Simulation dynamique d’un système d’oxydation avancée pour le traitement des eaux

Abstract

Les rejets textiles sont habituellement traités par un processus physico-chimique couplé à un traitement biologique. Cependant la qualité de l’effluent obtenu ne répond pas toujours aux normes requises pour le recyclage ou le rejet dans la nature. C’est pourquoi les procédés d’oxydation avancée sont utilisés pour éliminer les micropolluants restants. Cette étude se concentre alors sur la dégradation du colorant rhodamine B (RhB), utilisé dans l’industrie du textile, mais également dans les industries pharmaceutique, cosmétique …etc. par photolyse solaire de l’ion hypochlorite. De ce fait, les espèces réactives de l'oxygène (ERO) et les espèces réactives du chlore (ERC) ainsi que leur implication dans le processus de dégradation sont explorées dans ce travail par une modélisation cinétique approfondie qui a permis de déterminer les constantes de vitesse pour les voies radicalaires et non radicalaires de l'hypochlorite ClO- et l'oxydation de RhB par des radicaux libres. En utilisant le logiciel COPASI®, alimenté par un mécanisme cinétique de 144 réactions chimiques, le modèle cinétique des radicaux libres a ajusté avec précision les données expérimentales sous diverses conditions, y compris des températures allant de 25 à 55 °C, du dosage initial d'hypochlorite variant de 300 à 1000 µM et des concentrations initiales du micropolluant de 10 à 25 µM, à un pH contrôlé de 11. Les résultats indiquent qu'une augmentation des dosages d'hypochlorite et des températures améliore les concentrations de radicaux libres et les taux de dégradation de RhB. Tandis que l’augmentation de la concentration du polluant entraine un ralentissement de sa dégradation. En revanche, les radicaux •OH et ClO• ont été quantifiés comme principaux contributeurs à la dégradation de RhB, tandis que l'ozone a joué un rôle mineur. Le modèle fournit des profils pour les ERO et les ERC, des détails sur la distribution des radicaux dans la dégradation de RhB, et des prédictions des constantes de vitesse pour la photolyse de ClO−, on a trouvé : kR1 = 2,67 × 10−4 s−1 pour la voie radicalaire (ClO− + hν → O•− + Cl•), et kR2 = 1,88 × 10−5 s−1 ainsi que kR3 = 0 s−1 pour les voies non radicalaires (c'est-à-dire, ClO− + hν → O(3P) + Cl− et ClO− + hν → O(1D) + Cl−, respectivement). Les constantes de vitesse des réactions de RhB avec O•−, Cl•, Cl2•− et ClO• ont été prédites respectivement à 4,8 × 109 M−1 s−1, 1,45 × 109 M−1 s−1, 2,5 × 107 M−1 s−1 et 8,7 × 104 M−1 s−1. Des constantes de vitesse plus faibles ont été prédites pour les réactions de RhB avec HOCl•−, HO2•, O2•− et O(3P), avec des valeurs de 4,1 × 104 M−1 s−1, 7,3 × 105 M−1 s−1, 3,6 × 104 M−1 s−1 et 0,40 M−1 s−1, respectivement.