Une application du procédé d'oxydation avancé sur le traitement des eaux usées industrielles huileuses brutes

Oct 18, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3420 (2023) Citer cet article

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Le processus d'oxydation avancée, via le processus d'oxydation photo-catalytique, a été démontré dans cette étude comme l'une des techniques prometteuses de traitement simulé des eaux usées huileuses. Plusieurs facteurs efficaces tels que la concentration initiale d'huile, la dose de catalyseur, la vitesse d'agitation (rpm), la valeur du pH et la dose de peroxyde d'hydrogène (H2O2) influençant le taux de dégradation photocatalytique des eaux usées huileuses ont été étudiés. Le catalyseur utilisé dans ce travail était le dioxyde de titane (TiO2). La solubilité de l'huile dans l'eau a été augmentée à l'aide d'un émulsifiant. Les résultats ont indiqué que le processus d'oxydation photocatalytique a un bon pourcentage d'élimination de l'huile des eaux usées huileuses atteint à 98,43 % à des paramètres de fonctionnement optimaux de 1 g/L de concentration initiale d'huile, 850 tr/min, 8 pH, 3 mL H2O2 et 1,5 g/L de TiO2 après 40 min de temps d'irradiation. La réaction de dégradation suit une cinétique du premier ordre avec un coefficient de corrélation (R2) de 93,7 %. En fin de compte, l'application de processus d'oxydation photocatalytique à ces paramètres de fonctionnement optimaux sur des eaux usées industrielles huileuses collectées à partir d'un flux d'effluents de Ras Shukair à Red See fourni par Asuit Petrochemical Company a été réalisée en Égypte. Les résultats ont montré que la meilleure élimination de l'huile (99 %) était obtenue après l'ajout de 3 mL de H2O2 en un temps de réaction de 40 minutes par rapport à l'absence d'ajout de H2O2.

Les augmentations récentes de l'activité humaine au niveau des secteurs résidentiels1, agricoles2 et municipaux3 entraînent une augmentation des contaminants organiques dans les installations de traitement des eaux usées, ce qui entraîne un rejet dans les plans d'eau qui ne respecte pas les critères de sécurité et d'environnement. En raison de leur dangerosité, les eaux usées contaminées par l'huile peuvent en fait nuire à l'environnement. Avec le besoin de plus de stations-service pour desservir le nombre croissant d'automobiles, la proportion d'effluents pollués par le diesel/le gazole provenant de ces installations a également augmenté. Les humains qui utilisent du diesel ou du gazole peuvent avoir une irritation de la peau et des yeux, mais les impacts supplémentaires n'ont pas été bien étudiés4. Le diesel est une substance toxique car il contient des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui ont la possibilité de provoquer le cancer chez l'homme et sont nocifs pour la santé humaine5. Pour le rejet d'effluents huileux dans les eaux de surface ou les égouts, des normes et des réglementations ont été créées. Ces lois peuvent différer d'une nation à l'autre et même au sein d'une même nation.

La nécessité du traitement des eaux usées est dictée par l'augmentation mondiale du rejet d'eaux usées, des contrôles rigoureux des rejets jaillissants et une volonté constante de réutiliser les eaux usées traitées. La sélection des méthodes de traitement des eaux usées lisses est influencée par des facteurs tels que la composition des eaux usées, les défis administratifs, les prix, l'efficacité du traitement et l'utilisation finale des eaux usées6. Les techniques conventionnelles de traitement des eaux usées huileuses comprennent la flottation à l'air dissous, l'émulsification, la coagulation chimique, la séparation par gravité, la floculation, la sédimentation et le traitement biologique7. Cependant, ces méthodes nécessitent de longs temps de décantation, d'énormes espaces terrestres, et elles impliquent de graves problèmes de traitement des boues8. Les boues produites devront être traitées par de nouvelles méthodes telles que l'ajout de nanoparticules pour produire du biogaz à partir des boues9. Ainsi, selon la qualité de l'eau naturelle et le manque d'eau propre, le développement de technologies et de traitement des eaux usées bon marché est nécessaire.

