Dans le monde, tout a ses avantages et ses inconvénients. Le progrès de la société et l'amélioration du niveau de vie des populations conduisent inévitablement à une pollution de l'environnement. Les eaux usées sont l’un de ces problèmes. Avec le développement rapide d’industries telles que la pétrochimie, le textile, la fabrication du papier, les pesticides, les produits pharmaceutiques, la métallurgie et la production alimentaire, les rejets totaux d’eaux usées ont considérablement augmenté dans le monde. De plus, les eaux usées contiennent souvent des concentrations élevées, une toxicité élevée, une salinité élevée et des composants de couleur élevée, ce qui les rend difficiles à dégrader et à traiter, entraînant une grave pollution de l'eau.
Pour traiter les grands volumes d’eaux usées industrielles générés quotidiennement, les gens ont eu recours à diverses méthodes, combinant des approches physiques, chimiques et biologiques, ainsi qu’en utilisant des forces telles que l’électricité, le son, la lumière et le magnétisme. Cet article résume l'utilisation de « l'électricité » dans la technologie de traitement électrochimique de l'eau pour résoudre ce problème.
La technologie de traitement électrochimique de l'eau fait référence au processus de dégradation des polluants présents dans les eaux usées par le biais de réactions électrochimiques spécifiques, de processus électrochimiques ou de processus physiques au sein d'un réacteur électrochimique particulier, sous l'influence d'électrodes ou d'un champ électrique appliqué. Les systèmes et équipements électrochimiques sont relativement simples, occupent un faible encombrement, ont des coûts d'exploitation et de maintenance inférieurs, préviennent efficacement la pollution secondaire, offrent une grande contrôlabilité des réactions et sont propices à l'automatisation industrielle, ce qui leur vaut le label de technologie « respectueuse de l'environnement ».
La technologie de traitement électrochimique de l'eau comprend diverses techniques telles que l'électrocoagulation-électroflottation, l'électrodialyse, l'électroadsorption, l'électro-Fenton et l'oxydation avancée électrocatalytique. Ces techniques sont diverses et chacune a ses propres applications et domaines appropriés.
Électrocoagulation-Électroflottation
L'électrocoagulation est en fait une électroflottation, car le processus de coagulation se produit en même temps que la flottation. Par conséquent, cela peut être collectivement appelé « électrocoagulation-électroflottation ».
Cette méthode repose sur l’application d’une tension électrique externe, qui génère des cations solubles à l’anode. Ces cations ont un effet coagulant sur les polluants colloïdaux. Simultanément, une quantité importante d'hydrogène gazeux est produite au niveau de la cathode sous l'influence de la tension, ce qui aide le matériau floculé à remonter à la surface. De cette manière, l’électrocoagulation réalise la séparation des polluants et la purification de l’eau par coagulation anodique et flottation cathodique.
En utilisant un métal comme anode soluble (généralement de l'aluminium ou du fer), les ions Al3+ ou Fe3+ générés lors de l'électrolyse servent de coagulants électroactifs. Ces coagulants agissent en comprimant la double couche colloïdale, en la déstabilisant, et en reliant et capturant les particules colloïdales via :
Al -3e→ Al3+ ou Fe -3e→ Fe3+
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ ou 4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
D'une part, le coagulant électroactif formé M(OH)n est appelé complexes hydroxo polymères solubles et agit comme un floculant pour coaguler rapidement et efficacement les suspensions colloïdales (fines gouttelettes d'huile et impuretés mécaniques) dans les eaux usées tout en les reliant et en les reliant pour former des agrégats plus gros, accélérant ainsi le processus de séparation. D'autre part, les colloïdes sont comprimés sous l'influence d'électrolytes tels que les sels d'aluminium ou de fer, conduisant à une coagulation par effet coulombien ou adsorption de coagulants.
Bien que l'activité électrochimique (durée de vie) des coagulants électroactifs ne soit que de quelques minutes, ils affectent de manière significative le potentiel de double couche, exerçant ainsi de forts effets de coagulation sur les particules colloïdales ou les particules en suspension. En conséquence, leur capacité et leur activité d’adsorption sont bien supérieures à celles des méthodes chimiques impliquant l’ajout de réactifs à base de sel d’aluminium, et elles nécessitent des quantités plus faibles et ont des coûts inférieurs. L'électrocoagulation n'est pas affectée par les conditions environnementales, la température de l'eau ou les impuretés biologiques, et elle ne subit pas de réactions secondaires avec les sels d'aluminium et les hydroxydes d'eau. Par conséquent, il dispose d’une large plage de pH pour le traitement des eaux usées.
De plus, la libération de minuscules bulles à la surface de la cathode accélère la collision et la séparation des colloïdes. L'électrooxydation directe sur la surface de l'anode et l'électrooxydation indirecte du Cl- en chlore actif ont de fortes capacités oxydantes sur les substances organiques solubles et les substances inorganiques réductibles dans l'eau. L'hydrogène nouvellement généré par la cathode et l'oxygène par l'anode ont de fortes capacités rédox.
En conséquence, les processus chimiques se produisant à l’intérieur du réacteur électrochimique sont extrêmement complexes. Dans le réacteur, les processus d'électrocoagulation, d'électroflottation et d'électrooxydation se produisent tous simultanément, transformant et éliminant efficacement les colloïdes dissous et les polluants en suspension dans l'eau par coagulation, flottation et oxydation.
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Heure de publication : 08 septembre 2023
