Déferrisation des eaux par procédé d’électrocoagulation : étude des phénomènes physico-chimiques et réactionnels impliqués

par Amira Doggaz

Thèse de doctorat en Génie des procédés, des produits et des molécules

Sous la direction de François Lapicque et de Mohamed Mouldi Tlili.

Le président du jury était Annabelle Couvert.

Le jury était composé de Christophe Vial, Marie Le Page Mostefa, Latifa Bousselmi.

Les rapporteurs étaient Khaled Walha, Christophe Vial.


  • Résumé

    La demande croissante en eau nécessite l’exploitation de certaines sources ferrugineuses. Cependant la présence du Fe(II) dissous induit des problèmes d’ordre esthétique et organoleptique. L’électrocoagulation (EC), en tant que procédé substitut de la méthode conventionnelle, a prouvé son efficacité pour l’élimination du fer. En revanche, le mécanisme de déferrisation par EC reste peu connu et non maitrisé. La difficulté de l’étudier provient de l’intervention simultanée de plusieurs phénomènes. Les travaux de cette thèse ont de ce fait pour objectif d’apporter une meilleure compréhension du mécanisme d’élimination du Fe(II) par EC. Ainsi, différentes méthodes d’élimination du fer et des techniques d’analyses du liquide et du solide ont été exploitées. Au moyen d’une unité à recirculation forcée de la solution avec des électrodes en aluminium, la technique d’EC parvient à éliminer 97% d’une solution de 25 mg/L du fer. La quantité optimale d’énergie est de 0,21 kWh/m3. Des essais en milieu anoxique ont montré que la réduction du fer ionique par adsorption sur les flocs de Al(OH)3 est faible (18%). Par oxydation-précipitation à pH 6,5, le Al(OH)3 catalyse la réaction d’oxydation. Cet effet est plus prononcé en présence des ions chlorure qu’en ions sulfate. La spéciation associée à la modélisation cinétique ont permis d’apporter des explications sur le mode d’action de ces ions. Cependant, les expériences par EC en milieux anoxique et oxygéné montrent que la part de l’oxydation dans l’élimination du fer est négligeable pour les pH de travail. Les calculs thermodynamiques au voisinage des électrodes permettent de proposer la précipitation de Fe(OH)2, comme mécanisme prédominant d’élimination du fer par EC. La présence des carbonates réduit la performance du système par la réduction de la précipitation de Fe(OH)2 suite à la diminution du pH local et le Fe2+ libre par formation des complexes du Fe(II)

  • Titre traduit

    Iron removal from water by electrocoagulation : investigation of the physico-chemical and reaction phenomena involved


  • Résumé

    Water scarcity in some areas requires the exploitation of some ferruginous sources. However, the presence of Fe(II) induces aesthetic and organoleptic problems. The electrocoagulation (EC), as an alternative process of the conventional method, proved its efficacy for iron removal. Nevertheless, the iron removal mechanism in EC process remains unstudied and still unclear. The simultaneous involvement of several phenomena makes difficulties to study the system. This thesis aims to provide a better understanding of the mechanism of Fe(II) removal by EC and to highlight the phenomena that are most likely. Thus, different methods of iron removal and liquid and solid analysis techniques have been used. By means of a forced recirculating unit, EC's technique with aluminum electrodes reduce the dissolved iron of 25 mg Fe(II)/L - solution by about 97% with an optimum energy amount of 0,21 kWh/m3. Anoxic experiments showed that the reduction of ionic iron by adsorption on Al(OH)3 flocs is negligible (18%). Oxidation-precipitation experiments showed that at work pH 6,5, Al(OH)3 catalyzes the oxidation reaction. The catalytic effect is more pronounced in the presence of chloride ions than in sulfate ions. Fe(II)-speciation associated with kinetic modeling have allowed to explain of the mode by which these ions acts on the oxidation reaction kinetics. However, EC experiments in anoxic and oxygenated media show that the proportion of oxidation in iron removal is insignificant for work pH. Thermodynamic calculations allowed to propose the precipitation of Fe(OH)2 in the vicinity of the cathode as the predominant mechanism of iron removal by EC. The presence of carbonates affects the performance of the process by reducing the precipitation of Fe(OH)2; this was attributed to the decrease of the local pH and the free Fe(II) amount by Fe(II)-complexes formation



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 11-10-2021

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