Cependant, il est difficile de mettre au point une méthode ou une procédure unique pour satisfaire aux limitations requises pour l'écoulement en raison de la complexité de la teneur organique des eaux usées huileuses. À cet égard, les chercheurs travaillent continuellement pour créer une stratégie thérapeutique réussie. Les procédés d'oxydation avancés (AOP), une alternative aux méthodes de traitement traditionnelles, ont été recherchés pour le traitement des eaux usées contaminées par l'huile. Des intermédiaires hautement réactifs, tels que les radicaux hydroxyle (HO·), les radicaux sulfate, O2–·, H2O2 et O3 sont utilisés dans les AOP pour endommager et minéraliser les contaminants organiques dans les eaux usées par des processus d'oxydation10. Ces formes d'oxygène sont responsables de l'oxydation et de la réduction des composés fixés à la surface du catalyseur. Le principal mécanisme principal dans les procédés de traitement radicalaire AOP à base d'UV est l'utilisation de la lumière ultraviolette pour initier la génération de radicaux hydroxyle par photolyse directe du peroxyde d'hydrogène (H2O2), réactions photo-Fenton ou photocatalyse hétérogène. Pour le traitement de l'eau potable et les installations de réutilisation de l'eau, ses technologies sont établies et lancées. De plus, les scientifiques et les chercheurs travaillant dans le domaine de l'environnement étudient constamment un certain nombre d'AOP, y compris ceux liés au traitement électrochimique, à l'utilisation des faisceaux d'électrons, au plasma, aux micro-ondes et aux ultrasons. De tels processus comprennent des processus homogènes et hétérogènes qui peuvent être inclus par la lumière UV pour améliorer la réaction. Cette lumière UV peut provenir de la lumière naturelle du soleil ou d'une source de lampe artificielle simulée. Les processus homogènes tels que le réactif de Fenton, H2O2 et l'ozone et la photocatalyse hétérogène utilisant des semi-conducteurs tels que TiO2, Fe2O3, CdS, GaP, ZnS et ZnO11.

Lorsque davantage de composés biodégradables sont arrangés ensemble ou ajoutés à la minéralisation avec du dioxyde de carbone et de l'eau, ces catalyseurs provoquent la détérioration d'une matière naturelle extrêmement viable. Le type bien connu de dioxyde de titane (TiO2) utilisé dans la technologie de la photocatalyse. C'est le photocatalyseur le plus énergétique (300 nm < 1 < 390 nm) qui maintient la stabilité lors de cycles catalytiques répétés. Il présente également une stabilité chimique, physique et thermique élevée, ce qui garantit son utilisation généralisée et efficace dans le traitement des eaux usées et de l'eau.

Contrairement aux autres technologies de traitement de l'eau, la photo-catalyse a la capacité d'effectuer simultanément deux processus de purification : la réduction et l'oxydation. En plaquant les métaux sur la surface du catalyseur à l'aide d'électrons de la bande de conduction, la réduction est principalement efficace pour extraire les métaux dissous de l'eau. Le contaminant organique dissous est minéralisé grâce aux capacités d'oxydation du photocatalyseur12.

Dans cette étude, la technologie d'oxydation photo-catalytique hétérogène (UV/TiO2/H2O2) a été utilisée sur un échantillon réel d'eaux usées pour la minéralisation du pétrole provenant d'un flux d'effluents de Ras Shukair à Red See fourni par Asuit Petrochemical Company a été réalisée en Égypte. Le catalyseur, qui est souvent un semi-conducteur, est exposé à des radiations afin de produire des sites donneurs d'électrons (sites réducteurs) et des sites accepteurs d'électrons (sites oxydants), conférant aux réactifs redox un fort potentiel. L'effet du dosage du catalyseur TiO2, du dosage H2O2, de la vitesse d'agitation et de la concentration initiale en huile a été étudié sur cet échantillon réel.

