Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La capacité de sorption des phosphates et la vitesse de percolation de différents milieux filtrants sont mesurées en utilisant des micro-colonnes. La capacité de sorption des phosphates par les milieux filtrants est déterminée en mesurant le volume utilisé d'une solution standard de phosphate (15,0 mg P/L) pour atteindre une concentration de phosphate de moins que 1,0 mg P/L à la sortie des micro-colonnes. La vitesse de percolation du milieu filtrant est déterminée en mesurant les débits des effluents recueillis. Le mélange homogène de 7% de Biofil organique et de 93% de sable, possédant la plus grande capacité de sorption des phosphates (environ 6,0 g P/kg substrat) et une vitesse de percolation de l'ordre de 5,9 ± 1,7 m/jour, est recommandé pour des essais séquentiels de traitement des eaux usées.

La cinétique de sorption des phosphates est étudiée pour les milieux réactionnels Biofil organique, Biofil minéral (le produit d'un traitement thermique du Biofil organique) et boues rouges. Pour les deux types de Biofil, le procédé de déphosphatation est initialement rapide: 30% et 55% de phosphate sont respectivement enlevés pendant la première heure sur le Biofil organique et le Biofil minéral. Pour le Biofil organique, après environ 24 heures, le pourcentage de phosphate enlevé atteint 75% et augmente peu par la suite. Dans le cas du Biofil minéral, le pourcentage de phosphate enlevé atteint 80% après seulement 6 heures et augmente beaucoup plus lentement. La sorption sur les boues rouges est faible et augmente relativement peu en fonction du temps.

La capacité de sorption des phosphates par ces milieux réactionnels en fonction de la concentration de phosphate en solution standard est étudiée par les isothermes de sorption. La capacité de sorption des Biofils augmente proportionnellement avec la concentration initiale de phosphate en solution standard. Après avoir atteint une concentration de phosphate d'environ 100,0 mg P/L, la capacité de sorption des Biofils varie peu. La capacité de sorption du Biofil minéral est environ 2 fois plus grande que celle du Biofil organique à la même concentration de phosphate (>10,0 mg P/L). La capacité de sorption des phosphates par les boues rouges est faible et ne varie pas beaucoup en fonction de la concentration de phosphate en solution standard. Les modèles de Langmuir et de Freundlich sont respectivement introduits pour expliquer la relation entre les phosphates fixés par les milieux réactionnels et la concentration de phosphate à l'équilibre dans les solutions standards. Le modèle de Langmuir est plus représentatif. Ceci indique que la sorption pourrait ressembler au dépôt d'une monocouche de molécules de soluté à la surface des sorbants.

Les isothermes de sorption des phosphates dans les deux types d'eaux usées par les Biofils sont étudiées. La capacité de sorption des phosphates est sensiblement la même pour les deux types d'eaux usées par le Biofil organique ou le Biofil minéral. Les Biofils sont presque aussi efficaces pour la déphosphatation des eaux usées municipales contenant peu de phosphate (<6,0 mg P/L). Cependant, à la même concentration de phosphate (>10,0 mg P/L), le Biofil minéral démontre une capacité de sorption des phosphates dans les eaux usées d'environ 2 fois plus grande que celle du Biofil organique.

L'effet du pH sur la capacité de sorption des phosphates par les Biofils est étudié. Le Tris-(hydroxymethyl-methylamine) à 0,1 N est utilisé comme tampon dans la solution de phosphate. La capacité de dephosphatation du Biofil est meilleure entre le pH 8,0 et 10,0. Une variation de température entre 7°C et 21°C a très peu d'influence sur la sorption des phosphates.

Pour les Biofils, le mécanisme de sorption semble dominer pour la dephosphatation des solutions contenant les concentrations de phosphate peu élevées. Pour les types des eaux usées traitées dans ce travail, la précipitation chimique entre le phosphate et le calcium en produisant la phase solide de phosphate de tricalcium semble impossible.