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Traitement des eaux usées – Chimie LibreTexts


Réactions de précipitation dans le traitement des eaux usées

On estime que les États-Unis utilisent environ 408 milliards de gallons d’eau par jour (1). En cours d’utilisation, que ce soit pour l’irrigation, la boisson, le bain ou les applications industrielles, il doit être nettoyé avant d’être réutilisé. Ce processus est appelé traitement des eaux usées et comprend les étapes majeures suivantes:

  1. dépistage
  2. sédimentation
  3. précipitation
  4. filtration
  5. absorption
  6. désinfection

Ci-dessous, une photographie d’une installation de traitement des eaux usées

Figure ( PageIndex {1} ) IWC replica Réplica de reloj File: WWT.jpg

Cet article se concentre sur la partie précipitation du processus (pour un aperçu de l’ensemble du processus, veuillez cliquer ici ou pour une vidéo, cliquez ici). Dans les réactions de précipitation, comme indiqué sur la page principale, les substances dissoutes dans l’eau réagissent pour former un solide. Le principal objectif de la partie précipitation du processus de traitement des eaux usées est d’éliminer les ions métalliques solubles et les phosphates de l’eau. Avant de se plonger dans les réactions, il est utile de réexaminer les règles de solubilité (à partir de la page CoreChem pour les réactions de précipitation).

Table ( PageIndex {1} ): Solubilités des composés
Soluble dans l’eau Exceptions importantes (insolubles) Peu soluble dans l’eau Exceptions importantes (solubles)
Tout Na+, K+et NH4+ sels Tous les carbonates et phosphates Groupe IA et NH4+ sels
Tous les nitrates et perchlorates Tous les hydroxydes Groupe IA, Ba2+, Sr2+
Tous les acétates Ag+ Tous les sulfures Groupe IA, IIA
Tous les sulfates Ba2+, Sr2+, Pb2+
Tous les chlorures, bromures, iodures Ag+, Hg22+, Pb2+

Les électrolytes suivants n’ont qu’une solubilité modérée dans l’eau:

CaSO4, Ca (OH)2, Ag2ALORS4, KClO4

Ils ne précipiteront que si des solutions plutôt concentrées sont utilisées.

Ci-dessous, une image descriptive montrant une réaction de précipitation dans un tube à essai. Un solide est formé par la réaction et peut ensuite être éliminé par filtration. Ce même processus est vrai dans les réactions de précipitation dans le traitement des eaux usées.

Élimination de Ca2+ et Mg2+

L’élimination de ces métaux alcalino-terreux est appelée adoucissement de l’eau. Le fait de ne pas les nettoyer de l’eau ne causera pas de problème de santé, mais peut entraîner des dépôts chimiques tout au long de la chaîne d’approvisionnement. Afin d’éliminer ces ions de l’approvisionnement en eau, 2 produits chimiques sont couramment utilisés, la chaux (Ca (OH)2) et le carbonate de sodium (Na2CO3). Cela se produit dans la voie chimique suivante:

Élimination du magnésium2+
La chaux soluble est maintenant divisée en Ca2+ et 2OH ions et la réaction chimique suivante se produit:

[ce{Mg(2+) (aq) + 2OH- (aq) -> Mg(OH)2 (s)}]

L’ion calcium est un spectateur dans ce cas et n’est pas modifié.

Élimination de Ca2+
Il y a maintenant les ions calcium d’origine qui étaient présents plus les ions calcium ajoutés par l’introduction de la chaux. Le carbonate de sodium est soluble, il est donc maintenant composé de Na+ et Cie32- ions. Les ions calcium sont éliminés par une réaction de précipitation avec les ions carbonate comme indiqué ci-dessous:

[ce{Ca(2+) (aq) + CO3(2-) (aq) -> CaCO3 (s)}]

Élimination de Fe2+ et Mn2+

Ces éléments de transition sont connus pour provoquer des taches et peuvent favoriser la croissance bactérienne. Les espèces sont oxydées, ce qui les rend solides, et sont-elles éliminées par filtration. Différents agents oxydants (accepteurs d’électrons) peuvent être utilisés, les réactions ci-dessous sont spécifiques au permanganate de potassium (pour l’élimination du fer) et au chlore (pour l’élimination du manganèse).

Élimination de Fe2+

Il y a 2 étapes dans ce processus. Première:

[ce{3Fe(2+) (aq) + MnO4- (aq) + 2H2O (l) -> 3Fe(3+) (aq) + MnO2 (s) + 4OH- (aq)}]

À des valeurs de pH élevées, le Fe3+ et OH puis réagissez:

[ce{Fe(3+) (aq) + 3OH- (aq) -> Fe(OH)3 (s)}]

Élimination de Mn2+

Comme pour l’enlèvement du fer, il y a 2 étapes. Première:

[ce{Mn(2+) (aq) + Cl2 (aq) -> Mn(4+) (aq) + 2Cl- (aq)}]

(Remarque: cela se fait à pH élevé)

Le Mn4+ forme des sels insolubles avec de nombreux anions différents, mais il peut être facilement éliminé par l’ajout d’oxygène

[ce{Mn(4+) (aq) + O2 (g) -> MnO2 (s) }]

Élimination des phosphates:

Comme dans le cas de l’élimination des ions magnésium, les phosphates peuvent être éliminés de l’approvisionnement public en eau avec l’addition de chaux. À mesure que la chaux se dissout, elle augmente le pH en raison de l’ajout d’ions hydroxyde et produit du Ca2+ ions. Ces ions calcium réagissent à pH élevé avec les phosphates par l’équation chimique ci-dessous:

[ce{10Ca(2+) (aq) + 6PO4(3-) (aq) + 2OH- (aq) -> Ca10(PO4)6(OH)2 (s)}]

Le complexe calcium / phosphate / hydroxyde résultant peut être facilement éliminé par filtration.

De ChemPRIME: 11.2: Réactions de précipitation

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