| Titre : | Contribution à l’étude d’élimination du plomb par coagulation-floculation et par adsorption sur charbon actif. Effet de la minéralisation et des paramètres réactionnels |
| Auteurs : | Djamel AMIMEUR, Auteur ; Saadia Guergazi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Khider, 2018 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Adsorption,coagulation-floculation,plomb,Charbon actif en poudre,charbon actif en grains,sulfate d’aluminium. |
| Résumé : |
RESUME : L’objectif de ce travail est de tester les performances des procédés d'adsorption sur charbon actif en poudre et en grains et de la coagulation-floculation au sulfate d’aluminium dans l’élimination du plomb en solutions synthétiques d’eau distillée et en eaux minéralisées. Il s’agit d’une eau de Guedila, faiblement minéralisée et une eau de robinet fortement minéralisée.
Pour le procédé d’adsorption nos résultats ont montré que l’équilibre est plus au moins lent, il oscille entre 2 à 3 heures pour le charbon actif en poudre et de 2 à 4 heures pour le charbon actif en grains. Les bons rendements sont obtenus par l’eau de Guedila faiblement minéralisée. Dans cette étape, nos résultats montrent d’une part, que la diffusion intra-particulaire a bien marqué la présence des deux étapes distinctes ; une étape rapide suivie par une autre lente. D’autre part, le modèle pseudo deuxième ordre est le plus applicable aussi bien pour l’eau distillée que pour les eaux minéralisées. Le procédé est plus efficace à pH basique. Le processus d'adsorption du plomb sur charbon actif est influencé par la valeur de la concentration initiale de plomb. La quantité adsorbée par unité de masse (Qe mg/g) s'accroit avec l'augmentation de la concentration initiale du plomb aussi bien pour le charbon actif en poudre que pour celui en grains et dans les différents milieux de dilution testés. Par application des modèles de Langmuir et de Freundlich on a enregistré que le phénomène d’adsorption que nous avons adopté obéi bien à ces deux lois. Pour le procédé de la coagulation floculation, la bonne élimination du plomb est obtenue pour une dose de 40 mg/l du sulfate d’aluminium et que les bons rendements sont marqués par l’eau de robinet fortement minéralisée. Les très bons rendements sont obtenus aux pH supérieurs à 6. La variation de la teneur initiale en plomb a induit deux phénomènes antagonistes. L’utilisation du charbon actif en poudre comme adjuvant de coagulation a enregistré une amélioration très importante dans l’élimination du plomb. Mais, le résiduel du plomb dépasse toujours les normes recommandées par les organismes.La comparaison entre l’efficacité du traitement par adsorption et par coagulation-floculation a montré que l’adsorption est plus performante que la coagulation-floculation. ABSTRACT : The objective of this study is to test the performance of adsorption processes on powdered and granular activated carbon and coagulation-flocculation with aluminum sulfate, in the removal of lead in synthetic solutions of distilled water and water mineralized. It is a water of Guedila, weakly mineralized and a highly mineralized tap water. For the adsorption process our results have shown that the equilibrium is more or less slow, it oscillates between 2 to 3 hours for activated carbon powder and 2 to 4 hours for granular activated carbon. The good yields are obtained by the water of Guedila weakly mineralized. In this step, our results show, on one hand, that intra-particle diffusion clearly marked the presence of two distinct stages; a quick step followed by slow one. On the other hand, the pseudo second-order model is the most applicable for both distilled and mineralized water. The process is more efficient at basic pH. The activated carbon adsorption process of lead is influenced by the value of the initial lead concentration. The amount adsorbed per unit of mass (Qe mg/g) increases with the increase of the initial concentration of lead for both powdered and granular activated carbon in the different dilution tested media. By applying the Langmuir and Freundlich models, it has been recorded that the adsorption phenomenon we adopted obeys well with these two laws. For the flocculation coagulation process, the good removal of lead is obtained for a dose of 40 mg/l of aluminum sulfate and the good yields are marked by the highly mineralized tap water. The best yields are obtained at pH higher than 6. The variation of the initial lead content induced two antagonistic phenomena. The use of powdered activated carbon as a coagulation aid has shown a very important improvement in the elimination of lead. But, the residual lead still exceeds the standards recommended by the organizations.The comparison between the effectiveness of the adsorption and coagulation-flocculation treatment has shown that the adsorption is more efficient than the coagulation-flocculation. |
