Association de l'ozone, des ultraviolets et des ultrasons pour le traitement d'effluents à forte charge organique

par Mohammed Errachid El Hachemi

Thèse de doctorat en Génie de l'environnement

Sous la direction de Emmanuel Naffrechoux.

Soutenue en 2005

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    Les procédés dits d'oxydation avancés (POA) caractérisés par la génération de radicaux hydroxyles très réactifs, permettent la dégradation totale (minéralisation) en milieu aqueux des polluants organiques néfastes à l'homme et l'environnement. Ces techniques sont surtout exploitées pour la dépollution d'effluents caractérisés par une DCO dure réfractaire aux traitements conventionnels. Le procédé ozone/UV est appliqué dans le cadre de ce travail à la minéralisation de solutions aqueuses d'acide benzoïque et de lixiviats d'ordures ménagères. Les performances de ce procédé ont été comparées à d'autres procédés d'oxydation tel que l'ozonation, et l'incidence des ultrasons de haute fréquence (800 kHz) a été évaluée. On a été montré que l'acide benzoïque peut être dégradé de manière plus rapide et plus efficace par le couplage ozone/UV ou l'association O3/UV/US que par l'ozone moléculaire. Les ultrasons ont un effet sur le traitement lorsque le couplage des UV et de l'ozone est réalisé dans des réacteurs séquentiels. Quand l'ozonation et l'irradiation ultraviolette sont réalisées au sein du même réacteur, les ultrasons n'ont aucun effet notoire. Les UV décomposent la totalité de l'ozone moléculaire en entités radicalaires. L'émission UV à 185 nm joue un rôle primordial sur la décomposition complète de l'ozone dissous. Sa contribution à la dégradation de l'acide benzoïque en procédé O3/UV n'est en revanche pas significative. L'effet inhibiteur des hydrogénocarbonates et du tert-butanol sur la dégradation des molécules organiques ne correspond pas aux données de la littérature, et prouve que les radicaux hydroxyles et l'ozone ne sont pas les seuls oxydants présents dans le milieu. Des espèces azotées comme l'acide peroxynitreux/peroxynitrite et/ou les oxydes d'azote (°NO2 et °NO) paraissent impliquées dans les mécanismes d'oxydation du système O3/UV. L'acide peroxynitreux est majoritairement formé par réaction du radical hydroxyle avec le dioxyde d'azote généré par décomposition du pentoxyde d'azote au niveau de la tour d'ozonation. Les essais menés sur le peroxynitrite ont révélé l'effet positif de la présence des hydrogénocarbonates qui accélèrent les réactions d'oxydation. L'acide peroxynitreux est plus réactif que le peroxynitrite vis-à-vis des composés aromatiques, et conduit à leur nitration et/ou leur hydroxylation. L'application du traitement sur des lixiviats d'ordures ménagères stabilisés a confirmé l'implication significative de l'acide peroxynitreux/peroxynitrite dans les mécanismes de dégradation des polluants aromatiques. En effet, l'élimination de la DCO est plus rapide en présence des hydrogénocarbonates. Les molécules aromatiques responsables de la couleur du lixiviat sont prioritairement oxydées

  • Titre traduit

    Combination of ozone, ultraviolets and ultrasounds for the treatment of effluents with high concentration of organic matter


  • Résumé

    Advanced oxidation processes (AOP) allow complete mineralization in aqueous solution of harmful organic molecules. These technologies are especially managed for the destruction of hazardous wastewaters with "hard COD". The process ozone/UV, is here-in applied for the degradation of aqueous solutions of benzoic acid and landfill leachates. The performances of this process have been compared to other oxidation processes such as ozonation, and the influence of high frequency sonication (800 kHz) bas been assessed. Benzoic acid turned out to be oxidized more quickly and efficiently by O3/UV or O3/UV /US than by molecular ozone. Ultrasounds have an effect on the treatment when ultraviolet radiations and ozone are generated in sequential reactors. When ozonation is set up in the same reactor as UV radiations, ultrasonic waves have no impact because the ultra-violets provoke the total decomposition of the dissolved ozone. The 185 nm emission is very important for the decomposition of the whole dissolved ozone, yet its contribution to the degradation of benzoic acid in the O3/UV process seems insignificant. The weak scavenging effect of hydrogen carbonates and tert-butanol proves that hydroxyl radicals and ozone are not the only oxidants existing in the medium. Nitrogenated species as peroxynitrous acid/peroxynitrite and/or nitrogen oxides (°NO2 an °NO) seem to be involved in oxidative mechanisms. Peroxynitrous acid is mainly formed through the reaction between hydroxyl radicals and nitrogen dioxide which is producted from the decomposition of nitrogen pentoxide in the ozone generator. Tests carried out on peroxynitrite showed the positive effect of bicarbonate which accelerate oxidation reactions. Peroxynitrous acid seems more reactive towards aromatic compounds than peroxynitrite, and leads to their nitration and/or their hydroxylation. The application of the treatment on stabilized landfill leachates confirms the significant implication of peroxynitrous acid/peroxynitrite on degradation mechanisms of aromatic pollutants. Indeed, the COD elimination is quicker in presence of bicarbonate. Aromatic compounds are prirmarily oxidized in landfill leachates

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  • Détails : 1 vol. (148 p)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. : 152 réf.

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