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RÉSUMÉ
L’électro-oxydation avancée est un procédé électrochimique qui s’est développé pour le traitement des eaux suite à la production de nouveaux types de matériaux d’anode permettant la génération en surface d’oxydants très puissants comme les radicaux hydroxyles. Cet article présente son principe théorique avec la description des paramètres contrôlant la génération des oxydants, sa mise en œuvre de l’échelle laboratoire à l’échelle industrielle et ses applications en désinfection et en traitement de la matière organique dans les eaux industrielles principalement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Emmanuel MOUSSET : Chargé de recherche au CNRS, Docteur ingénieur en Sciences et Techniques de l’Environnement - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), CNRS – Université de Lorraine (UMR 7274), Nancy, France
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Auriane DIAMAND : Chercheur Procédés électrochimiques - VEOLIA Recherche & Innovation, Maisons-Laffitte, France
INTRODUCTION
L’électro-oxydation avancée appartient à la famille des procédés d’oxydation dite « avancée », via la génération d’oxydants puissants initiée de manière directe ou indirecte par oxydation électrochimique.
Compte tenu du coût relativement élevé des procédés électrochimiques, ceux-ci ont été développés initialement pour la fabrication de produits à forte valeur ajoutée. À l’échelle industrielle, les premières applications de l’électro-oxydation ont été la production de chlore-soude et la synthèse de produits organiques.
La raréfaction des ressources en eau et les renforcements des normes de rejet sur les eaux usées nécessitent des méthodes de traitement adaptées. Les traitements biologiques permettent d’éliminer une partie des polluants (fraction biodégradable), mais le recours aux procédés d’oxydation avancée est requis pour le traitement des effluents complexes contenant des molécules toxiques ou peu biodégradables (fraction réfractaire). Parmi ces procédés, l’électro-oxydation avancée possède l’avantage de ne consommer que des électrons, et non des réactifs chimiques coûteux ou instables. Ainsi elle peut devenir compétitive en désinfection et en traitement de la charge organique, en particulier lorsque les concentrations en polluants sont élevées, les débits traités faibles et la salinité du milieu suffisante. Le traitement peut être mené totalement jusqu’à minéralisation de la charge organique réfractaire et/ou toxique, ou seulement partiellement en prétraitement afin d’augmenter la biodégradabilité des molécules avant un traitement biologique.
Cet article présente le procédé d’oxydation anodique avancée appliqué au traitement des eaux en abordant le principe théorique avec les types de matériaux utilisés associés aux différents oxydants formés et la compétition entre le transfert de charge et le transport de masse qui est responsable de la cinétique d’oxydation des composés. La mise en œuvre est ensuite présentée en développant la méthodologie à suivre depuis l’échelle laboratoire jusqu’à l’échelle industrielle, en y détaillant les équipements nécessaires, les aspects sécurité et les coûts engendrés par ce type de procédé. Enfin les différents types d’applications sont mentionnés, accompagnés d’exemples d’efficacité d’élimination.
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1. Principe théorique de l’oxydation anodique
1.1 Principe général : mode électrolyse
L’électrolyse consiste en l’action d’un courant entre une ou plusieurs cathodes et une ou plusieurs anodes à travers un électrolyte donnant lieu à des réactions d’oxydoréduction à la surface des électrodes (figure 1). L’anode est le siège de l’oxydation par perte de un ou plusieurs (n) électrons (e−) par un réducteur (Red) pour former un oxydant (Ox) selon l’équation :
À l’inverse, la réduction s’opère à la cathode par le gain d’un ou plusieurs électrons par un oxydant pour former un réducteur :
1.2 Matériaux d’électrode
Dans les procédés électrochimiques, et notamment en oxydation anodique, les matériaux d’électrode jouent un rôle primordial tant au niveau de l’efficacité du traitement que du coût global du procédé. Le choix du matériau est donc important pour obtenir un rapport coût/efficacité le plus faible possible.
HAUT DE PAGE
Au cours de l’électrolyse de l’eau, lors de l’oxydation à l’anode (M), des espèces réactives de l’oxygène telles que des radicaux hydroxyles (•OH) sont formées à la surface du matériau (M[•OH]), selon l’équation ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - MOUSSET (E.), HUANG WEIQI (V.), FOONG YANG KAI (B.), KOH (J.S.), TNG (J.W.), WANG (Z.), LEFEBVRE (O.) - A new 3D-printed photoelectrocatalytic reactor combining the benefits of a transparent electrode and the Fenton reaction for advanced wastewater treatment. - Journal of Materials Chemistry A 5, 24951-24964 (2017).
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(3) - COMNINELLIS (C.), CHEN (G.) - Electrochemistry for the environment. - Springer (2010).
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(4) - SIRES (I.), BRILLAS (E.), OTURAN (M.A.), RODRIGO (M.A.), PANIZZA (M.) - Electrochemical advanced oxidation processes : today and tomorrow. A review. - Environmental Science and Pollution Research 21, 8336-8367 (2014).
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(5) - FONTMORIN (J.M.), FOURCADE (F.), GENESTE (F.), SOUTREL (I.), FLONER (D.), AMRANE (A.) - Direct electrochemical oxidation of a pesticide, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, at the surface of a graphite felt electrode : Biodegradability improvement. - Comptes...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
European Symposium on Electrochemical Engineering (ESEE)
European conference on Environmental Applications of Advanced Oxidation Processes (EAAOP)
HAUT DE PAGE
Normes sur la mesure de la DCO : NF T90-101 (février 2001), Qualité de l’eau – Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) (Indice de classement : T90-101).
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Fournisseurs d’électrodes BDD
DiaCCon
Neocoat
Condias
...
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