Développement d'un procédé de traitement des phosphates par des matériaux à base de Fe0

Discipline

Eau, Sol, Environnement

Classification

Sciences de la terre

Mots-clés libres

Phosphates, Procédé de traitement, Fer à valence zéro, Sorption, Eaux usées

Mots-clés

Eaux usées -- Épuration -- Déphosphatation,

Adsorption

L’apport excessif de phosphore (P) dans l’environnement est responsable de phénomènes d’eutrophisation. Ces évènements peuvent être modérés notamment grâce au traitement du P contenu dans les eaux usées. Cependant, les méthodes aujourd’hui en place sur les STEU de faibles capacités (< 2000 EH) ne sont pas nombreuses et l’offre technique pas toujours adaptée. Ces constatations ont conduit à la recherche de nouveaux systèmes de traitement par sorption et de nombreux supports de piégeage du P ont été évalués. L’objectif de cette thèse a été de développer un procédé de traitement des phosphates par des matériaux à base de fer à valence zéro. Une approche mécanistique et de génie des procédés a été menée à différentes échelles tout au long de ces travaux. Dans un premier temps, les caractéristiques chimiques et physiques de cinq matériaux d’intérêts ont été étudiées afin d’évaluer les aspects à prendre en compte pour le choix d’un support à base de fer. A la suite, des études en réacteurs fermés ont permis de déterminer l’efficacité de ces matériaux vis-à-vis du piégeage des phosphates. L’influence de différentes conditions expérimentales (composition de l’eau synthétique ; pré-traitement acide ou par tensio-actif) a été étudiée. Deux matériaux, la limaille et la paille de fer, ont montré les caractéristiques physico-chimiques et cinétiques les plus adéquates pour un piégeage efficace du P. A la suite, des études en réacteurs ouverts ont été menées sur le long terme (environ un an) afin d’évaluer les conditions opératoires à mettre en place pour garantir des performances élevées et durables. Un flux de 340 mgO2/h/m2 ainsi qu’un temps de séjour minimum de 0,5 heures ont permis d’atteindre des capacités de piégeage maximales proches de 190 mg P/g Fe. Une configuration en deux réacteurs en série a été proposé, un garni de fer et saturé en eau et un second correspondant à un filtre à sable triphasique. La dernière phase de ce travail a consisté à implanter un prototype de traitement sur une station de traitement des eaux usées. Des rendements supérieurs à 80% ont été maintenus pendant plus de 10 mois et des capacités analogues à celles obtenues en laboratoire ont été observées. Cette validation in-situ a permis de fixer les paramètres de fonctionnement permettant de garantir des performances optimales et durables de piégeage du P dans le cadre d’un système de traitement tertiaire adapté aux installations de faible capacité.