Dans ce travail, les expériences ont été menées dans un réacteur à l'échelle du laboratoire dans un lot. Le montage expérimental utilisé est un cycle fermé comme le montre la figure 1. Il consiste en un réservoir en plastique d'une capacité de 6 L. Ce réservoir comprend de l'eau d'alimentation contaminée qui subira un traitement. Le réservoir est relié à l'entrée et à la sortie d'un réacteur tubulaire monté sur une plaque d'agitation magnétique chaude (MSH-300N, BOECO, Allemagne) pour maintenir une composition inchangée. Ce réacteur tubulaire est une unité UV précipices qui se compose d'une lampe UV pour améliorer la réaction et les flux d'entrée et de sortie d'eau. La longueur et le diamètre du tube sont respectivement de 45 cm et 10 cm. Un rayonnement UV (254 nm) a été généré à partir d'une lampe UV. Une lampe au mercure à moyenne pression Heraeus TNN 15/32, TQ 150 W (Allemagne) a été utilisée comme émetteur UV et source de lumière. La lampe était fixée perpendiculairement et plongée au sommet du réacteur. La lampe a été complètement plongée dans le réacteur cylindrique. La lampe UV a été gainée dans un manchon en quartz pour la protection. La distance entre la lampe et le réacteur a été fixée à 5 cm pour assurer une irradiation lumineuse maximale.

Réacteur du processus d'oxydation avancé basé sur les UV : (1) Sortie d'eau de refroidissement, (2) Lampe UV, (3) Réacteur, (4) Agitateur, (5) Entrée d'eau de refroidissement et (6) Agitateur magnétique.

La pompe est la première instrumentation utilisée dans l'expérience de circulation d'eau polluée à travers un réacteur tubulaire. Il donne un débit de sortie de 2000 mL/min. La deuxième instrumentation utilisée est centrifugée (modèle DLAB) pour séparer le TiO2 de la solution d'huile à mesurer sur un turbidimètre. Le turbidimètre (TU-2016) a été utilisé pour mesurer la concentration d'huile après centrifugation. La balance sensible (Ohaus Corp Pine Brook, NJ, USA, article AR 2140) a également été utilisée pour peser le nombre de grammes de catalyseur. Le pH de l'échantillon a été mesuré à l'aide d'un pH-mètre (modèle 3505 fabriqué par JENWAY Instruments, avec une résolution de 0,01 et une précision de ± 0,02). Le pH-mètre a été calibré quotidiennement via des tampons de pH 4 et pH 7.

Les réactifs utilisés dans cette expérience sont de l'eau distillée préparée dans les laboratoires du département de génie chimique, un catalyseur TiO2 (type anatase) ayant une granulométrie de 0,005 mm et une densité de 378 g/cm3, une solution H2SO4 diluée, une solution NaOH et la solution oxydante H2O2 utilisée dans cette l'expérience étaient de qualité analytique. Tous ces réactifs sont des qualités pures fournies par Merck).

L'intensité lumineuse de la lampe (20 W/m2 h) a été configurée pour être presque ferme tout au long des expériences. Une solution d'huile a été préparée dans une solution mère à une concentration de 1000 ppm et a ensuite été diluée aux concentrations requises en utilisant de l'eau distillée. Dans chaque essai expérimental, 5 L d'échantillon d'eaux usées huileuses avec une concentration d'huile définie ont été placés dans le réservoir d'alimentation en plastique. Une dose définie du catalyseur TiO2 a été ajoutée au réservoir d'alimentation avec un fort mélange. Ensuite, le peroxyde d'hydrogène (1 à 4 ml) a été ajouté à la solution. Pour éliminer l'effet d'adsorption, la suspension a été soumise à un mélange pendant environ 3 à 5 minutes en l'absence de lampe UV.

