Oxydation humide des polluants organiques par l'oxygène moléculaire activée par le couple H²O²/Fe²+: Optimisation des paramètres opératoires

L'oxydation humide par l'oxygène moléculaire (procédé WAO) activée par le couple (H202/Fe2+) a été mise en oeuvre pour l'oxydation de la pollution organique aqueuse à travers deux composés modèles: l'acide succinique, normalement oxydable, et l'acide acétique, réputé réfractaire. L'influence des différents facteurs a été étudiée par la planification d'expériences. Après leur recensement, une étape préliminaire de criblage a été menée à bien en utilisant une matrice de Plackett et Burman. Seuls les paramètres les plus influents ont été gardés pour l'étape ultérieure d'établissement de modèles prévisionnels à partir d'une matrice composite centrée orthogonale. Les modèles établis ont été validés et ont permis de déterminer les conditions optimales de fonctionnement. L'effet de la température fait apparaître un optimum, à environ 200 °C, au-delà duquel la décomposition du peroxyde devient trop rapide. L'effet de la quantité de peroxyde d'hydrogène introduit est déterminant et l'ajout de moins de 20 % de la quantité stoechiomé- trique permet d'obtenir à 200 °C, avec environ 10 ppm de sels de fer, une efficacité de traitement d'environ 70% pour un composé normalement oxydable. Dans des conditions analogues, le procédé conventionnel sans promoteur conduit à une efficacité inférieure à 5 %.Wet air oxidation (WAO) is a liquid phase oxidation process using molecular oxygen at high temperature (250-300°C) and high pressure (50-150 bar). It can help treating toxic organic aqueous wastes from chemical industries with efficiencies up to 98% after 1 hour. The process can also help treating sludges from domestic sewage treatment facilities. It is usually very cost effective because of the very high operating pressure.This paper deals with the promoted wet air oxidation of acetic acid, rnodel compound for refractory wastes, and succinic acid, model for readily oxidized wastes. The study was conducted in order to determine the promoting effect when adding small dosages of hydrogen peroxide (with iron salts) during oxidation by molecular oxygen. It was previously shown that the initiating step is very temperature dependent (Reaction I) and limits the overall oxidation process The addition of small amounts of H2O2/Fe2+ (Fenton's reagent) can promote the forrnation of very reactive OH• radicals able to develop R• radicals (Reaction IV), even at a low temperature. Then, the oxidation (Reactions VI and VII) continues using molecular oxygen, but the peroxide should be added continuously during a batch test in order to maintain the initiating step.An optimal design methodology was used in order to assess the dependency of the oxidation effrciency on the various parameters and mainly on the promotors. At frrst, a Plackett and Burman design of experiments (PE1) was used to screen the most important variables among those likely to have an effect. The design of experiments, the conditions of the runs and the results (tables 1 to 3) allowed the determination of a new experimental domain and the selection of the four most important variables for the further design of experiments. At the same time, the effect of an addition of phenol (able to reduce iron to the ferrous species, more efficient) was considered. For succinic acid oxidation, a central composite optimal design (PE2) was used (tables 4 and 5). The results allowed us to establish a predictive model (Relationship lX, table 6 and figure 2) and typical results are presented in figures 3 and 4. Approximately 50% oxidation efficiencies could be obtained at 200°C; without peroxide addition, only 5% efficiency is obtained under similar conditions. Moreover, it was observed that the optimum temperature is around 205°C and that phenol is not compatible with peroxide as a promotor. A third optimal design (PE3) was used to predict the efficiency of the method for the treatrnent of acetic acid, a model for a refractory waste. It is composed only of a fractional factorial design (table 7 and 8) and the bias corresponds to the main quadratic effect of temperature (Relationship XIII and table 10). The optimum temperâture is also 205°C and greater than 20% oxidation efficiencies are obtained; at such a temperature, acetic acid cannot be oxidized with the conventional process.The results obtained for the two model compounds validate this oxidation technique. The addition of about 10 ppm of ferrous iron and of less than 20% of the stoichiometric amount in hydrogen peroxide can turn a high pressure WAO process into a medium pressure one

