L'efficacité de l'élimination des ions de métaux lourds des eaux usées d'électropolissage industriel à l'aide de matériaux naturels

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17766 (2022) Citer cet article

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Les métaux lourds sont présents dans les eaux usées générées par les secteurs industriels, ce qui constitue une menace pour l'environnement, notamment pour les ressources en eaux de surface et souterraines. Dans cette optique, il existe un intérêt croissant pour la recherche de méthodes alternatives mais efficaces pour éliminer les ions de métaux lourds des eaux usées industrielles. La sorption est l'une des techniques facilement appliquées en raison de sa simplicité, de son rendement élevé, de la production de petites quantités de boues, du faible investissement et de la faisabilité du procédé sur une large plage de pH et de température. Cet article traite du traitement des eaux usées industrielles provenant de l'électropolissage de l'acier inoxydable contenant de fortes concentrations d'ions métalliques Fe(III), Cr(III), Ni(II) et Cu(II). Compte tenu de l'efficacité, de la disponibilité et de l'applicabilité des biosorbants pour les eaux usées acides, des écorces d'orange, des algues, Eclipta alba et des coquilles d'œufs ont été sélectionnées pour l'étude. Des tests de sorption ont été réalisés pour Eclipta alba et les résultats obtenus ont montré un meilleur ajustement pour le modèle cinétique du second ordre (R2 > 0,99) et le modèle isotherme de Langmuir (R2 > 0,99). La capacité d’adsorption maximale était de 17,92 mg/g pour le mélange d’ions métalliques. L’utilisation potentielle de coquilles d’œufs séchées et calcinées a été établie. Les deux matériaux ont atteint un taux d'élimination élevé de plus de 95 %. Le fer et le chrome sont éliminés en premier de la solution (environ 100 % et 90 %, respectivement), suivis des ions nickel et cuivre. Les mesures FT-IR et SEM avec EDS utilisées pour caractériser les matériaux, ainsi que les tests en laboratoire sur des effluents industriels réels, ont permis de déterminer leur mécanisme d'action. La surface spécifique a été déterminée pour tous les matériaux testés et les valeurs étaient respectivement : 1,63, 0,15 et 5,15 m2/g pour Eclipta alba, les coquilles d'œufs séchées et les coquilles d'œufs calcinées. Les résultats incitent à l'optimisme quant à l'application de matériaux sélectionnés pour le traitement des eaux usées industrielles.

La pollution par les métaux lourds est devenue un problème environnemental grave qui a attiré une attention croissante ces dernières années. Les ions de métaux lourds comptent parmi les polluants les plus indésirables1,2. De nombreux secteurs industriels génèrent des eaux usées contaminées par des ions métalliques3,4,5,6,7,8,9 qui, en quantités excessives, peuvent causer de graves dommages à l'environnement. Un exemple est celui de l’industrie de la galvanoplastie, qui rejette des eaux usées provenant principalement de la production et de la transformation de produits métalliques. L'une des techniques utilisées pour traiter les aciers inoxydables est l'électropolissage10,11,12,13,14. Ce processus vise à modifier les propriétés de surface d'un objet afin d'améliorer sa valeur esthétique en lissant et en rendant la surface brillante tout en augmentant sa résistance à la corrosion12,15,16,17,18,19. Cette méthode a de nombreuses applications, notamment dans les industries alimentaire, automobile et médicale20,21,22. Les installations de galvanoplastie typiques produisent de grandes quantités d’eaux usées générées lors du rinçage des pièces. Ces eaux usées contiennent de grandes quantités d'ions métalliques qui dépassent de loin les limites de qualité des rejets d'eaux usées industrielles et doivent donc être traitées dans des stations d'épuration sur site avant d'être rejetées dans les égouts en raison de leur forte toxicité23.

Les techniques les plus couramment utilisées pour éliminer les ions métalliques toxiques des eaux polluées et des eaux usées comprennent la précipitation chimique, la filtration sur membrane, l'électrocoagulation, la sorption, l'échange d'ions, etc.24,25,26. La précipitation chimique est le processus de formation de dépôts métalliques insolubles en faisant réagir un agent précipitant, souvent des hydroxydes, avec des ions métalliques dissous27. Cette technique est actuellement la méthode de traitement la plus largement utilisée dans l'industrie de la galvanoplastie, où l'ajustement du pH à une réaction alcaline est utilisé pour maximiser la précipitation des métaux sous forme d'hydroxydes dans les eaux usées. L'utilisation d'hydroxydes dans le processus de précipitation est privilégiée en raison de la disponibilité et du faible coût des précipitants dans la plupart des pays. Les précipités métalliques générés sont récupérés par des procédés de séparation des solides tels que la coagulation et/ou la sédimentation ou la filtration, entre autres, et les métaux peuvent être extraits28,29,30,31. Les avantages de cette méthode sont principalement sa simplicité et son faible coût, tandis que les inconvénients incluent la lente précipitation des métaux, la génération excessive de boues qui nécessitent un traitement supplémentaire et les impacts environnementaux à long terme associés à l'élimination des boues32.