Dans l'expérience de la lampe UV, la pompe était reliée au réservoir et fonctionnait à un taux de vide spécifié, ainsi la solution contaminante circulait du réservoir en plastique au réacteur tubulaire et retour au réservoir en plastique et le cycle était répété. La solution a ensuite été soumise à une agitation via un agitateur magnétique pour mélanger efficacement la solution. Toutes les expériences ont été réalisées à température ordinaire (25 °C). Chaque expérience a duré 60 min et des échantillons (2 ml chacun) ont été prélevés de la solution d'huile à intervalles réguliers (10 min) à travers la vanne d'échantillonnage. Ensuite, les échantillons ont été centrifugés pour séparer la poudre de TiO2. Enfin, laissez les échantillons environ 10 min pour laisser TiO2 se déposer. L'élimination de l'huile a été démontrée avec la réduction de la turbidité des eaux usées huileuses.

Des dilutions d'échantillons concentrés d'une solution d'huile avec une concentration initiale de 1000 ppm sont effectuées sur 10 échantillons de 1000 à 100 ppm puis la turbidité de chaque échantillon est mesurée. La courbe d'étalonnage d'huile standard a été réalisée en enregistrant les valeurs de turbidité pour une gamme de concentrations connues de solution d'huile, comme illustré à la Fig. 2. Les lectures de turbidité de différents échantillons après les expériences ont été comparées à la courbe d'étalonnage et converties en concentration (ppm ) conditions.

Courbe d'étalonnage de l'huile standard.

L'élimination de l'huile des eaux usées au moyen de procédés d'oxydation avancés (AOP) tels que les procédés d'oxydation par photocatalyse a été étudiée en se basant sur divers paramètres décrits dans le tableau 1. Le procédé d'oxydation par photocatalyse a été optimisé dans une expérience par lots pour trouver les facteurs optimaux. à savoir. concentration initiale en huile, dosage du catalyseur TiO2, dosage du H2O2 et vitesse d'agitation (rpm). L'efficacité d'élimination de l'huile a été prise en compte par l'optimisation.

Le pH de la solution est un facteur important affectant la photolyse. Afin d'inspecter l'influence du pH sur l'oxydation photo-catalytique de la solution huileuse, une expérience photo-catalytique a été réalisée avec une variété de pH de 4 à 11 en présence de TiO2 à une concentration de 2 g/L, H2O2 = 3 mL, concentration d'huile initiale de 2 g/L et à 850 tr/min. La figure 3 illustre l'influence du pH sur le pourcentage d'élimination. Les résultats acquis ont montré que l'augmentation du pH de la solution jusqu'à pH 8 conduit à une augmentation de l'élimination de l'huile jusqu'à 84 % à 40 min de temps d'irradiation. À un pH inférieur, la corrosion de TiO2 s'est produite et la réaction photocatalytique a été bloquée en raison de la dissolution de Ti2+ dans la solution ainsi que de la réduction de l'adsorption d'huile sur TiO2. Cela conduit à une baisse du taux de décomposition13, 14.

Influence du pH de la solution sur l'efficacité d'élimination de l'huile.

Le pourcentage d'élimination de l'huile augmente avec le pH à mesure que la concentration en OH augmente à la surface du TiO2 dans le milieu basique par un trou de piégeage photo-induit15. Les huiles sont également constituées du groupe sulfate dans leur structure, qui est chargé négativement dans des conditions basiques (pH > 8). Ainsi, une adsorption efficace de l'huile est entravée par des causes d'électricité statique. Puis, à un pH modéré, c'est-à-dire entre 7 et 8 conditions idéales pour l'adsorption d'huile et la photo production de radicaux hydroxyles, on obtient le taux d'élimination d'huile le plus élevé en fonction du pH. De plus, il est évident que la vitesse d'oxydation photocatalytique augmente lorsque le pH des eaux usées huileuses s'élève à 8.

