Analyse et traitement des métaux lourds des rejets industriels

Abstract

Cette thèse de Doctorat a porté sur la prévention de la pollution par les métaux lourds dans l’industrie des traitements de surfaces, ainsi que l’impact de ces métaux sur une eau de barrage. Cette industrie est confrontée à deux problèmes majeurs. Le premier est l’accumulation d’énormes quantités de boues d’hydroxydes; celles-ci résultent du traitement conventionnel des eaux résiduaires, par précipitation, qui transfère la pollution de l’eau vers la boue créant ainsi un déchet solide très difficile à gérer. En effet, en l’absence de décharges contrôlées cette boue, très toxique, constitue une grave menace pour l’environnement. Cette recherche propose une solution, la valorisation hydrométallurgique de la boue; la lixiviation acide de la boue a été suivie par une dialyse diffusionnelle qui a permis de récupérer l’excès d’acide, originalité de ce travail, et d’isoler les métaux dans le retentât. Ces derniers ont été sélectivement séparés par différentes techniques, la précipitation précoce des métaux trivalents, Fe+++ et Cr+++, combinée à la cémentation du cuivre puis une nouvelle précipitation des bivalents a ouvert de réelles perspectives de solutions. L’élimination de la formation des boues est le deuxième problème à résoudre ; elle constitue la solution de l’avenir à travers les technologies propres, une tendance universelle de la prévention de la pollution et de la minimisation des rejets polluants. Pour cela la dialyse diffusionnelle a été de nouveau appliquée sur le bain usé de décapage du laiton par l’acide nitrique, jadis source de sérieuses pollution (boues, nitrates,…); la récupération intégrale de l’acide usé, ainsi que celle des métaux a été un franc succès (C. Amrane & al. Int. Journal of Glob. Warm, 3, 2017). L’application a été réalisée sur le complexe de robinetterie de Ain Kebira (Sétif, Algérie). Parallèlement l’état de pollution par les métaux lourds du barrage de Timgad a été évalué faisant ressortir l’absence de pollution dans les eaux, mais des sédiments et des boues, issues de la décantation et de la filtration de l’eau potable, sérieusement contaminés, nécessitant une surveillance serrée. L’Anodic Stripping Voltametry (AVS), pour l’analyse des métaux, le logiciel Hydra Medusa pour la spéciation des métaux, l’extraction séquentielle des métaux des matrices solides…ont été de précieux outils méthodologiques de cette thèse. L’application de la DD, technique simple élégante et économique, pourrait ouvrir de sérieuses perspectives pour réduire la pollution dans différentes industries algériennes. This PhD thesis deals with the pollution prevention by heavy metals in the metal plating and surface finishing industry, and metals effects on reservoir water, the Timgad dam (Batna, Algeria). This industry has two main problems. The first one is the accumulation of huge quantities of metals hydroxide sludge which are by products of metals precipitation treatments of industrial wastewaters. This transfers pollution from water to metallic solid wastes, a problematic environmental threat. This research work proposes a valorisation alternative solution, through a hydrometallurgical route. The sludge acid leaching, followed by diffusion dialysis, allowed to recover the leaching acid excess, novelty of this research, and to isolate heavy metals mixture in the retentate compartment. These latter were selectively separated by precipitation, cementation,…this global sludge processing opens promising perspectives for metal sludge valorisation. The sludge volume reduction, waste minimization or elimination was the second problem; Indeed, the “Zero Discharge” principle is the ideal solution, using clean technologies. In order to do that DD was again applied to treat the brass pickling waste bath. Nitric acid was integrally recovered, whereas brass heavy metals were isolated in the DD retentate for further separation treatments; this was a good success (C. Amrane & al. Int. Journal of Glob. Warm, 3, 2017). These were applied to an important taps manufacturing plant in Ain Kebirz (Setif, Algeria). Besides, it was evaluated the heavy metals pollution of an important water reservoir (Timgad). The absence of heavy metals in the water phase was the main result; however sediments and decantation – filtration sludge was seriously metals loaded, especially by Zn. The Anodic Stripping Voltametry (ASV), The Hydra Medusa speciation software, the heavy metals sequential extraction from solid matrices,…were the main methodological tools. DD is a simple, elegant and cost effective clean technology. It could open serious perspectives for pollution prevention. ركزت الرسالة الدكتوراه هذه على الوقاية من التلوث بالمعادن الثقيلة في صناعة معالجة السطوح، بالإضافة الى تأثير هذه المعادن على مياه سد. تواجه هذه الصناعة مشكلتين رئيسيتين. الأول هو تراكم كميات هائلة من حمأة هيدروكسيدات المعادن الناتجة عن المعالجة التقليدية للمياه المستعملة، عن طريق الترسيب، والتي تنقل التلوث من المياه إلى الحمأة مما يؤدي إلى صعوبة إدارة هذه النفايات الصلبة. والواقع أنه في حالة عدم وجود مدافن القمامة الخاضعة للمراقبة، فإن هذه الحمأة شديدة السمية تشكل تهديدا خطيرا للبيئة. هذا البحث يقترح حلا و هو والتثمين الهيدروميترولوجي للحمأة. تم تطبيق تقنية النفاذية عبر غشاء ايوني من اجل استرجاع الفائض من الحمض المستعمل من اجل اذابة الحماة المعدنية و هو العمل الاصلي في هذا البحث ثم يتم استرداد المعادن (الحديد، الكروم، الزنك، الرصاص والنيكل) عن طريق الترسيب بواسطة الفوسفات والنحاس عن طريق السمنتة باستعمال الزنك. عملية الفصل هذه تعطي نتائج ممتازة. و يعتبر منع تشكل الحمأة من الاساس هو المشكلة الثانية التي يتعين حلها؛و ذلك من خلال القضاء على التلوث في مصدره من خلال التكنولوجيات النظيفة للحد ولذلك تم تطبيق بعض التقنيات لاستعادة المعادن من أحواض هذه الصناعة مباشرة قبل تحويلها الى حمأة. تمت معالجة حوض تجوب النحاس () عن طريق استرداد حمض النتريك الزائد باستعمال تقنية النفاذية عبر غشاء ايوني ثم استعادة المعادن الثلاثة المكونة لهذا الحوض (نحاس و زنك و رصاص) عن طريق الترسيب بواسطة الفوسفات او عن طريق الجمع بين الترسيب و السمنتة. و قد تم تطبيق كل ذلك على مصنع لمعالجة السطوح بولاية سطيف بالجزائر. وفي الوقت نفسه، تم تقييم حالة التلوث بالمعادن الثقيلة لسد تيمقاد، مع تسليط الضوء على عدم وجود تلوث في المياه ولكن تلوث الرواسب والحمأة الناتجة عن وترشيح مياه الشرب يأخذ على محمل الجد ملوثة و تتطلب مراقبة دقيقة . ان تطبيق تقنية النفاذية عبر غشاء ايوني تقنية بسيطة وأنيقة واقتصادية، يمكن أن تفتح آفاقا خطيرة للحد من التلوث في الصناعات الجزائرية المختلفة