Série partie 3 – Les méthodes de réduction et d’élimination du chrome

Dans la deuxième partie de cette série, nous avons discuté de la manière dont les métaux peuvent être éliminés des eaux usées en modifiant leur solubilité et en forçant la précipitation par l’ajout de composés à base de carbonate, d’hydroxyde ou de soufre. Bien que cette méthode fonctionne bien pour la plupart des métaux, certains d’entre eux, tel le chrome, nécessitent un traitement spécialisé.   

Le chrome est un métal de transition naturel présent dans la croûte terrestre, le plus souvent sous la forme de chrome trivalent « Cr(III) ». Le Cr(III) est considéré comme non toxique et se trouve normalement dans la nourriture et les compléments alimentaires. 

Toutefois, sous sa forme hexavalente, souvent appelé chrome VI (Cr(VI)), il est très toxique et est considéré comme cancérogène. 

Bien que le Cr(VI) puisse être présent naturellement à l’état de traces, sa production et son utilisation sont courantes dans une série d’applications de processus industriels. Celles-ci comprennent la galvanoplastie, la production de l’acier inoxydable, le tannage du cuir, la production de pigments et la transformation des textiles. En raison de l’utilisation très répandue du Cr(VI), le traitement des eaux usées « sur site » et municipales doit se concentrer sur sa conversion en une forme non toxique et doit l’éliminer avant de le rejeter dans l’environnement.   

Sur le plan du traitement, si l’on souhaite récupérer et réutiliser le Cr(VI), on peut utiliser l’échange d’ions ou l’osmose inverse. Si l’objectif est la précipitation et l’élimination par filtration ou sédimentation, le Cr(VI) doit être réduit chimiquement en Cr(III).     

Pour réduire le Cr(VI), il doit recevoir des électrons pour abaisser son état d’oxydation de +6 à +3. Ce transfert d’électrons est réalisé par l’ajout d’un agent réducteur. Dans le cadre du traitement des eaux usées, les agents réducteurs couramment utilisés sont les suivants : 

• Le métabisulfite de sodium ou d’autres dérivés (ex. le bisulfite de sodium, le dioxyde de soufre, le thiosulfate de sodium) 

• Le sulfate ferreux  

 La décision d’utiliser un agent réducteur plutôt qu’un autre dépend souvent de plusieurs facteurs: 

• Le volume d’eau à traiter 

• La concentration de Cr(VI) à éliminer 

• Le coût et la disponibilité du produit 

• La capacité d’une usine à séparer un effluent spécifique et à le traiter de manière indépendante.    

 Dans les cas où des concentrations élevées de Cr(VI) sont présentes (p. ex. la galvanoplastie ou la production de pigments), il est préférable d’isoler l’effluent et de le traiter avec du métabisulfite de sodium. Pour les flux qui ne peuvent pas être isolés ou qui ont des concentrations globales plus faibles, mais variables (p. ex. l’eau municipale ou l’eau brute), le sulfate ferreux est une alternative pratique. Les prochains paragraphes décrivent le processus de traitement à suivre lors de l’application de chacune de ces méthodes. 

La réduction et précipitation du Cr(VI) par l’ajout du métabisulfite de sodium 

Lors de l’utilisation du métabisulfite de sodium pour réduire le Cr(VI) dans les eaux usées, les réactions suivantes se produisent : 

1. Na2S2O5 + H2O (l) → 2 NaHSO3 (aq) 
2. H2CrO4 (s) + NaHSO3 (s) + H2SO4 (s) → Cr2(SO4)3 (s) + 3 NaHSO4 (s) + 4H2O(s) 

Ce processus de réduction est le plus efficace dans des conditions acides, généralement s’il y a un pH entre 2 et 2,5. L’acide sulfurique est utilisé pour abaisser le pH, après quoi on ajoute du métabisulfite pour atteindre un potentiel redox d’environ 200 mV. Une fois ce potentiel redox atteint, on présume qu’au fil du temps, tout le Cr(VI) aura été réduit. Le pH est ensuite augmenté à l’aide d’hydroxyde de sodium ou de chaux pour précipiter le Cr(III). La figure ci-dessous propose une représentation du procédé définit plus haut. 

Figure 1 : La réduction et la précipitation du Cr(VI) à l’aide du métabisulfite 

L’utilisation du sulfate ferreux implique également un processus en deux étapes : la réduction du Cr(VI) en Cr(III), suivie d’une étape de précipitation pour améliorer son élimination.   

Lorsqu’il est appliqué, le sulfate ferreux introduit du Fe(II) qui s’oxyde en Fe(III) et fourni des électrons pour réduire le Cr(VI) en Cr(III). La réaction redox simplifiée qui a lieu est la suivante : 

La demande stœchiométrique placée sur le Fe(II) et la réduction du Cr(VI) est de 3:1. En raison des inefficacités qui font naturellement partie de tout processus de traitement (réactions concurrentes, etc.), un facteur de sécurité est appliqué à ce rapport molaire. Généralement, un facteur de 10 est utilisé, ce qui se traduit à l’application de la chimie à un rapport molaire de 30:1. Ensuite, des essais sur le terrain peuvent être effectués pour mieux définir la demande réelle qui est présente dans l’eau.   

Ces réactions se produisent de manière optimale dans un environnement dont le pH est compris entre 7 et 9, tant pour la réduction du Cr(VI) que pour la précipitation du Cr(III). Si l’élimination du Cr(III) est insuffisante et ne répond pas aux besoins ciblés, il faut envisager de manipuler le pH ou d’ajouter d’un adjuvant à la précipitation.    

La figure ci-dessous donne un aperçu de la manière dont cette approche de traitement est généralement organisée.    

Figure 2 : La réduction et la précipitation du Cr(VI) par le sulfate ferreux 

Si vous êtes confrontés à la présence de chrome dans les eaux usées, l’équipe d’experts d’Aquasan est prête à vous aider. De l’approvisionnement en produits chimiques à l’assistance technique, nous fournissons des solutions fiables pour garantir une élimination efficace des métaux, ainsi que la tranquillité d’esprit. 

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