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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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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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Conclusion
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4. Applications
Les avantages des traitements électrochimiques, parmi lesquels l’absence d’utilisation de produits chimiques, de formation de déchets secondaires, leur opération à température ambiante et pression atmosphérique, en font des procédés indiqués en traitement des eaux, pour l’abattement de la charge organique comme pour la désinfection.
4.1 Abattement de la charge organique
Depuis l’avènement d’électrodes permettant la génération de radicaux hydroxyles, comme les électrodes BDD, les cas d’application de l’électro-oxydation se sont étendus et les performances en termes d’abattement de la charge organique se sont améliorées.
En raison de forts coûts d’investissement, l’électro-oxydation est plutôt dédiée au traitement de la matière organique non biodégradable en forte concentration, comme par exemple les composés phénoliques, molécules que l’on retrouve dans une grande gamme d’effluents industriels (tableau 8). Il n’est pas toujours nécessaire de viser une minéralisation complète des molécules mais une conversion suffit souvent pour augmenter la biodégradabilité des polluants. L’oxydation électrochimique n’est en effet jamais compétitive avec un traitement biologique mais a un coût équivalent aux autres procédés d’oxydation avancée dans ces conditions. De plus, contrairement aux procédés avancés reposant sur les UV, l’électro-oxydation avancée permet de traiter les effluents colorés, que l’on retrouve dans les industries textile et papetière notamment.
Les performances sont très variables en fonction du taux d’abattement visé, de la concentration initiale du polluant, de la conductivité de la solution ou du type d’électrode choisi.
Exemples
Dans des effluents textiles
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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).
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(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).
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(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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2/ Test de validation
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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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