Pour examiner l'influence de la concentration initiale d'huile (Co) dans le procédé photocatalytique, les différentes valeurs de concentration initiale d'huile (0,5, 1, 1,5 et 2 g/L) ont été effectuées à pH 8, H2O2 = 3 mL, TiO2 = 1,5 g/L et 850 tr/min. La figure 4 illustre cette influence du Co de l'huile sur le pourcentage d'élimination. Il est évident que l'augmentation de la concentration en huile réduit le pourcentage d'élimination. Une fois que la concentration d'huile est passée de 0,5 à 2 g/L, l'élimination de l'huile a été réduite de 99,5 à 86,48 % en 40 min de temps de décomposition. Avec une augmentation de Co; de plus en plus d'huile est adsorbée sur la surface de TiO2. Cela conduit à moins de génération de OH·, car il y a seulement moins de sites actifs pour l'adsorption des ions hydroxyle et la génération de radicaux hydroxyle. De plus, au fur et à mesure que le Co augmentait, les photons incidents étaient adsorbés par l'huile avant de pouvoir atteindre la surface du catalyseur. Ensuite, l'absorption des photons par le catalyseur diminue, et donc la vitesse de décomposition de l'huile diminue12, 16, 17.

Influence de la concentration initiale d'huile sur l'efficacité d'élimination de l'huile.

L'influence de la capacité du catalyseur sur la décomposition de l'élimination de l'huile sur TiO2 avec une plage de (0,5 à 2 g/L) a été inspectée à 8 pH, 850 tr/min, les concentrations initiales d'huile et de H2O2 étaient de 2 g/L et 3 mL, respectivement. La quantité de semi-conducteur en tant que catalyseur est un facteur clé dans les études d'oxydation photo-catalytique hétérogène. Il convient de noter que la capacité du catalyseur affecte le nombre de sites actifs sur le photocatalyseur et la perméation du rayonnement à travers la suspension12. La figure 5 montre que le taux d'élimination de l'huile a été amélioré lorsque la quantité de catalyseur dans le réacteur a augmenté jusqu'à 2 g/Lover TiO2. L'augmentation du pourcentage d'élimination était due à l'augmentation de la génération d'OH• due à une activité catalytique de TiO2 plus élevée. Lors de l'exposition de TiO2 à la lumière UV, le trou positif et un électron sont produits dans la bande de valence (hv+vb) et la bande de conduction (e−cb). Les radicaux hydroxyle sont produits en raison de l'oxydation de l'eau adsorbée ou des ions hydroxyle par des trous dans la bande de valence sur la surface excitée comme décrit ci-dessous18. Les radicaux produits décomposent les particules d'huile, augmentant le taux d'élimination. Malgré cela, l'augmentation de la dose de TiO2 au-delà d'une valeur optimale (1,5 g/L) a un impact négatif sur le processus de décomposition. Ceci est une conséquence du fait que les molécules de TiO2 en débordement y élèvent l'obscurité de la suspension en réduisant la perméation de la lumière dans la solution, ce qui conduit à une diminution du nombre de OH·, et ces explications ont également été énoncées dans les recherches précédentes19 , 20.

Influence des concentrations de dioxyde de titane (TiO2) sur la dégradation de l'huile.

Toute augmentation supplémentaire de la concentration en catalyseur entraîne une réduction de l'efficacité de l'élimination de l'huile qui peut être illustrée au moyen de la diffusion de la lumière générée par le catalyseur de photoréserve en suspension21. Simultanément, du fait de l'augmentation de la turbidité de la suspension, il y a une diminution de la pénétration lumineuse due à l'augmentation de l'effet diffusant, et donc la taille de la suspension photo-activée diminue22. Une concentration de 1,5 g/L de TiO2 présentait la meilleure exécution d'élimination d'huile. Lorsqu'un excès de quantité de TiO2 était absorbé, la surface était saturée, puis l'intensité de la lumière était ainsi atténuée en raison de la pénétration réduite de la lumière et de la diffusion de la lumière augmentée23.

L'additif de H2O2 est un important pour améliorer l'efficacité de l'oxydation photo-catalytique puisqu'il est utilisé comme accepteur d'électrons24. Différentes concentrations de H2O2 (1 à 4 ml) ont été ajoutées à la solution et irradiées avec de la lumière UV. La figure 6 montre l'influence de H2O2 sur le pourcentage d'élimination de l'huile sous les paramètres de fonctionnement de concentration initiale d'huile égale à 1 g/L, TiO2 égale à 1 g/L, pH 8 et vitesse d'agitation de 850 tr/min. À partir de cette figure, on peut observer que l'élimination des dépôts d'huile a augmenté la décomposition à mesure que la concentration de H2O2 est passée de 1 à 3 mL, atteignant un pourcentage d'élimination extrême de 83,8 % à 3 mL après 40 min de temps d'irradiation. L'additif de H2O2 au-dessus de cette valeur a eu un effet négatif comme mentionné dans de nombreuses recherches précédentes11, 12, 20. La raison de ce phénomène est que les radicaux hydroxyle produits par la photodégradation directe du peroxyde d'hydrogène sont les principaux types responsables du processus de décomposition. La raison de ce phénomène est que les radicaux hydroxyle produits par la photo-dégradation directe du peroxyde d'hydrogène sont les principaux types responsables du processus de décomposition. Il a été prévu que l'augmentation de la concentration en H2O2 minimise la vitesse de décomposition de l'huile en raison de la réaction du peroxyde d'hydrogène avec ces radicaux produisant du HO2·. Étant donné que les radicaux HO2· ne sont pas aussi réactifs que HO·, une faible décomposition peut alors s'installer, agissant ainsi comme un agent inhibiteur. Une autre raison, à mesure que les concentrations de H2O2 augmentent, l'intensité lumineuse diminue, car le H2O2 absorbe également les lumières dans le système et entraîne une baisse de l'efficacité de la dégradation. L'augmentation de l'intensité lumineuse a eu un effet positif sur la photo-dégradation et a amélioré la vitesse de réaction25.

Influence des concentrations de H2O2 sur la décomposition de l'huile.

Si H2O2 est faible, la formation de HO• sera également minimale, ce qui réduira l'efficacité du traitement. Par conséquent, l'équilibre doit être préservé entre les niveaux excédentaires et déprimés de H2O210, 26.

Pour décider de l'influence de la vitesse d'agitation sur le pourcentage d'élimination d'huile, des tests ont été exécutés à une concentration d'huile de Co de 1 g/L, 1,5 g/L de TiO2, 8 pH et 1 mL de H2O2. Les résultats finaux sont démontrés à la Fig. 7 qui montrent que l'efficacité d'élimination de l'huile augmente pour atteindre un maximum de 85,98 % à une vitesse d'agitation de 850 tr/min après 40 min d'irradiation après quoi elle a tendance à chuter à 78,36 % à 1000 tr/min.

Influence de la vitesse de rotation sur la décomposition de l'huile.

De nombreux types d'AOP tels que les procédés UV, photocatalyse TiO2, UV/TiO2, UV/H2O2 et TiO2/UV/H2O2 ont été inspectés pour la décomposition de l'huile dans les eaux usées huileuses. Une comparaison de ces différents AOP a été faite dans des conditions de fonctionnement optimales (concentration initiale d'huile de 1 g/L, 850 tr/min, pH 8, 3 mL H2O2 et 1,5 g/L de TiO2 après 40 min de temps d'irradiation) comme expliqué à la Fig. 8 Les résultats ont noté que le procédé TiO2/UV/H2O2 présentait une efficacité supérieure d'élimination de l'huile (98,43 %) dans les eaux usées huileuses. La même figure explique que l'ajout de H2O2 au procédé UV/TiO2 augmente évidemment le pourcentage d'élimination de l'huile car H2O2 joue le rôle d'accepteur d'électrons. Ce phénomène peut être élucidé par le fait que la décomposition de l'huile est fondamentalement contrôlée au moyen des radicaux hydroxyle générés par la conjonction de TiO2 et H2O2 dans le système H2O2/TiO2/UV. Comme le montre également la même figure, le pourcentage d'élimination d'huile dans le cas de TiO2 seul (procédé sombre) est dû à l'effet de l'adsorption de TiO2 uniquement. D'autre part, dans les processus légers photo-assistés en présence de lumière UV, l'élimination de l'huile se produit sous l'effet de la génération de l'agent oxydant puissant (radicaux hydroxyles libres OH.) par exemple (UV/TiO2, UV/H2O2 , procédés UV/TiO2/H2O2). Les radicaux hydroxyles produits sont la principale raison de la dégradation des contaminants organiques et des polluants dans l'échantillon d'eaux usées, comme indiqué dans la littérature27.

Influence des procédés UV, photocatalyse TiO2, UV/TiO2, UV/H2O2 et TiO2/UV/H2O2 sur un pourcentage d'élimination d'huile.

La durée de vie du catalyseur est un agent définitif pour définir la capacité du processus de dégradation photocatalytique des eaux usées huileuses et pour évaluer sa faisabilité dans le monde réel. Une réduction des coûts élevés peut également être obtenue si le photocatalyseur peut être utilisé pendant une période plus longue. La perturbation du catalyseur par décomposition photocatalytique peut augmenter considérablement le coût d'exploitation en raison de l'altération persistante du catalyseur requis.

Le processus de centrifugation et la remise en suspension augmentent l'accumulation des particules et ainsi diminuent la surface spécifique. Ils ont proposé que la perturbation du photocatalyseur puisse être soulagée au moyen de techniques supérieures de dispersion ou de rinçage des particules.

Différentes techniques de réactivation du catalyseur ont été mises en œuvre. La contamination organique du catalyseur peut être corrigée par des calcinations, la combustion de matières organiques et le maintien de la stabilité et de la réutilisation du catalyseur28,29,30]. Cependant, ce processus consomme de l'énergie supplémentaire. Par conséquent, ici le catalyseur a été recyclé 5 fois. Le catalyseur a été récupéré par rinçage avec de l'acide chlorhydrique dilué et de l'eau, et là la recyclabilité a été examinée. On remarque que le pourcentage d'huile d'élimination a diminué à 60 %. Il a été observé que le pourcentage d'huile d'élimination a diminué à 84,37 %, 70,49 %, 57,13 %, 20,2 % et 15,74 % lors du 1er, 2e, 3e, 4e et 5e recyclage du photocatalyseur, respectivement, comme expliqué à la Fig. 9. Dans notre étude, il est recommandé de réutiliser le catalyseur trois fois.

Influence du recyclage du photocatalyseur sur le pourcentage d'élimination de l'huile.

Le tableau 2 clarifie la vitesse de réaction d'une concentration d'huile initiale de 1 g/L, TiO2 de 1,5 g/L, 850 tr/min et H2O2 de 3 mL. La forme linéaire des modèles cinétiques du premier et du second ordre peut être présentée dans les équations. (10, 11).

où Co est la concentration initiale d'huile et Ct est la concentration au temps d'irradiation t, K1 et K2 sont respectivement des constantes de vitesse du premier et du second ordre en min−1 et L g−1 min−1, t est le temps de dégradation (en min). Un tracé ln Ct et [\(\frac{1}{Ct}-\frac{1}{Co}\)] en fonction du temps pour chaque expérience conduit à une droite dont la pente est respectivement K1 et K2. L'analyse de régression des courbes de concentration en fonction du temps de dégradation indique que la vitesse de réaction peut être décrite au moyen d'une cinétique du premier ordre. Le résultat est illustré à la Fig. 10.

La vitesse de réaction de 1 g/L de concentration d'huile initiale à des paramètres de fonctionnement optimaux. (a) Équation du premier ordre (b) Équation du second ordre.

Le traitement d'eaux usées huileuses collectées à partir d'un flux d'effluents de Ras Shukair à Red See fourni par Asuit Petrochemical Company a été étudié. Les eaux d'égout de ces industries contiennent naturellement des graisses, des huiles et des graisses mélangées à une variété de substances dissoutes (organiques et/ou inorganiques) en suspension à des concentrations élevées. S'ils ne sont pas traités avant d'être rejetés dans un terrain découvert ou dans des cours d'eau, cela entraîne des problèmes environnementaux et des risques pour la santé. Pour éviter ces types de problèmes, un processus est mis en place pour le prétraitement des eaux d'égout huileuses. Le processus de traitement a été réalisé aux paramètres de fonctionnement optimaux mentionnés ci-dessus (1 g/L de concentration initiale en huile, TiO2 de 1,5 g/L, pH 8 et 850 tr/min). Les résultats finaux sont illustrés à la Fig. 11. Ceux-ci expliquent que le pourcentage maximal d'élimination d'huile (99 %) atteint en ajoutant 3 mL de H2O2 en un temps de réaction de 40 min. Le % d'élimination d'huile sans ajout de H2O2 était de 75 %. Cela a prouvé que l'ajout de H2O2 est un moyen significatif d'améliorer l'efficacité de l'AOP.

Ajout d'effet H2O2 sur un pourcentage d'élimination d'huile.

Premièrement, UV/TiO2/H2O2 a été utilisé pour inspecter la performance AOP de la décomposition de l'huile dans les eaux usées simulées dans l'étude actuelle. Les facteurs optimaux pour le processus se sont révélés être les suivants : 1 g/L de concentration initiale d'huile, TiO2 de 1,5 g/L, 850 tr/min, pH 8 et H2O2 de 3 mL. À ces facteurs optimaux, 98,43 % de l'huile a été éliminée des eaux usées huileuses après un temps de réaction de 40 min. Cette étude a révélé que l'oxydation photocatalytique par UV/TiO2/H2O2 est efficace dans le traitement des eaux usées huileuses. Deuxièmement, le traitement des eaux d'égout huileuses collectées à partir d'un flux d'effluents de Ras Shukair à Red See fourni par Asuit Petrochemical Company a été étudié à ces paramètres optimaux. Le pourcentage d'élimination maximal (99 %) a été atteint en un temps de réaction de 40 min avec 3 ml de H2O2. En rinçant cinq fois le catalyseur dans de l'acide chlorhydrique dilué et de l'eau, la recyclabilité du catalyseur a été évaluée. Selon nos études, le catalyseur doit être utilisé trois fois. Troisièmement, une analyse de la cinétique de dégradation de l'huile a également été réalisée afin d'élucider un effet optimal des facteurs de fonctionnement sur la constante de vitesse de la réaction de décomposition. La réaction de décomposition suit une cinétique du premier ordre avec un R2 de 93,7 %.

Les jeux de données sont disponibles dans le manuscrit. Toutes les informations et données supplémentaires sont disponibles sur demande raisonnable. Les données et le matériel peuvent être partagés avec l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Département d'ingénierie, de mathématiques et de physique, Institut supérieur d'ingénierie, Académie El-Shorouk, Le Caire, Égypte

Heba A. El-Gawad

Département de génie chimique, Faculté de génie, Université de Minia, Minya, Égypte

Ebrahim Esmaïl Ebrahim

Département de génie chimique, Canal High Institute for Engineering and Technology, Suez, Égypte

Montaser Y. Ghaly, Ahmed A. Afify & RM Mohamed

Département de génie chimique et d'usine pilote, Centre national de recherche (NRC), Le Caire, Égypte

Montaser Y. Ghaly

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EEE et MYG ont conceptualisé l'étude. HAE-G. et RMM ont contribué à l'acquisition des données. HAE-G., EEE, MYG, AAA et RMM ont effectué l'analyse des données et généré les tableaux et les chiffres. AAA a contribué à l'écriture, à la révision et à l'édition. Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance à RM Mohamed.

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El-Gawad, HA, Ebrahiem, EE, Ghaly, MY et al. Une application du processus d'oxydation avancé sur le traitement des eaux usées industrielles huileuses brutes. Sci Rep 13, 3420 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29263-y

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Reçu : 01 décembre 2022

Accepté : 01 février 2023

Publié: 28 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29263-y

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