Procédé AD-OX d'élimination de polluants organiques non biodégradables (par adsorption puis oxydation catalytique)

Vers un nouveau procédé séquentiel AD-OX (Adsorption–Oxydation) de traitement d'eau par charbon actif nous avons examiné les deux étapes séparément, pour des polluants peu biodégradables (phénol et acide 4-hydroxybenzoïque (4AHB), seuls et en mélange). Les isothermes d'adsorption sur charbon actif neuf, puis après oxydation catalytique, ont été obtenues à température ambiante et à 150°C. Les mélanges binaires ont aussi été testés montrant l'adsorption très préférentielle du 4AHB. L'oxydation a d'abord été étudiée en mode discontinu. Les lois cinétiques sont obtenues après optimisation d'un modèle incluant à la fois la diffusion et la variation de masse adsorbée pendant la réaction. En mode continu, en réacteur à lit fixe, ascendant (lit noyé) et descendant (lit ruisselant), des conditions opératoires variées (pression d'oxygène et débit liquide) sont étudiées. Le modèle complet inclut la vaporisation et les transferts de matière et de chaleur. Enfin, la faisabilité du procédé AD-OX est démontrée

AD–OX: A sequential oxidative process for water treatment— Adsorption and batch CWAO regeneration of activated carbon

A sequential process for water treatment involving usual adsorption on activated carbon (AC) followed by wet air catalytic oxidation of the adsorbed pollutants has been carried out in a fixed bed reactor with a mixture of two model pollutants. The first step achieves water purification while the second one reduces the organic pollution but also, more importantly, performs some AC in situ regeneration. The experimental work has been done with AC yet extensively used and stabilized by long range continuous oxidation. The two steps have been analyzed successively showing very important drop of adsorption capacity with respect to fresh AC but efficient oxidative partial regeneration. As expected with used AC no more evolution occurs in between two consecutive runs. The first step of competitive adsorption has been simulated by a model leading to higher diffusivities than estimations based on correlations. The main features of the complex second step, involving simultaneous non-isothermal desorption and three phase catalytic reaction, are qualitatively explained

Catalytic Wet Air Oxidation of Aqueous Organic Mixtures

Catalytic Wet Air Oxidation (CWAO) has been investigated for the treatment of water contaminated by 4-hydroxybenzoic acid (4HBA) and equimolar mixture of phenol-4HBA. Both batch measurements for kinetics determination and continuous fixed bed operation have been performed on the same Activated Carbon (AC). After a fast initial deactivation AC was proved stable and efficient at moderate temperature and oxygen pressure, like for phenol degradation. The kinetic study in the case of highly adsorbing material as AC may require complex approach to account for the variation of adsorbed reactants during batch oxidation. Adsorption isotherms at reaction temperature and with aged AC have been obtained according to Langmuir equation and used in 4HBA mass balance to derive more significant kinetic parameters. At high catalyst loading and relatively low pollutant concentration, the variation of 4HBA during the batch may be even higher on the solid than in the aqueous phase

Competitive adsorption of p-hydroxybenzoic acid and phenol on activated carbon : experimental study and modelling.

The competitive adsorption of phenol and p-hydroxybenzoic acid (4HBA) has been investigated on activated carbon (AC) for a wide range of concentrations under unbuffered conditions. The results show a preferential adsorption of 4HBA which can be explained by the lower solubility of 4HBA and the electrostatic interactions between the AC and the ionic form of the molecule in this range of pH. The Langmuir isotherm is found suitable to describe the single-component adsorptions, indicating a monolayer adsorption in accordance with the microporous nature of the AC. Then the empirical extended Langmuir model and the predictive Ideal Adsorption Solution Theory model have been compared for competitive adsorption. When using parameter values optimized for single pollutants, both models show rather poor agreement with mixture data. However after fitting the extended Langmuir parameters with the whole data set, better results can be obtained, showing that there is some peculiar behaviour of the mixture under oxic conditions, probably tied to the effect of 4HBA on the irreversible adsorption of phenol

Adsorption Competitive du Phenol et de l'Acide Phydroxy Benzoique sur Charbon Actif