| Sommaire : |
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………………..01 Partie I: Etude bibliographique Chapitre Ι : Etat de connaissance sur le plomb І.1 Introduction……………………………………………………………………………..……... 04 I.2 Les sources du plomb dans l’environnement............................................................................. 04 I.2.1. Les sources naturelles…………………………………………………………………….... 05 I.2.2 Les sources anthropiques…………………………………………………………………......06 I.3. Caractéristiques générales et propriétés du plomb………………………………………..........06 I.3.1. Caractéristiques générales………………………………………………………………........06 I.3.2. Propriétés physico-chimiques du plomb…………………………………………………..... 07 I.3.2.1. Propriétés physiques…………………………………………………………………….....07 I.3.2.2. Propriétés chimiques…………………………………………………………………….....07 I.3.3 Spéciation du plomb en phase aqueuse…………………………………………………........ 08 I.4. Plomb dans l’environnement et dans l’eau potable………………………………………....... 09 I.4.1. Plomb dans l’environnement…………………………………………………………….......09 I.4. 2.Plomb dans l’eau potable………………………………………………………………….....10 I.5. Toxicité du plomb sur la santé………………………………………………………………....11 I.6.Problèmes posés par le plomb dans les pays en développement…………………………........ 13 I.7.Pollution des eaux algériennes par le plomb ………………………………………………......13 I.8. Règlements et recommandations…………………………………...……………………….....19 I.9. Conclusion……………………………………………………………………………………..20 Chapitre II : Généralités sur les procédés d’adsorption et de la coagulation-floculation II.1. Introduction……………………………………………………………...…………………... 21 II.2. Généralités sur les procédés d’adsorption et de la coagulation-floculation……………......... 22 III.2.1. Procédé d’adsorption...………....................…………………………………………….......22 II.2.1. 1. Types d’adsorption ………………………………............…………………………........22 II.2.1.2. Nature du mode d’adsorption.......…………………..........…………………………........ 24 II.2.1.3. Mécanismes d’adsorption..........................…………………………………………......... 24 ІI .2.1.4. Cinétique d’adsorption.......................... …………………………………………............ 25 ІI .2.1.4.1. Modèle de diffusion intra-particulaire.......................…………………………..............26 ІI .2.1.4.2. Modèle pseudo-premier ordre……………………………………………………….....27 ІI .2.1.4.3. Modèle pseudo-second ordre……………………………………………………..……28 II.2.1.5. Isotherme d’adsorption………………………………………………………………....... 29 II.2.1.5.1. Isotherme de Langmuir…………………...……………………………………………..31 II.2.1.5.2. Isotherme de Freundlich…………………………………………………………….......32 II.2.1.6. Facteurs influençant l’adsorption…………………………………………………………33 a) Propriétés de l’adsorbat……………………………………………………………………….33 b) Propriétés de l’adsorbant………………………………………………………………….......34 II.2.1.7. Utilisation des charbons actifs…………………………………………………………….34 II.2.1.8. Types des charbons actifs………………………………………………………………....35 II.2.1.9. Mise des travaux de recherches réalisés pour l’élimination du plomb par adsorption sur charbon actif………………………………………………………………………………………..36 II.2.2. Procédé de coagulation-floculation …………………………………………………….......38 II.2.2.1. Théorie de la double couche…………………………….………………………….......... 39 II.2.2.2. Mécanismes de la coagulation floculation ……...……………………………....……......40 ІI .2.2.3. Paramètres liés à la coagulation-floculation …………………………………………......41 a) Influence du pH…………..……………………………………………………………...... 42 b) Influence de la dose de coagulant…………………………………………………..……...43 c) Influence de la température…………………………………………………………….......43 d) Influence de la turbidité……………………………………………………………………44 e) Influence des conditions de mélange……………………..…………………………….. ...44 f) Influence des sels dissous………………………………..………………………………. .44 II.2.2.4. Principaux coagulants………………………………………………………………….... 44 II.2.2.5. Paramètres liés aux choix des réactifs et détermination des taux de traitement…….........46 II.2.2. 5.1 Paramètres liés aux choix du coagulant…………………………………………….......46 II.2.2.5.2. Paramètres liés à la détermination du taux optimum……………………………….......47 II.2.2.6. Les adjuvants de la coagulation floculation…………………………………………........47 II.2.2.7. Généralités sur le coagulant à base d’Aluminium…………………………………….......47 II.2.2.8.Comportement des métaux lourds dans les filières de traitement……………………........49 II.2.2.9.Travaux réalisés sur l’élimination du plomb par coagulation- floculation…………......... 50 II.3.Conclusion…………………………………………………………………………………….52 Partie Etude expérimentale Chapitre I : Méthodologie expérimentale І.1.Introduction…………………………………………………………………………..……….. 54 І.2 Solution mère de Plomb…………………………………………………………………..... 54 I.3. Milieux de dilution……………………………….………………………………………..... 54 I.4. Dosage du plomb et les paramètres physico-chimiques des échantillons d’eaux testées......... 55 I.4.1. Dosage du plomb…………………………………………………………….….……....... 55 I.4.2. Dosage des paramètres physico-chimiques des échantillons d’eaux testées……………… I.5. Essais d’adsorption ……………………….……………………………………………….... 57 60 I.5.1. Caractéristique des adsorbants utilisés ………………………..…………………….......... I.5.2. Description des essais d’adsorption ………………………………………………………. I.6. Essai de la coagulation-floculation (Méthodes de Jat-test)……………………………….…. 60 61 62 I.6.1. Coagulant utilisé…………………………………………………………………………... 62 I.6.2.Principe de la méthode de JAR TEST ………………………………………….................. 62 I.6.3. Paramètres testés………………………………………………………………………...... 63 I.6.4. Protocole suivi pour les essais de coagulation-floculation……………………………...... 63 I.7. Conclusion………………………………………………………………………………….. 64 Chapitre II : Résultats des essais d’adsorption du plomb sur charbon actif ΙI .1Introduction…….……………………………………………………………….……............. 65 ΙI .2. Résultats et discussion ………………………………………………………………......... 65 ΙI .2.1. Cinétique d’adsorption…………………………………………………………………...... 65 ΙI .2.1.1. Effet du temps d’agitation …………………………………………………………......... 65 ΙI .2.1.2. Etude de la cinétique………………………………………………………………....... 68 ΙI .2.1.2.1. Modèle de pseudo-premier ordre (Modèle de Lagergren)…………………………...... 68 ΙI .2.1.2.2. Modèle de pseudo-second ordre…………………………………………………...... 70 ΙI.2.1.3. Mécanisme d’adsorption ……………………………………………………………....... 72 ΙI.2.2. Effet de la variation des paramètres réactionnels ……………………………………......... 75 ΙI.2.2.1. Effet de la variation du pH…………………………………………………………….... 75 ΙI.2.2.2. Effet de la variation de la teneur initiale du plomb…………………………………....... 77 ΙI.2.2.3.Effet de la variation de la masse d’adsorbant sur l’élimination du plomb dans les eaux testées 82 ΙI.2.2.4. Étude de l’équilibre d’adsorption …………………….…….………………………....... 84 II.2.2.4.1 Isotherme expérimentale d’adsorption du plomb…..…………………………….......... II.2.2.4.2. Modèles de l’isotherme d’adsorption ….…................................................................... a) modèle de Freundlich ………………………………………………………………..……... 84 86 86 b) Modèle de Langmuir.…………………………………………………………………………………………………………. 87 II.3. Conclusion ………..…………………………………………………………………………………………………………….... 91 Chapitre III : Résultats des essais d’élimination du plomb par coagulationfloculation ІIΙ.1Introduction………………………………………………………………….…………….......93 65 ІIΙ.2. Détermination de la dose optimum de coagulant………………………………………........ 93 65 ІIΙ.3. Effet du pH de traitement……………………………………………………………….........97 69 ІIΙ.4. Effet de la variation de la teneur initiale en plomb……………………………………...........99 70 ІIΙ.5. Effet de la présence d’un adjuvant de coagulation - floculation……………………….........101 III.6. Étude de l’équilibre d’adsorption du plomb dans les différents milieux de dilution..…....... 103 III.6.1. Isotherme expérimentale d’adsorption du plomb..…......................................................... 103 III.6.2. Application des modèles de Langmuir et de Freundlich..….............................................. 105 III.7. Comparaison entre l’élimination du plomb par adsorption et par coagulation floculation... 108 73 ІIΙ.8. Conclusion………………………………………………………………………………......110 78 CONCLUSION GENERALE………………………………………………………………....... 112 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES………………………………………………….......... 118 |
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