la decoloration des rejets liquides de textile par electrocoagulation

June 2002
Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
PCN
LA DECOLORATION DES REJETS LIQUIDES DE TEXTILE
PAR ELECTROCOAGULATION
1
A. Jarmany1, A. Kheribech1, M. Mountadar2*
Laboratoire d’Electrochimie Appliquée, Faculté des Sciences, B.P. 20, 24000 El Jadida, Morocco
2
Laboratoire de l’eau et de l’Environnement
Unité de Chimie Analytique et Génie de l’Environnement,
Faculté des Sciences, B.P. 20, 24000 El Jadida, Morocco
* Corresponding author. E-mail : [email protected]
Received : 09 November 2001; revised version accepted :21 February 2002
Abstract
In the present study we are interested in the treatment of the industrial wastewater rejection of textile
by electrochemical method. The parameters which were varied during our experiments are the pH, the
time of electrolysis and the current imput. The results obtained made it possible to develop a process of
remove color where the percentages of removal can reach 100% for pH≥4, six minutes of electrolysis and
0.1A of current. This treatment allows also a significant removal of the D.C.O who exceeds 80% for a pH
around to neutrality. The water, treated by these technique, respects the strengths Moroccan standards.
Keywords : Textile wastewater; Color; Treatment; Electrochemical method.
Résumé
Dans cette étude, nous nous intéressons au traitement du rejet liquide industriel de textile par voie
électrochimique. Les paramètres qui ont été variés au cours de nos expériences sont le pH, le temps
d’électrolyse et le courant imposé. Les résultats obtenus ont permis d’obtenir des taux de décoloration
pouvant atteindre 100% pour un pH supérieur à 4, un temps d’électrolyse correspondant à 6 minutes et un
courant imposé égal à 0.1A. Ce traitement a permis également une élimination importante de la D.C.O
qui dépasse 80% pour un pH proche de la neutralité. Les eaux traitées par cette technique respectent les
normes Marocaines en vigueurs.
Mots clés: Eau usée; Textile; Colorant; Traitement; Méthode électrochimique.
électrolyse d’un effluent coloré provenant d’une
société de confection industrielle installée à
El Jadida. L’objectif de cette étude est de rendre
l’effluent global incolore, plus biodégradable et à
diminuer surtout ca D.C.O pour respecter les
normes marocaines en vigueur.
1. Introduction
Dans les industries de textiles, les rejets
polluants entraînent de sérieux problèmes sur
l’environnement à cause de leur coloration intense,
leurs teneurs élevées en matières organiques
difficilement
biodégradables
(détergeant,
tensioactifs …), en matières en suspension et en
sels [1-3].
De nombreuses études ont été effectuées dans
le but de traiter ces effluents en identifiant des
méthodes économiques de traitement [3, 4] telles
que les traitements : biologiques, par oxydation,
par procédés membranaires, par adsorption sur
matériaux et par coagulation-floculation [5-7].
Malheureusement, tous ces procédés de
décoloration présentent des inconvénients majeurs
qui résident dans plusieurs aspects [7, 8] et
limitent ainsi le choix d’un tel procédé pour le
traitement de ces eaux.
Notre travail consiste à la décoloration par
électrocoagulation [9-11]:
il
s’agit
d’une
2. Matériels et méthodes
Pour effectuer le traitement électrochimique de
l’effluent coloré nous avons procédé au montage
électrochimique qui contient : deux électrodes
anode et cathode (métal acier plan) qui sont
espacées de 3 cm l’une de l’autre et sont plongées
dans l’eau usée de textile . L’air total de la surface
effective d’électrodes est 18 cm2. Le courant
imposé est contrôlé par un ampèremètre. Dans
chaque essai, on traite 150 ml d’échantillon; de
l’eau usée dans la cellule électrolytique sous
agitation. Le pH initial des échantillons est ajusté
par HCl pour avoir un milieu acide et par NaOH
pour avoir un milieu alcalin.
101
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
chimique par coagulation-floculation avant d’être
rejeté vers le milieu récepteur (la mer).
Les eaux usées brutes sont caractérisées par
plusieurs paramètres physico-chimiques et les
valeurs moyennes des principales paramètres sont
rassemblés dans le Tableau 1.
On constate que ces eaux sont assez chaudes,
de qualité physico-chimique variable en fonction
de la nature du tissu lavé et des produits ajoutés
pour le lavage (enzymes, pierres ponce,
adoucissement, eau de Javel…). Mais, en général,
ces eaux sont proches de la neutralité et sont très
chargées en matières organiques, en matières en
suspension
et
en
sels
dissous.
