rapport pondéral de la concentration en oxygène actif (AvOx) (exprimé en mg oxygène/ !) de la phase homogène continue à la COD de l'effluent (exprimé en mg/1) est d'au moins 0,5 I, c) le rapport pondéral de l'AvOx de la phase homogène continue (exprimé en mg oxygène/ !) à la concentration en ions Fe (exprimée en mg Fe/1) est d'au moins 50 1 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport pondéral AvOx. concentration en ions Fe est au plus 1200.

   1 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport pondéral AvOx COD est au moins 1. 1.

   4 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport pondéral COD concentration en ions Fe est au plus 1200 1 5 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport pondéral COD concentration en ions Fe est au moins 50.

   1 6-Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ions Fe sont des ions Fe II 7 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on fait suivre le traitement de décoloration et de détoxication par un traitement d'épuration biologique au moyen d'une boue activée 8 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation est effectué à une température de 50 a 80 C <Desc/Clms Page number 8> 9-Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8,

   caractérisé en ce que le rayonnement UV est produit par une lampe à vapeur de mercure à moyenne et haute pression et délivrant un rayonnement dont le spectre s'étend d'environ 210 à environ 470 nm et une puissance d'au moins 200W Il d'effluent illuminé.

   10 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la concentration en ions Fe que l'on met en oeuvre est d'au moins 5 mg/) et d'au plus 50 mg/l 1 1 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation est effectué pendant une durée supérieure ou égale à 5 min et inférieure à 120 min 12 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à I, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation est effectué en l'absence d'enzyme 13 - Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation est effectué en présence d'ozone 14-Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 13,

   caractérisé en ce que le traitement de décoloration et de détoxication est précédé par un traitement d'épuration biologique au moyen d'une boue activée.

   15-Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 à la détoxication et la décoloration d'effluents colorés et de bains de teinture de l'industrie textile