Le traitement des rejets industriels constitue actuellement un problème écologique majeur. Certains composés organiques, le plus souvent aromatiques de type phénols, présents dans ces effluents industriels ne peuvent pas être traités par les stations d’épuration conventionnelles car leur toxicité perturbe le traitement par voie biologique. Un prétraitement devient alors nécessaire conduisant au développement de procédés variés dont le procédé ADOX, proposé par le LGC Toulouse, basé sur une adsorption sur charbon actif suivie d’une oxydation catalytique dépolluante et régénérant le charbon. Ce travail s’inscrit dans la première étape d’adsorption de ces composés aromatiques sur charbon actif. Les eaux industrielles contiennent en général plusieurs composés organiques aromatiques. Or,la plupart des études relatives à l’adsorption sur charbon actif ont été effectuées sur des eaux synthétiques à un seul constituant comme le phénol par exemple. Afin de nous rapprocher de la composition d’effluents réels et de quantifier la compétition d’adsorption entre différents composés dérivés, nous avons choisi d’étudier un mélange à deux constituants : le phénol etl’acide p-hydroxy benzoïque. Au cours de cette étude, les deux adsorptions sont d’abord étudiées séparément. Nous avons obtenu les dynamiques d’adsorption à différentes concentrations, pour deux types de charbon actif et pour des diamètres de grains variables. A 298 K, ces deux constituants présentent des dynamiques d’adsorption sensiblement différentes alors que leur structure chimique est proche. L’adsorption du phénol atteint rapidement l’équilibre laissant supposer une adsorption mono-couche, essentiellement limitée par la diffusion dans les pores, alors quel’acide p-hydroxy benzoïque présente une adsorption plus poussée avec une cinétique pluslente reflétant ainsi un mécanique plus complexe. Ces premiers résultats nous ont permis d’estimer les coefficients de diffusion de chaque espèce et d’établir les isothermes d’adsorption. Pour le phénol, selon le type de charbon,l’isotherme peut présenter un palier. En effet, à partir d’une certaine valeur de la concentration la quantité de phénol adsorbé est maximale et le charbon est saturé. Ce phénomène a permis de montrer que le modèle de prévision de Langmuir est plus adapté que celui de Freundlich pour ce type de charbon. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons étudié plusieurs mélanges d’acide phydroxy benzoïque et de phénol. Nous avons choisi de mettre en évidence l’influence de la présence de l’acide p-hydroxy benzoïque sur l’adsorption du phénol et sur l’adsorption totale. Les résultats obtenus ont montré l’importance du phénomène de compétition d’adsorption et ont confirmé une différence de mécanisme d’adsorption entre les deux composés aromatique

Catalytic Oxidation of 4-Hydroxybenzoic Acid on Activated Carbon in Batch Autoclave and Fixed-Bed Reactors

Catalytic Wet Air Oxidation (CWAO) has been investigated for the treatment of water contaminated by 4-hydroxybenzoic acid (4HBA). Both batch measurements for kinetics determination and continuous trickle bed operation have been performed on the same Activated Carbon (AC). After a fast initial deactivation AC was proved stable and efficient at moderate temperature and oxygen pressure, like for phenol degradation. The kinetic study in the case of highly adsorbing material as AC may require complex approach to account for the variation of adsorbed reactants during batch oxidation. Adsorption isotherms at reaction temperature and with aged AC have been obtained according to Langmuir equation and used in 4HBA mass balance to derive more significant kinetic parameters. At high catalyst loading and relatively low 4HBA concentration, the variation of 4HBA during the batch oxidation may be even higher on the solid than in the aqueous phase. Some data in continuous trickle bed reactor or upflow flooded bed reactor indicate a similar oxidation behavior as in batch mode despite very different liquid-solid ratios

Procédé AD-OX d'élimination de polluants organiques non biodégradables (par adsorption puis oxydation catalytique)

To evaluate a new sequential adsorption oxidation (AD-OX) process on activated carbon for the remediation of poorly biodegradable water pollutants (phenol and 4-hydroxybenzoic acid (4HBA), pure or mixed), the two steps were investigated separately. Adsorption isotherms at room temperature and 150C, on fresh activated carbon, and on aged carbon after catalytic oxidation were determined. Mixtures of the pollutants were also tested showing a much stronger adsorption of 4HBA. The oxidation step was first studied in a semi-batch mode. Kinetic laws were obtained by optimising a model including diffusion and variations of adsorbed reactant amounts. Then the oxidation was performed in a fixed bed reactor, in both up- and down-flow of gas and liquid, in various operating conditions (oxygen pressure and liquid flow rate). The developed model included water vaporisation, heat and mass transfers. Finally the feasability of the AD-OX process was demonstratedTOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF