Étude du rôle d’adsorbants alumino-silicatés dans un procédé d’ozonation d’eaux usées pétrochimiques

Study of the alumino-silicate adsorbents role in a petrochemical wastewater ozonation process

• Auteur / Autrice : Wael Aboussaoud
• Direction : Marie-Hélène Manero, Jean-Stéphane Pic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 17/07/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Hélène Manero, Jean-Stéphane Pic

Mots clés

Mots clés libres

Ozone

Oxydation

Adsorption

Procédé d’oxydation avancée

Matériaux alumino-silicatés

Eaux usées pétrochimiques

2,4-diméthylphénol

Ozone

Oxidation

Adsorption

Advanced oxidation process

Alumino-silica materials

Petrochemical wastewaters

2,4-dimethylphenol

Résumé

Les eaux usées issues de l’industrie pétrochimique contiennent des composés organiques peu ou pas biodégradables dont le traitement nécessite de faire appel à des nouvelles techniques de traitement sophistiquées. L’objectif de ce travail est d’étudier le rôle d’adsorbants alumino-silicatés dans un procédé d’oxydation avancée associant, dans un même réacteur, adsorption et oxydation à l’ozone pour le traitement de ce type d’effluents. Dans un premier temps, l’étude s’est centrée sur l’évaluation des performances du procédé pour l’élimination d’une molécule modèle, le 2,4-diméthylphénol, dans un réacteur agité semi-batch. Avant de coupler l’ozonation et l’adsorption, chacun des phénomènes mis en jeu a été étudié indépendamment, ce qui a permis la compréhension des mécanismes qui régissent le couplage. Deux modes de couplage ont été testés, un traitement simultané ozonation/adsorption et un traitement séquentiel ozonation puis adsorption. Dans les deux configurations, l’ajout des matériaux alumino-silicatés a eu un effet très limité sur la cinétique globale de dégradation de la molécule modèle. Par contre, l’ajout des matériaux a un effet très marqué sur la cinétique d’élimination du COT, principalement dû à un effet d’adsorption de sous-produits d’oxydation spécifiques. Il a aussi été démontré que la restauration des propriétés du solide est possible, permettant ainsi sa réutilisation. Dans un second temps, le procédé a été appliqué au traitement d’un effluent réel rejeté par une usine pétrochimique chinoise, en suivant la même démarche que celle adoptée lors de l’étude réalisée sur la molécule modèle et en utilisant un réacteur à lit fluidisé semi-batch. Les mêmes phénomènes ont été observés, confirmant l’efficacité de ce procédé pour le traitement des eaux usées pétrochimiques.

Petrochemical wastewaters often contain hardly biodegradable organic compounds requiring the use of sophisticated treatment techniques to be eliminated. The aim of this work is to study the role of alumino-silica adsorbents in an advanced oxidation process combining, in the same reactor, adsorption and ozonation for the treatment of such effluents. Initially, the study focused on the evaluation of process performance for the removal of a target molecule, 2,4-dimethylphenol, in a stirred semi-batch reactor. Before coupling adsorption and ozonation, each of these techniques has been studied independently, which allowed the well understanding of the mechanisms taking place during the combined process. Two process configurations were tested; a simultaneous ozonation/adsorption process and a sequential process including a first ozonation step followed by an adsorption step. In both cases, the addition of alumino-silica materials had a very limited effect on the overall kinetics of degradation of the target molecule. However, the use of the materials had a beneficial effect on TOC removal, mainly due to an adsorption effect of specific oxidation by-products. It was also shown that the restoration of the material properties is possible, allowing its reuse. In a second time, the process has been applied to the treatment of a real effluent discharged by a Chinese petrochemical plant, following the same approach adopted in the study of the target molecule and using a semi-batch fluidized bed reactor. Similar phenomena were observed, thus confirming the efficiency of the process on petrochemical wastewater treatment.