Traitement des eaux usées
La chaux est un élément essentiel à différents stades de traitements des eaux usées industriels et domestiques. elle peut être utilisée dans :
Coagulation et floculation : La chaux intervient comme agent de neutralisation des charges électriques généralement négatives des particules colloïdales (coagulation). Elle provoque l’agglomération des particules pour faciliter les séparations par décantation.
L’agent de floculation est composé de chaux à laquelle on peut ajouter un sel métallique et/ou polymère . Précipitation des métaux lourds et des phosphates : L’utilisation de la chaux entraîne la précipitation de la plupart des métaux lourds sous forme d’hydroxydes.
Lorsque les eaux usées contiennent des phosphates, la chaux permet de les précipiter en même temps que les métaux lourds.
Traitement des boues
Le principal objectif du traitement des boues en station d’épuration est d’en réduire le volume pour limiter les quantités à stocker (voire à épandre), et de les stabiliser en utilisant généralement la chaux pour en améliorer les caractéristiques physiques (amélioration de leur tenue en tas) et arrêter la biodégradation. En effet, leur forte teneur en eau et les fortes populations bactériennes qui s’y retrouvent en font un milieu de culture favorable à la dégradation de la matière organique fraiche et très fermentescible qu’elles contiennent, avec production de mauvaises odeurs.
Le problème de l’exploitant d’une station d’épuration consiste à éliminer ces boues dans des conditions économiques acceptables, tout en respectant les contraintes liées à la protection de l’environnement [Lhoist 3].
Avant filtration: Le conditionnement de la boue liquide à la chaux permet d’augmenter la coagulation des particules colloïdales, la taille des flocs et la teneur en matière sèche. Ce traitement améliore la filtrabilité de la boue et augmente les performances des appareils de déshydratation.
Ce procédé est principalement appliqué lors de l’utilisation de filtre-presse. L’ajout de chaux permet également l’élimination des germes pathogènes par une augmentation du pH et blocage des fermentations, ce qui limite les odeurs.
Après filtration: La stabilisation à la chaux permet d’augmenter la siccité des boues résiduaires urbaines par élévation de la température et par liaison chimique. De plus, l’ajout de chaux fixe, sous forme insoluble, les ions métalliques (métaux lourds), élimine les germes pathogènes par une augmentation du pH et bloque les fermentations, ce qui limite les odeurs .
Le traitement des boues à la chaux confère à celles-ci une grande stabilité dans le temps et une résistance aux facteurs extérieurs. Ce point est capital lorsqu’il s’agit de stocker ces boues dans les décharges .
Caractérisation du lait de chaux résiduaire
En plus de l’acétylène, on obtient comme sous-produit des quantités considérables de lait de chaux, représentant un volume sensiblement double de celui du carbure de calcium frais. Ces boues ont un aspect blanc pur, gris blanc ou gris cendré, selon les impuretés découlant du mode de fabrication du carbure de calcium. Donc, on entend par lait de chaux une suspension de particules d’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 en milieu aqueux. L’appellation de lait de chaux est utilisée lorsque la concentration en solide ou le rapport chaux/eau est supérieur à la solubilité de l’hydroxyde de calcium (1,35 g/L à 0°C) et inférieur à 300 g/L pour laquelle le lait de chaux devient visqueux. On caractérise un lait de chaux par : la concentration en hydroxyde de calcium, la vitesse de sédimentation, son activité chimique que l’on définit par une mesure de la vitesse de neutralisation d’une solution acide, sa pureté (analyse moyenne). Les propriétés du lait de chaux sont influencées par : la nature de la chaux de départ, le degré de cuisson de la chaux vive, la finesse, la qualité de l’eau (présence d’ions chlorures et/ou sulfates), la température d’extinction, l’agitation de la suspension.
Réactivité chimique de la chaux
La réactivité chimique des laits de chaux est fonction de la vitesse de dissolution des particules en suspension dans l’eau. Cette réactivité peut être appréciée par l’évolution dans le temps de la conductivité électrique d’une eau distillée traitée par Ca(OH)2. Cette méthode consiste à mesurer le temps de dissolution de 90 % des particules en suspensions dans l’eau ; on appelle cette mesure OT 90. Il est important de noter que cette mesure de vitesse de solubilisation tend maintenant à se limiter à la mesure de la solubilisation de 63 % des particules en suspension dans l’eau, on parle alors d’OT 63 .
Des essais ont été effectués pour étudier la réactivité chimique de la chaux. Le montage expérimental utilisé est présenté sur la Figure III-5. Nous avons préparé des laits de chaux à 15% (en poids) en utilisant la chaux résiduaire de l’ENGI et la chaux de SIDER qui a une pureté moyenne de 89,28%. Tous les essais ont été effectués en utilisant une eau distillée ayant une conductivité électrique initiale de 2 µS/cm. Le lait de chaux est injecté à l’aide d’une pipette de 1 mL. La conductivité électrique a été mesurée à l’aide d’un conductimètre Phywe. Les solutions sont agitées continuellement et l’évolution de la conductivité électrique en fonction du temps a été notée.
Ce graphique donne deux informations importantes : La conductivité maximale qui est directement influencée par la pureté de la chaux. La vitesse de dissolution de la chaux. Cette vitesse est conventionnellement représentée par l’Indice de Solubilité qui est le temps nécessaire pour atteindre 90% de la conductivité maximale. Cette vitesse est directement influencée par la répartition granulométrique des particules de Ca(OH)2. En effet, la présence de particules de Ca(OH)2 d’une taille supérieure à 30-40 µm a une influence négative sur la vitesse de dissolution des particules d’hydroxyde de calcium. Cette répartition est elle-même influencée par la qualité de la chaux et de l’eau utilisée.