Toutes les mesures sont effectuées après filtration
des échantillons traités et les électrodes sont bien
polies par le papier abrasif avant chaque essai. La
D.C.O, la décoloration, le pH et la C.E sont
mesurés avant et après chaque traitement pour
déterminer les conditions opératoires optimales.
3. Résultats et discussion
3.1 Caractéristiques des échantillons
Dans le but de disposer de données réelles, on a
utilisé des échantillons prélevés d’un effluent
industriel d’une unité de textile installée dans
la zone industrielle de la ville d’El Jadida.
Actuellement, cet effluent subit un traitement
Paramètres
T (°C)
pH
CE
(ms/cm)
MES
(mg/l)
DCO
(mg/l)
Valeurs en
moyennes
36 - 44
6.74 – 7.26
2.45 – 3.9
983-1130
1632-2856
Absorbance UV à
290nm
660nm
1.8-2.98 0.42-1.57
Tableau 1 : Valeurs moyennes des paramètres physico-chimiques principales
caractérisant l’effluent de textile.
Les valeurs de la D.C.O de ces eaux sont
caractéristiques d’un effluent de textile
appartenant à la catégorie «très concentrée» selon
la classification des effluents de textile ou de
teinture [11]. Dans cette classification, on
distingue trois groupes majeurs en fonction de la
DCO du rejet: très concentré (D.C.O>1600mg/l);
moyennement
concentré
(800mg/l<D.C.O
<1600mg/l)
et
faiblement
concentré
(D.C.O<800mg/l).
De plus, les valeurs de l’absorbance UV
maximal à la longueur d’onde maximale
(λmax=660nm) montrent que la coloration bleue de
ces eaux est très intense.
Par ailleurs, les analyses par spectroscopie UV
visible (fig. 1) montre l’existence d’une autre
bande d’absorbance UV à la longueur d’onde
maximale λmax=290nm qui révèle la présence d’un
autre chromophore dans le rejet et qui absorbe
dans cette longueur d’onde.
Figure 1 : Absorbance UV visible du rejet liquide de textile.
démontrer son effet sur le rendement du
traitement, le pH de l’effluent est ajusté entre 1 et
13.
Le temps de traitement électrochimique est fixé
à 5 minutes avec un courant imposé de 0.1A.
3.2 Paramètres influençant le traitement
3.2.1 Influence du pH sur l’électrocoagulation
Le pH initial de l’effluent de l’eau usée est un
facteur opératoire important qui influence les
performances du processus électrochimique. Pour
102
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
pH final
14
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
pH initial
7
8 9 10 11 12 13
pH initial
pH final
Figure 2 : Le pH après le traitement électrochimique en fonction du pH initial.
consommation des ions OH- suivant la réaction
suivante :
Fe3+
+ 3OHFe(OH)3
Cependant, la variation de la conductivité
électrique (CE), représentée dans la figure 3,
montre que pour chaque pH, il y a une très faible
variation (inférieure à 0.8mS/cm) entre les CE
avant
et
celles
d’après
le traitement
électrochimique. Ainsi, ces CE suivent les mêmes
variations en augmentant le pH de 1 à 13. Cette
même figure montre aussi que les faibles valeurs
sont enregistrés entre pH=7 et pH=8 ce qui est dû
à la neutralité de l’eau.
Les résultats obtenus sont représentés sur la
figure 2 où l’on remarque qu’il y a deux parties
distinctes :
• Pour des pH initiaux (pH=3 à pH= 7),
le pH final devient plus grand, donc il y a un
abaissement d’acidité, ceci est dû essentiellement
à la réduction des ions H+ au niveau de la cathode
avec une observation claire de dégagement de
l’hydrogène suivant la réaction :
2H+
+
2e-
H2
* Pour des pH basiques (pH>8), il y’ a une faible
diminution de pH ce qui revient à la
6,5
6
CE (ms/cm)
5,5
5
4,5
4
3,5
3
1
2
3
4
5
6
avant
7
8
après
9 10 11 12 13
pH
Figure 3 : Variation de la conductivité électrique avant et après le traitement électrochimique.
Les variations de la D.C.O représentée dans la
figure 4 montrent que les valeurs de la D.C.O
dépendent du pH de l’échantillon. En effet, elles
diminuent légèrement à des pH acides, mais la
diminution est importante pour des pH très
alcalins (pH≥10) par effet de la coagulation
chimique. Dans la figure 5, on représente les
valeurs de la DCO avant et après le traitement
électrochimique pour des pH compris entre 2 et 9.
Il en ressort que les variations de la DCO après
électrolyse suivent celles d’avant mais avec une
forte diminution pour les pH compris entre 6 et 9.
103
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4000
DCO(mg/l)
3000
2000
1000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
pH
Figure 4 : Variation de la DCO avant le traitement en fonction du pH initial.
4000
DCO (mg/l)
3000
2000
1000
0
1
2
3
4
5
DCO avant
6
7
8
9
10
pH
DCO après
Figure 5 : Variation de la DCO avant et après le traitement électrochimique en fonction du pH.
Absorbance UV max,
En ce qui concerne la décoloration, la figure 6
présente l’absorbance UV du colorant avant et
après le traitement électrochimique pour des pH
qui varient de 1 à 13 :
* La courbe représentant l’absorbance UV avant
le traitement montre que pour toutes les valeurs de
pH acide, la décoloration est faible. Cependant,
pour des pH très basiques, la décoloration de l’eau
usée est plus importante et elle devient totale pour
les pH≥12. Ceci indique qu’on a un processus de
coagulation-floculation pour des milieux très
alcalins puisqu’on note la formation d’une grande
quantité de boue.
* Après un traitement électrochimique de 5
minutes avec un courant imposé de 0.1A (fig 6 :
courbe d’absorption après traitement), on
remarque que la décoloration est complète pour
des pH compris entre 4 et 13. Donc, on peut faire
le traitement pour les rejets à l’état brute sans
modification de pH (voir Tableau 1).
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
3
4
5
abs, avant
6
7
8
abs, après
9
10
11
12
13
pH initial
Figure 6 : Absorbance UV maximale (à λmax=660nm) avant et après le traitement électrochimique
en fonction du pH initial.
A partir de la figure 7, qui représente
l’absorbance UV à 290nm en fonction du pH
initial, on remarque que les variations avant le
traitement suivent celles de la bande d’absorbance
104
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
du colorant. Après l’électrolyse, il y’a une faible
diminution à pH acide et une forte diminution des
maxima d’absorbance pour des pH≥11.
Absorbance UV max.
2
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
abs, avant
6
7
8
9
10
11
12
13
pH initial
abs, après
Figure 7: Absorbance UV maximale (à λmax=290nm) avant et après traitement
électrochimique en fonction du pH initial.
Pour mieux étudier les variations des
paramètres en fonction du pH, on se base sur les
pourcentages d’élimination de la D.C.O de la
coloration et de la bande d’absorbance UV à
290nm. La figure 8, qui représente ces
pourcentages d’élimination en fonction du pH,
montre que le pourcentage de la décoloration
atteint 100% pour les pH supérieurs à 4, alors que
les pourcentages maximaux d’élimination de la
bande d’absorbance UV à 290nm sont observés
pour des pH allant de 7 à 8 et la valeur moyenne
est de 47.64%.
100
80
60
décoloration
40
20
% de décoloration
120
%d'élimination de
la DCO et de la
bande d'abs. à
290nm
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pH
% d'élimination de la bande d'absorbance à 290nm
% d'élimination de la DCO
%de décoloration
Figure 8 : Pourcentages de décoloration et d'élimination de la DCO et de la bande d’absorbance
UV (à λ max= 290 nm) en fonction du pH.
En ce qui concerne les pourcentages
d’élimination de la DCO, on remarque d’après
cette même figure que les valeurs les plus élevées
sont enregistrées pour les pH compris entre 6 et 9
et la valeur maximale de ces pourcentages est
marquée à pH= 7 en éliminant 50% de la quantité
initiale. Il en résulte, d’après cette étude
préliminaire, qu’à pH compris entre 6 et 8 la
décoloration est totale et la réduction de la DCO
et maximale. Le pH du rejet de textile est proche
de 7, ce qui présente un pH idéal pour le
traitement.
3.2.2 Cinétique de traitement électrochimique
La détermination du temps de traitement
électrochimique est nécessaire afin de savoir les
conditions expérimentales optimales pour la
décoloration de l'effluent de textile.
Pour faire cette étude cinétique nous avons
traité les échantillons à pH neutres (pH de
prélèvement) avec un courant imposé de 0.1A.
105
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
Les figures 9 et 10 représentent respectivement
l’évolution de la D.C.O et les absorbances UV du
colorant et de la bande à 290nm en fonction du
temps de traitement. La figure 9 montre qu’on a
une forte diminution de la D.C.O qui atteint
presque la moitié après juste une minute et qui
devient stable après 6 minutes de traitement avec
une concentration finale de 350mg/l; c’est à dire
82% d’élimination de la D.C.O et la norme
marocaine relative à une eau usée est respectée.
Dans la figure 11, on remarque que l’absorbance
UV du colorant s’annule après 4 minutes
d’électrolyse et que l’absorbance UV à 290nm
devient presque stable elle-même après 4 minutes
de traitement.
2500
DCO(mg/l)
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
temps(mn)
Figure 9 : Variation de la DCO en fonction du temps de traitement électrochimique.
0,8
2
0,6
1,5
0,4
1
0,2
0,5
0
0
0
1
2
3
4
5
abs,uv à 290nm
6
7
8
abs,uv du colorant
absorbanceUV du colorant
absorbance UV à 290nm
2,5
9
10
temps (mn)
% d'élimination
Figure 10 : Absorbance UV maximale du colorant et de la bande à λmax=290nm
en fonction du temps d’électrolyse.
120
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
temps (mn)
% de la DCO éliminée
% de décoloration
% d'élimination de l'abs,uv à 290nm
Figure 11 : Pourcentages de décoloration et d'élimination de la DCO et de la bande
d’absorbance (à λmax=290nm) en fonction du temps d’électrolyse.
La figure 11, représentant les pourcentages
d’élimination de la D.C.O, la coloration et de
l’absorbance UV à 290nm, montre que le
pourcentage de décoloration atteint 100% au bout
de 4 minutes alors que celui d’élimination de
l’absorbance UV à 290nm ne dépasse pas 52%
après la dite durée de traitement et qui devient
presque stable. La valeur maximale de ce
pourcentage est enregistrée pour un temps
d’électrolyse de 6 minutes, après laquelle le
106
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
pourcentage est diminué à cause de la formation
d’autres molécules organiques qui absorbent à
290nm. En ce qui concerne le pourcentage
d’élimination de la D.C.O( fig. 11), la courbe
montre que ce pourcentage devient plus stable
après 6 minutes de traitement électrochimique et
atteint 82% cela représente une bonne élimination
de la D.C.O, d’où la faisabilité de notre méthode
de traitement pour l’élimination des molécules non
biodégradables ainsi que la décoloration totale des
effluents.
masse (g)
0,06
0,04
0,02
0
1
2
3
4
5
6
7
8
temps (mn)
9
10
Figure 12 : Masse du filtrat en fonction du temps de traitement électrochimique.
électrochimique, nécessite l’optimisation de la
densité du courant à imposer lors de l’électrolyse
afin de minimiser les pertes énergétiques. Une
étude a été effectuée (pH=6,87) pendant un temps
d’électrolyse de 5 minutes.
La figure 13 qui représente le pH final en
fonction du courant imposé, montre qu’on a deux
paliés dans la courbe pH=f(I) :
* pour I≤0.09A, la variation du pH final par
rapport au pH initial est très faible;
* pour I≥0.1A, la variation du pH final par rapport
au pH initial est plus importante.
D’après la figure 12, on observe que
l’élimination de la DCO, après électrolyse, se fait
par la formation des boues. On note également
qu’on a une masse qui continue à augmenter au
delà de 6 minutes. Ceci peut être dû à
l’élimination des ions Fe3+ solubles provenant de
l’oxydation de l’acier et qui permettent d’assurer
le phénomène de coagulation et par conséquent la
formation des boues [7].
3.3 Influence du courant imposé
L’étude de
décoloration
par la méthode
9
pH final
8,5
8
7,5
7
6,5
6
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
I(A)
Figure 13 : Variation du pH après le traitement électrochimique en fonction du courant imposé.
être expliquée par l’augmentation des ions OH- qui
sont produits par électrolyse de l’eau avec
dégagement de l’hydrogène sur la cathode selon la
réaction suivante :
2H2O + 2e2OH- + H2
Les figures 13 et 14 nous montrent que pour les
courants ( I≥0.1A), la décoloration est totale.
Ainsi, l’abattement de la matière organique en
terme de la D.C.O est très importante.
Cependant, l’augmentation du pH après le
traitement électrochimique (pour I≥0.1A), peut
107
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
fortement du courant imposé pendant l’électrolyse
(fig.14). Cette figure présente trois parties :
La variation de l’absorbance UV maximale des
deux bandes d’absorption à λmax=290nm et à
λmax=660nm (caractéristique du colorant), dépend
Abs.UV max
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
0,02 0,04 0,06 0,08
0,1
0,12 0,14 0,16
abs. UV max à 290nm
abs. UV max. Du colorant
I (A)
Figure 14 : l'absorption UV maximale à 290nm et à 660nm en fonction du courant imposé.
* pour 0.05A≤ I ≤0.1A, l’élimination de ses deux
bandes est très importante;
* pour I>0.1A, la décoloration est totale et
l’élimination de la bande d’absorption à
λmax=290nm est maximale.
* pour 0< I ≤0.04A, l’élimination du colorant et de
la bande d’absorption UV à λmax=290nm est très
faible car on n’atteint pas encore le potentiel
d’oxydation du fer en ions Fe3+;
DCO mgO2/l
3000
2000
1000
0
0
0,04
0,08
0,12
I (A)
0,16
Figure 15 : Variation de la DCO en fonction du courant imposé.
La figure 15, qui représente la variation de la
D.C.O en fonction du courant imposé, montre
aussi que pour un courant I<0.05A, l’élimination
de la matière organique est très faible. Au delà de
ce point (I=0.05A), la vitesse d’élimination
devient plus grande et elle atteint les grandes
valeurs quand on impose des courants supérieurs à
0,1A.
La représentation de ces résultats sous forme
des pourcentages d’élimination est illustrée dans la
figure 16.
Il est clair que la décoloration du rejet liquide
de textile atteint 100% pour les courants
d’électrolyse ou I≥0.1A. Cependant, elle reste très
faible pour des courants I≤0.04A. De même la
variation de pourcentage d’élimination de
l’absorption à 290nm devient presque stable pour
les courants I≥0,5A et elle atteint les grandes
valeurs au delà de I=0.1A.
En ce qui concerne la D.C.O, la figure 16
montre que l’abattement de la matière organique
qui existe dans l’eau usée de textile, devient de
plus en plus important en augmentant le courant
imposé. Cet abattement dépasse 80% pour des
courants d’électrolyse ou I>0.1A.
On note aussi d’après cette figure que les
pourcentages d’élimination au sein des trois
termes (coloration, absorption à 290nm et de la
matière organique) sont très faibles pour des
courants I≤0,04A.
L’étude de l’influence de la variation du
courant imposé durant l’électrolyse des eaux usées
de textile, nous a permis d’optimiser ce facteur à
0.1A pour un temps d’électrolyse de 5 minutes et à
pH
qui
tend
vers
la
neutralité.
108
A. Jarmany et al, Phys. Chem. News 6 (2002) 101-109
% d'élimination
120
100
80
60
40
20
0
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
%d'élimination de la DCO I (A)
% de décoloraration
%d'élimination de l'absorption à 290nm
Figure 16 : Pourcentages d'élimination de la DCO, de l'absorption à 290nm et de la coloration.
4. Conclusion
Colloque international « Gestion des Rejets
Industriels pour un Développement Durable ».
Fac. Sc. d’El Jadida-Maroc.
[2] J. Perowski, L. Staislaw, Ozone Sci. Engi., 18
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[11] H. L. Cheng, L. Chim, Wat. Res., 27 ( 12)
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La caractérisation de l’effluent provenant d’une
société industrielle de textile montre que ces rejets
sont très colorés en bleu et contiennent des teneurs
très élevées en matière organique difficilement
biodégradables et en matière en suspension et en
sels. Le traitement de ces effluents est donc
nécessaire avant de les rejeter au milieu récepteur
(la mer).
Dans cette étude, le traitement des eaux usées
est réalisé par voie électrochimique. Il en ressort
qu’il y a trois facteurs (le pH initial, le temps
d’électrolyse et le courant imposé) qui influencent
la décoloration et le pourcentage d’élimination de
la matière organique. Les valeurs optimales de pH,
du temps d’électrolyse et du courant imposé sont
évaluées respectivement à 7 unités de pH, 6
minutes de traitement et 0.1A.
Dans les conditions de nos expériences nous
avons obtenu une décoloration totale du rejet de
textile et une réduction très importante de la
matière organique qui dépasse 80%.
Références
[1] T. Jaoher, M. Oubalkace, M. Makhoh, (1997).
109