Etude de la décomposition de la monochloramine en milieu aqueux et réactivité avec des composés phénoliques

Monochloramine reactivity towards aqueous phenolic compounds

• Auteur / Autrice : Nicolas Cimetière
• Direction : Joseph De Laat, Florence Berne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et microbiologie de l'eau
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résorcinol

Sous-produits

Désinfection

Cinétique chimique

Chloramines

Résumé

Cette étude a eu pour but d'étudier la réactivité de la monochloramine sur des composés phénoliques simples en solution aqueuse. Les expériences ont été réalisées à température ambiante, à pH compris entre 5 et 14, et en utilisant des rapports de concentrations Chlorure d’ammonium/Chlore (N/Cl) compris entre 1,08 et 31,2 mol/mol pour la préparation des solutions de monochloramine. Une étude préliminaire effectuée en absence de composés organiques a permis de proposer un modèle cinétique capable de décrire les cinétiques de décomposition de la monochloramine, dans l'eau ultrapure non tamponnée et tamponnée (tampon phosphates) et de modéliser les évolutions des concentrations en monochloramine, dichloramine et en chlore libre dans une large gamme de valeurs de pH et de rapport N/Cl. L'étude de la réactivité de la monochloramine sur six composés phénoliques (phénol, catéchol, résorcinol, hydroquinone, pyrogallol et phloroglucinol) et de quelques matières organiques extraites d'eaux naturelles, a permis de déterminer des demandes en monochloramine et de montrer l'influence du rapport N/Cl sur les rendements de formation de chloroforme, d'acides chloroacétiques, de composés organochlorés totaux (AOX) ainsi que sur l'évolution du Carbone Organique Total (COT). Une étude cinétique détaillée a permis de déterminer les constantes cinétiques absolues de réaction de la monochloramine sur les trois formes acido-basique du résorcinol et de ses premiers sous-produits de réaction. La modélisation cinétique a permis de démontrer que le chlore libre, issu de l'hydrolyse de la monochloramine, contribue d'une manière importante à l’oxydation du résorcinol aux faibles valeurs de rapport N/Cl.

The reactivity of monochloramine with model phenolic coumpounds in aqueous solution has been investigated. Experiments were carried out at ambient temperature, at pH within 5 to 14, and by using ammonia-to-chlorine ratios (N/Cl) ranging from 1. 08 to 31. 2 mol/mol for the preparation of monochloramine solutions. A preliminary study of the autodecomposition of monochloramine in organic-free solutions showed that the rate of decomposition of monochloramine in non-buffered and in phosphate-buffered ultra-pure water could be accurately simulated by a kinetic model. This model could also simulate the concentration-time profiles of monochloramine, dichloramine and free chlorine under a wide range of pH values and N/Cl molar ratios. The monochloramine demands of six phenolic compounds (phenol, catechol, resorcinol, hydroquinone, pyrogallol and phloroglucinol) and of Natural Organic Matter have been determined at neutral pH. The effects of N/Cl on the yields of formation of chloroform, chloroacetic acids and Total Organochlorinated byproducts and on the decay of Total Organic Carbon have been examined. The absolute second-order rate constants for the reaction of monochloramine with the three protonated forms of resorcinol and chlororesorcinols were determined. Kinetic modeling of the resorcinol/chlorine/chloramines system evolution underlined the key role played by free chlorine (liberated from monochloramine hydrolysis) in the mechanisms of resorcinol degradation at low N/Cl molar ratios.