Preparation and characterization of electrolytic alumina deposit on austenitic stainless steel

Conversion coating modified by alumina has been studied as a way for improving the resistance to thermal oxidation of an austenitic stainless steel. Conversion coating, characterized by a particular morphology and strong interfacial adhesion with the substrate, facilitate the electrochemical deposition of ceramic layers and enhance their adhesion to the substrate. The influence of the current density and treatment time on alumina deposit was studied using statistical experimental designs like Doehlert uniform shell design. After heating, coatings present a continuous composition gradient with refractory compounds at the surface. The behavior at high temperature (1000 8C) of the alumina coating was investigated. The presence of alumina increases the oxidation resistance of an austenitic stainless steel at 1000 8C. The morphology and the chemical composition of the deposit are analyzed. Results on the thermal stability of coating on austenitic stainless steel are presented

Neural network modeling of the photocatalytic degradation of 2,4-dihydroxybenzoic acid in aqueous solution

Artificial neural networks have been used for modeling the TiO$_2$ photocatalytic degradation of 2,4-dihydroxybenzoic acid, chosen as a model water contaminant, as a function of the concentrations of substrate and catalyst. The experimental design methodology was applied to the choice of an appropriate set of experiments well distributed in the experimental region (Doehlert uniform array). Contrary to a classical treatment of the data, based on apparent rate constants modeled by a quadratic polynomial function, neural network analysis of the same experimental data does not require the use of any kinetic or phenomenological equations and allows the simulation and the prediction of the pollutant degradation as a function of irradiation time, as well as prediction of reaction rates, under varying conditions within the experimental region

Experimental Design: Application to the Development of a Treatment to Inhibit the Deposition of Barium Sulfate Liable to Be Formed in Enhanced Oil Recovery by Waterflooding Planification d'expériences : application à la mise au point d'un traitement inhibiteur du depôt de sulfate de baryum susceptible de se former en récupération assistée du pétrole par injection d'eau

For technical and economic reasons, waterflooding is the most widely-used method in enhanced oil recovery [1]. In many situations, unfortunately, the formation water is incompatible with the injection water. The deposits and corrosion induced by the various reactions of this incompatibility cause irreversible damage, which is especially dangerous for the reservoir rock and the downhole and surface production facilities. This study is concerned exclusively with barium sulfate deposits liable to occur in surface production facilities by the mixing of injection water loaded with sulfate (1300 mg. 1 to the power of (-1)) with a formation water with a high barium concentration (1200 mg. 1 to the power of (-1)) [2]. Pour des raisons techniques et économiques, l'injection d'eau dans les réservoirs est la méthode la plus employée dans la récupération du pétrole. Malheureusement, dans bien des cas, l'eau en place dans le gisement est incompatible avec l'eau injectée. Les dépôts et les corrosions causés par les diverses réactions physico-chimiques de cette incompatibilité provoquent des dégradations irréversibles particulièrement dangereuses pour les installations de production de fond comme de surface et quelquefois pour la roche réservoir elle-même. Dans le cadre des travaux de recherche relatifs à l'inhibition des dépôts de sulfate sur le champ algérien de Tin Fouyé Tabankort, cette étude a eu pour objectif de sélectionner et d'adapter aux conditions spécifiques de la production un traitement de prévention des dépôts par injection d'un agent inhibiteur. Elle concerne exclusivement les dépôts de sulfate de baryum pouvant apparaître dans les installations de production par mélange d'eau d'injection très chargée en ion sulfate (1300 mg. 1 puissance(-1)) avec une eau de gisement très concentrée en élément baryum (1200 mg. 1 puissance(-1)). Une méthode expérimentale au laboratoire, faisant appel à des mesures de type électrochimique, a permis d'obtenir des informations relatives aux propriétés d'incrustation des dépôts de sulfate de baryum et à leur inhibition, et aux phénomènes de corrosion associés. Cette étude a montré l'extrême complexité des phénomènes mis en jeu et compte tenu du nombre élevé des paramètres susceptibles d'intervenir, on a eu recours à une méthode de planification d'expériences faisant appel aux plans factoriels fractionnaires. Cette démarche a permis, avec un nombre minimum d'expériences, d'avoir une estimation de l'importance des différents facteurs et de leurs interactions. Parmi les facteurs susceptibles d'intervenir par leur variation sur l'évolution de la réponse dans le domaine experimental choisi, les cinq paramètres suivants ont été retenus : - proportion du mélange des eaux; - nature de l'inhibiteur; - concentration de l'inhibiteur; - régime d'écoulement ; - température. A chaque facteur a été attribué deux niveaux distincts constituant ainsi les bornes du domaine expérimental. Le type de l'agent inhibiteur étant un facteur discontinu et qualitatif, les niveaux attribués sont donc discrets et ont été choisis dans deux grandes familles de produits: - les polyacrylates ; - les organophosphonates. En ce qui concerne le régime d'écoulement, ce sont les deux régimes extrêmes rencontrés à l'intérieur d'une conduite qui ont été retenus : - laminaire; - turbulent. Deux plans consécutifs ont ainsi montré que la méthode de planification d'expériences faisant appel aux matrices factorielles était bien adaptée à l'étude d'un traitement préventif des dépôts. L'importance du facteur régime d'écoulementa été mis en évidence alors que le facteur mélange des eauxn'a pas le rôle que l'on aurait pu supposer. La méthode a également permis de remarquer l'efficacité particulière des polyacrylates sous réserve d'adapter leur concentration et leur poids moléculaire aux conditions thermodynamiques et aux divers mélanges des eaux. Cette méthodologie devrait donc permettre à terme de fournir les éléments nécessaires à une modélisation et à l'élaboration d'un système intelligent capable de gérer un traitement de dépôts généralisé