Caractérisation physico-chimique du lait de chaux
Turbidité : La turbidité est mesurée par la méthode néphélométrique normalisée SM 2130B [APHA, 2005]. Un turbidimètre Hach modèle 18900 est utilisé. Son principe est basé sur la mesure de la dispersion des rayons lumineux par la solution. Plusieurs échelles de mesure permettent de déterminer avec précision la valeur de la turbidité. Pour chaque échelle, l’appareil dispose de solution standard de calibrage.
pH : Le pH est mesuré par la méthode électrochimique normalisée SM 4500-H+ B [APHA, 2005] à l’aide d’un pH-mètre Hanna Instruments. Lors de la mesure, l’échantillon est homogénéisé à l’aide d’un agitateur magnétique.
Conductivité : La conductivité est mesurée par la méthode normalisée SM 2510B [APHA, 2005] à laide d’un conductimètre Phywe. Il est muni d’une cellule dont la constante K = 1 et d’une sonde de compensation de température. Plusieurs échelles de mesure permettent de déterminer avec précision la valeur de la conductivité.
Densité : La densité est mesurée par des densimètres de laboratoire. Toutes les mesures sont réalisées dans une éprouvette de 100 mL.
Table des matières
Introduction générale
Chapitre I. Contexte industriel et position du problème
I-1. Production d’acétylène
I-1.1. Préparation du carbure de calcium
I-2. Description du procédé
I-2.1. Générateur
I-2.2. Traitement de l’acétylène
I-2.2.1. Laveur du générateur
I-2.2.2. Gazomètre
I-2.2.3. Colonne d’absorption de l’ammoniac
I-2.2.4. Refroidissement
I-2.2.5. Colonne de lavage à l’acide
I-2.2.6. Colonne de lavage à la soude
I-2.2.7. Compression
I-2.2.8. Déshuileur-sécheur
I-2.2.9. Remplissage
I-2.3. Récupération de l’eau du lait de chaux
I-3. Position du problème
Chapitre II. Recherche bibliographique sur l’utilisation de la chaux
II-1. Introduction
II-2. Applications de la chaux dans la protection de l’environnement
II-2.1. Traitement des fumées
II-2.1.1. Désulfurations
II-2.1.2. Captation des acides halogénés
a) Déchloruration
b) Défluoruration
II-2.2. Traitement des déchets ménagers et industriels
II-2.3. Traitement des eaux potables et usées
II-2.3.1. Préparation de l’eau à usage domestique ou industriel
a) Décarbonatation
b) Reminéralisation
c) Correction du pH
II-2.3.2. Traitement des eaux usées
a) Coagulation et floculation
b) Précipitation des métaux lourds et des phosphates
II-2.4. Traitement des boues
II-2-4-1. Avant filtration
II-2-4-2. Après filtration
II-3. Conclusion
Chapitre III. Caractérisation du lait de chaux résiduaire
III-1. Introduction
III-2. Teneur en matières sèches
III-3. Répartition granulométrique
III-4. Analyse par diffraction des rayons X
III-5. Caractérisation de la surface par la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à l’analyse chimique (EDS)
III-6. Réactivité chimique de la chaux
III-7. Activité chimique de la chaux
III-8. Vitesse d’hydratation (réactivité)
III-9. Vitesse de sédimentation
III-10. Caractérisation physico-chimique du lait de chaux
III-10.1. Turbidité
III-10.2. pH
III-10.3. Conductivité
III-10.4. Densité
III-11. Analyse de la chaux résiduaire de l’ENGI
III-12. Détermination de la teneur de NH3 dans la chaux
III-13. Conclusion
Chapitre IV. Epuration des eaux usées de la ville de Annaba par la chaux résiduaire
IV-1. Introduction
IV-2. Matériel et méthodes
IV-2.1. Eau utilisée
IV-2.2. Méthodes analytiques de mesure des paramètres physico-chimique
IV-2.3. Principe et appareillage
IV-2.4. Cinétique de la coagulation-floculation
IV-2.4.1. Optimisations des paramètres des mélanges
a) Optimisation de la vitesse d’agitation rapide
b) Optimisation du temps d’agitation rapide
c) Optimisation de la vitesse d’agitation lente
d) Optimisation du temps d’agitation lente
IV-2.5. Optimisation de la dose de coagulant (chaux résiduaire)
IV-2.6. Effet de la dose de chaux sur l’élimination des bactéries
IV-3. Conclusion
Chapitre V. Décarbonatation à la chaux
V.1. Introduction
V-2. Etude bibliographique
V-2.1. Etapes de la décarbonatation
V-2.2. Principe
V-2.3. Etude de la décarbonatation à la chaux
V-3. Matériel et méthodes
V-3.1. Eau étudiée
V-3.2. Méthodes analytiques de mesure des paramètres
V-3.3. Dispositif expérimental
V-3.4. Produits et réactifs
V-3.5. Procédure expérimentale de la décarbonatation à la chaux
V-4. Résultats et discussion
V-5. Conclusion
Chapitre VI. Précipitation des métaux lourds par la chaux résiduaire
VI-1. Introduction
VI-2. Etude bibliographique
VI-2.1. Comportement des métaux lourds dans l’environnement
VI-2.2. Procédés de transfert liquide-solide
VI-2.3. Précipitation aux hydroxydes
VI-3. Matériel et méthodes
VI-3.1. Préparation des solutions
VI-3.2. Dispositif expérimental
VI-3.3. Technique analytique
VI-4. Résultats et discussion
VI-5. Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques
