Traitements d élimination de l arsenic, du sélénium et de l antimoine

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1 Traitements d élimination de l arsenic, du sélénium et de l antimoine Bénédicte Welté et Antoine Montiel

2 Particularités As Se Sb sont 3 éléments dont l origine géologique naturelle est très fréquente. Ces 3 éléments concernent des eaux souterraines. Bien souvent, les puits contaminés concernent de très petites distributions où seule une étape de désinfection était mise en œuvre. Les niveaux de qualité requis sont très bas. As 10 µg/l Se 10 µg/l Sb 5 µg/l

3 Formes sous lesquelles ces éléments sont retrouvés dans les eaux Arsenic : Valence III : arsenite sous forme moléculaire aux ph des eaux naturelles Valence V : arseniate. Forme anionique aux ph des eaux naturelles L arsenic n est pas oxydé par l oxygène de l air, il faut des oxydants forts : Cl 2, ClO 2, O 3 Antimoine : Valence III : antimonite sous forme moléculaire aux ph des eaux naturelles Valence V : antimonate. Forme anionique aux ph des eaux naturelles Sélénium : Valence IV : sélénite. Forme anionique aux ph des eaux naturelles Valence VI : sélénate. Forme anionique aux ph des eaux naturelles

4 Diagramme Eh-pH de l arsenic

5 Domaine de prévalence de l As(V) et de l As(III)

6 Elimination METHODES DE RETENTION Adsorption sélective Rétention membranaire Échange ionique METHODE DE TRANSFORMATION RETENTION Précipitation - coprécipitation

7 Produits de solubilité des différents sels de l As(V)

8 Précipitation - Coprécipitation PRINCIPE : Mettre les éléments sous une valence qui, après réaction, conduit à un précipité coprécipitable. Valence : As Sb = V Se = IV Même réaction que les phosphates Réactif : Fer (III) Aluminium (III) Arseniate de fer, d aluminium Antimoine de fer, d aluminium Sélénite de fer, d aluminium AsO 3 4 Fe FeAsO 4 Les sels de fer donnent toujours de meilleurs résultats que les sels d aluminium. 90 à 98 % de rétention pour le fer 80 à 85 % de rétention pour les sels d aluminium Les sels préneutralisés d aluminium sont déjà complexés avec des ions hydroxyles. L élimination ne dépasse pas 40 %. Le ph des eaux au moment de la réaction joue un rôle très important. Les ph acides donnent de meilleurs résultats que les ph alcalins. La dose de réactif dépend de la quantité de composés à éliminer. Problème des boues. Un niveau technique du personnel est nécessaire.

9 Coprécipitation Elimination par les sels de fer ferrique par coagulation floculation : Occlusion (formation d une solution solide) Adsorption Précipitation Paramètres importants : Valence de l arsenic Quantité de fer ajoutée Quantité d arsenic à éliminer Sels de fer utilisés Influence du ph Influence de la teneur en matière organique

10 Utilisation des sels d aluminium - Fe > As

11 Comparaison filtration classique - microfiltration

12 Coprécipitation avec CaCO 3 Lors de l adoucissement des eaux à la chaux ou à la soude, l arsenic (et l antimoine) sous forme arseniate peut être coprécipité par le carbonate de calcium. Importance très grande de la présence de magnésium ou de baryum. Il n y a pas de données pour le sélénium. Ce procédé ne se justifie que s il y a déjà une décarbonatation. Un niveau technique du personnel est nécessaire. Problème du devenir des boues ou «perles» de CaCO 3.

13 Déferrisation - Démanganisation L arsenic est éliminé lors de la déferrisation démanganisation Déferrisation démanganisation chimique Oxydation : As III As V et coprécipitation Déferrisation démanganisation biologique L arsenic III est oxydé par voie biologique Thiobacillus ferrooxidans

14 Elimination de l arsenic par adsorption Alumine activée MnO 2 Fe 2 O 3 matériaux imprégnés Sulfure de fer

15 Adsorption Sélective Les Phosphates réagissent de la même façon Alumine activée (As-Sb) Régénération tous les 2 à 8 jours à la soude Interférence des ions fluorures, sulfates, chlorures et des acides humiques Il faut la valence 5 pour ces 2 éléments Problème des régénérats Pas de données sur le sélénium Dioxyde de manganèse Soit sable recouvert de MnO2, soit du minerai de MnO2 As III, Sb III sont oxydés à la valence V. il n y a pas besoin d une étape d oxydation préalable. Le ph acide de l eau favorise l adsorption. La régénération se fait à la soude tous les 8 jours. Etape passive Il faut gérer les rejets de régénération Pas de données sur le sélénium, mais devrait être très bien retenu Il faut un certain niveau de compétence pour la marche de l installation

16 Effet du ph sur l adsorption de l arsenic par Al 2 O 3

17 Effet de la concentration en sulfate et chlorure sur l adsorption de l arsenic par Al 2 O 3

18 Oxyhydroxyde ferrique : Soit sable recouvert, soit oxyhydroxyde pressé et mis sous forme de granulés GEH Donne de bons résultats quelque soient les valences pour As Sb Se Le matériau est utilisé pendant des mois Pas de régénération. Le producteur de GEH reprend le produit saturé Etape passive Donne de très bons résultats, tout à fait conformes à la nouvelle réglementation Très adapté aux petites collectivités Pas de niveau technique particulier du personnel nécessaire

19 Adsorption sur oxydes de fer Goethite Haematite sable Fe 2 O 3 Anthracite Fe 2 O 3 CAG Fe 2 O 3 Influence de l état d oxydation de l arsenic Influence du ph Matériaux recouverts d oxydes ferriques Anthracite Fe 2 O 3 : 60 % Sable Fe 2 O 3 : 50 % CAG oxyde Fe > CAG oxyde Fe

20 Adsorption sur sulfures de fer FeS FeS 2 FeS > Al 2 O 3 Influence de l état d oxydation de l arsenic Influence du ph

21 Rétention menbranaire Nanofiltration osmose inverse C est plutôt du domaine de l osmose inverse Procédé de minéralisation qui nécessite une reminéralisation Procédé très onéreux qui nécessite une compétence particulière du personnel Problème des concentrats Electrodialyse Procédé qui ne retient que les formes ioniques Procédé de déminéralisation Procédé onéreux qui nécessite une compétence particulière du personnel Problème des concentrats

22 Elimination de l arsenic par les membranes

23 Echange d ions Procédé qui ne retient que les formes ioniques (anions) Ces éléments sont sous forme de traces. La rétention est difficile Procédé d échange d ions. Certains ions majeurs sont échangés Problème des éluats

24 Conclusion - comparaison des procédés Moyen Efficacité Interférences Garanties vis-àvis de la norme Niveau technique Rejets Coût additionnel Coût étap seule Précipitation Coprécipitation Fe Al WAC Mn Ca Adsorption sélective Al2O3 FeO(OH) MnO2 Membrane OI NF dialyse (Mg-Ba) OH valence OH valence OH valence OHvalence OH, F -, SO 4 = M.O.valence OH OH Valence Valence O /O Echange d ions valence

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