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RÉSUMÉ
L’électro-oxydation avancée est un procédé électrochimique qui s’est développé pour le traitement des eaux suite à la production de nouveaux types de matériaux d’anode permettant la génération en surface d’oxydants très puissants comme les radicaux hydroxyles. Cet article présente son principe théorique avec la description des paramètres contrôlant la génération des oxydants, sa mise en œuvre de l’échelle laboratoire à l’échelle industrielle et ses applications en désinfection et en traitement de la matière organique dans les eaux industrielles principalement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Emmanuel MOUSSET : Chargé de recherche au CNRS, Docteur ingénieur en Sciences et Techniques de l’Environnement - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), CNRS – Université de Lorraine (UMR 7274), Nancy, France
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Auriane DIAMAND : Chercheur Procédés électrochimiques - VEOLIA Recherche & Innovation, Maisons-Laffitte, France
INTRODUCTION
L’électro-oxydation avancée appartient à la famille des procédés d’oxydation dite « avancée », via la génération d’oxydants puissants initiée de manière directe ou indirecte par oxydation électrochimique.
Compte tenu du coût relativement élevé des procédés électrochimiques, ceux-ci ont été développés initialement pour la fabrication de produits à forte valeur ajoutée. À l’échelle industrielle, les premières applications de l’électro-oxydation ont été la production de chlore-soude et la synthèse de produits organiques.
La raréfaction des ressources en eau et les renforcements des normes de rejet sur les eaux usées nécessitent des méthodes de traitement adaptées. Les traitements biologiques permettent d’éliminer une partie des polluants (fraction biodégradable), mais le recours aux procédés d’oxydation avancée est requis pour le traitement des effluents complexes contenant des molécules toxiques ou peu biodégradables (fraction réfractaire). Parmi ces procédés, l’électro-oxydation avancée possède l’avantage de ne consommer que des électrons, et non des réactifs chimiques coûteux ou instables. Ainsi elle peut devenir compétitive en désinfection et en traitement de la charge organique, en particulier lorsque les concentrations en polluants sont élevées, les débits traités faibles et la salinité du milieu suffisante. Le traitement peut être mené totalement jusqu’à minéralisation de la charge organique réfractaire et/ou toxique, ou seulement partiellement en prétraitement afin d’augmenter la biodégradabilité des molécules avant un traitement biologique.
Cet article présente le procédé d’oxydation anodique avancée appliqué au traitement des eaux en abordant le principe théorique avec les types de matériaux utilisés associés aux différents oxydants formés et la compétition entre le transfert de charge et le transport de masse qui est responsable de la cinétique d’oxydation des composés. La mise en œuvre est ensuite présentée en développant la méthodologie à suivre depuis l’échelle laboratoire jusqu’à l’échelle industrielle, en y détaillant les équipements nécessaires, les aspects sécurité et les coûts engendrés par ce type de procédé. Enfin les différents types d’applications sont mentionnés, accompagnés d’exemples d’efficacité d’élimination.
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3. Mise en œuvre industrielle
3.1 Méthodologie
Lorsque l’on cherche à traiter des polluants organiques en faible concentration
, les limitations dues au transport de matière sont un paramètre important à prendre en compte lors des changements d’échelle, même si elles sont moins critiques que dans des applications de type synthèse organique. Ainsi l’approche traditionnelle pour la mise en place d’un procédé d’oxydation électrochimique consiste à étudier les cinétiques d’oxydation des polluants à l’échelle laboratoire puis à s’appuyer sur les similitudes (géométriques, électriques) via des nombres adimensionnels (nombres de Reynolds, Schmidt, Wagner) afin de développer un réacteur adapté à des échelles industrielles permettant de conserver au mieux les performances obtenues à l’échelle laboratoire. Cette méthode peut mener à des résultats contradictoires si l’on cherche à maintenir constant l’ensemble des nombres adimensionels concernés ; il s’agit donc d’en privilégier certains, comme par exemple la similitude électrique par rapport à la similitude géométrique.
Une approche alternative consiste à mettre en œuvre un plan d’expérience directement à l’échelle souhaitée (valable seulement pour une petite unité) afin d’optimiser directement la géométrie et le régime hydraulique du réacteur pour l’application testée. Un plan d’expérience de type factoriel permet en effet de réaliser un nombre...
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Mise en œuvre industrielle
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PANIZZA (M.), CERISOLA (G.) - Direct and mediated anodic oxidation of organic pollutants. - Chemical Reviews 109, 6541-6569 (2009).
-
(2) - MOUSSET (E.), HUANG WEIQI (V.), FOONG YANG KAI (B.), KOH (J.S.), TNG (J.W.), WANG (Z.), LEFEBVRE (O.) - A new 3D-printed photoelectrocatalytic reactor combining the benefits of a transparent electrode and the Fenton reaction for advanced wastewater treatment. - Journal of Materials Chemistry A 5, 24951-24964 (2017).
-
(3) - COMNINELLIS (C.), CHEN (G.) - Electrochemistry for the environment. - Springer (2010).
-
(4) - SIRES (I.), BRILLAS (E.), OTURAN (M.A.), RODRIGO (M.A.), PANIZZA (M.) - Electrochemical advanced oxidation processes : today and tomorrow. A review. - Environmental Science and Pollution Research 21, 8336-8367 (2014).
-
(5) - FONTMORIN (J.M.), FOURCADE (F.), GENESTE (F.), SOUTREL (I.), FLONER (D.), AMRANE (A.) - Direct electrochemical oxidation of a pesticide, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, at the surface of a graphite felt electrode : Biodegradability improvement. - Comptes...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
European Symposium on Electrochemical Engineering (ESEE)
European conference on Environmental Applications of Advanced Oxidation Processes (EAAOP)
HAUT DE PAGE
Normes sur la mesure de la DCO : NF T90-101 (février 2001), Qualité de l’eau – Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) (Indice de classement : T90-101).
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Fournisseurs d’électrodes BDD
DiaCCon
Neocoat
Condias
...
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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