Experimental Design: Application to the Development of a Treatment to Inhibit the Deposition of Barium Sulfate Liable to Be Formed in Enhanced Oil Recovery by Waterflooding

For technical and economic reasons, waterflooding is the most widely-used method in enhanced oil recovery [1]. In many situations, unfortunately, the formation water is incompatible with the injection water. The deposits and corrosion induced by the various reactions of this incompatibility cause irreversible damage, which is especially dangerous for the reservoir rock and the downhole and surface production facilities. This study is concerned exclusively with barium sulfate deposits liable to occur in surface production facilities by the mixing of injection water loaded with sulfate (1300 mg. 1 to the power of (-1)) with a formation water with a high barium concentration (1200 mg. 1 to the power of (-1)) [2]

New membrane-photochemical processes for turbid water treatment

communication oral

Wet Oxidation of Carboxylic Acids with Hydrogen Peroxide. Wet Peroxide Oxidation (WPO ® ) Process. Optimal Ratios and Role of Fe:Cu:Mn Metals

International audienceThe wet peroxide oxidation process (WPO®) which was developed at the laboratory uses the Fenton's reagent at high temperature. But the reaction efficiency is limited by the accumulation of volatile fatty acids such as oxalic, malonic, succinic and acetic acids (hereafter OMSA). In order to improve the efficiency of the original process, different transition metal ions are tested as catalyst. The experimental results indicate that the system using homogeneous Fe, Cu, and Mn is a promising one. The oxidation of carboxylic acids is quite completed under mild working conditions (T < 100°C, pH = 3, p = 1 atm, reaction time = 1 h, stoichiometric quantity of H2O2 = 1.5). Optimal design methodology is applied to the catalytic mixture Fe:Cu:Mn in order to determine the optimal proportions of each metal. This results in the determination of an important synergistic effect between the metals and an optimal zone. Cu(II), Mn(II) or Fe(II) alone have a slight catalytic effect while the association is very effective on the oxidation of the mixture of carboxylic acids (OMSA). This apparent synergetic effect existing among them can be explained by the main specific roles of Cu(II) and Mn(II) ions. They respectively enhance significantly the oxidation rate of acetic and oxalic acids

A new combination between membrane and photocatalytic reactor for depollution of turbid water

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Optimisation du dépôt "couche de conversion/oxyde de titane" sur acier inoxydable F17

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