THÈse pour obtenir le grade de Docteur








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I-3 LES PROCÉDÉS D’OXYDATION AVANCÉE

I-3-1 Introduction


Les pesticides et les métaux lourds représentent une menace réelle pour les ressources en eau. Cette pollution affecte en priorité les eaux de surface, où l’on observe une présence de pesticides et de métaux lourds sur l’ensemble des cours d’eau. De plus, les procédés classiques de traitement des eaux usées issues de l’agriculture ou de l’industrie trouvent très souvent des limites liées à leur toxicité, à leur biodisponibilité, ou à leur faible réactivité chimique ou physique, d’où une forte persistance de cette pollution dans l’eau. Pour remédier à la non efficacité des procédés classiques, (biodégradabilité réduite des effluents industriels à cause de leurs fortes concentrations en polluants toxiques, concentration de la pollution par les procédés de séparation non dégradants (physiques), coût de traitement élevé et délais d’attente importants pour l’incinération et une toxicité de plus en plus accrue de nouveaux produits), l'intention de développer des techniques de traitement rapides, moins onéreuses et plus adaptées aux composés organiques réfractaires ou toxiques que les procédés d’oxydation avancée (POA) ont vu le jour. Les POA sont des techniques de traitement faisant appel à des intermédiaires radicalaires très réactifs, particulièrement les radicaux hydroxyles (OH) à température ambiante. Le développement des POA pour le traitement des eaux contaminées par les matières organiques, est une tentative de tirer avantage de la non sélectivité et de la rapidité de réaction des OH.

Les radicaux hydroxyles sont utilisés pour dégrader par voie oxydante les polluants organiques contenus dans l’eau soit en sous-produits biodégradables, soit conduire à la minéralisation (transformation en eau, dioxyde de carbone et ions minéraux) [15,21,28,59,60]. Ils présente l’avantage de :

  • ne pas induire de pollution secondaire;

  • ne pas être toxique;

  • ne pas être corrosif pour les équipements;

  • être le plus rentable possible;

  • être relativement simple à manipuler.


I-3-2 Procédés d’oxydation avancée


Durant ces deux dernières décennies, de nouvelles réglementations concernant les produits toxiques sont devenues nécessaires étant donné l’augmentation des risques sur la santé publique et sur l’environnement. Plusieurs technologies de traitement ont été alors développées dans le but de faire face à ces problèmes. Parmi ces technologies on note les POA. Ces derniers sont particulièrement appropriés pour le traitement des effluents contenant des composés toxiques, récalcitrants aux procédés classiques et non biodégradables. Ils offrent de nombreux avantages, en comparaison avec les procédés biologiques ou physico-chimiques :

  • efficacité de traitement;

  • production catalytique de l’entité oxydante (OH);

  • minéralisation des polluants;

    • pas de déchets secondaires, c’est-à-dire pas de production d’autres composés toxiques ou d’accumulation de boues d’hydroxyde ferriques en fin du traitement;

  • capacité à traiter des molécules organiques de composition très variables.



I-3-2-1 Réactivité des radicaux hydroxyles (OH)


Le radical hydroxyle est l’espèce possédant le pouvoir oxydant le plus élevée parmi ceux basés sur l'oxygène (Tableau I-3) (E°= 2,7 V/ESH [61]). En milieu alcalin fort, les radicaux OH existent sous leur forme conjuguée : le radical anion oxygène O•- (pKa = 11,9 [61]) réagissant plus lentement par attaque nucléophile. Pour les pH acides (proche de 3) qui sont utilisés dans cette étude, c'est la forme acide qui prédomine et qui réagit sur la matière organique par attaque électrophile.
Tableau I 3. Potentiel standard d'oxydo-réduction (E°) d'agents oxydants en milieu acide acid (T=25°C) [62].

Réaction rédox

E° (V/ESH*)

XeF + e- → Xe + F-

2OF2(g) + 4H+ + 4e- → O2(g) + 4HF

OH + H+ + e- → H2O

OH + e- → OH-

O3 + 2H+ + 2e- → O2 + H2O

H2O2 + 2H+ + 2e- → H3O2+

HClO2 + 3H+ + 4e- → Cl- + H2O

MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

HO2 + H+ + 2e- → H2O2

Cl2 + 2e- → 2Cl-

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

3,4

3,29

2,70

2,33

2,07

1,77

1,57

1,51

1,44

1,36

1,23
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