Champ électromagnétique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8693 (2023) Citer cet article

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Le traitement des effluents réels des sucreries de betterave par un procédé d'électrocoagulation modifié est proposé. Une conception innovante d'une cellule électrochimique à champ électromagnétique amélioré, composée d'une anode tubulaire à rouleau et de deux cathodes (une cathode intérieure et extérieure) a été utilisée. Différents paramètres ont été étudiés, notamment la densité de courant, la concentration de l'effluent, la concentration de NaCl, le régime, le nombre de couches d'écran par anode, ainsi que l'effet de l'ajout et de la direction d'un champ électromagnétique. Les résultats ont montré que, dans les conditions optimales, densité de courant de 3,13 A/m2, deux écrans par anode, concentration en NaCl de 12 g/l et vitesse de rotation de 120 tr/min, le pourcentage d'élimination de couleur était de 85,5 % et l'énergie électrique la consommation était de 3,595 kWh/m3. Cependant, la présence d’un champ électromagnétique a nettement augmenté la consommation d’énergie et le pourcentage de décoloration. Numériquement, l'application du champ magnétique a permis d'obtenir une efficacité d'élimination des couleurs de 97,7 % en utilisant une consommation d'énergie de 2,569 KWh/m3, ce qui est considéré comme une réussite distincte dans le processus de traitement des eaux usées industrielles. La forte amélioration de l'élimination des couleurs grâce à une faible consommation d'énergie a considérablement réduit le coût du traitement requis ; le coût estimé du traitement était de 0,00017 $/h.m2. Cette conception s'est avérée prometteuse pour le traitement en continu des effluents industriels du sucre de betterave et concurrente aux techniques actuellement disponibles.

L’industrie sucrière est l’un des processus les plus gourmands en eau et produit une énorme quantité d’eaux usées fortement polluées. Dans l'industrie moderne du sucre de betterave, environ 1,53 % d'eau est consommée et environ 0,5 m3 sont rejetés par tonne métrique de sucre de betterave en fonctionnant dans un circuit presque fermé1. Les eaux usées rejetées se caractérisent par des charges organiques élevées et une couleur intense. Le niveau typique de DBO5 dans les eaux usées de betteraves est compris entre 4 000 et 7 000 mg/L, tandis que la DCO peut atteindre entre 8 000 et 10 000 mg/l2,3. En plus de la matière organique et de la couleur, les eaux usées de l’industrie betteravière contiennent des ravageurs des cultures, des pesticides et des agents pathogènes. La couleur de l'effluent varie entre le jaune pâle et le brun4,5. Les matières colorantes sont des composés solubles et représentent l’un des polluants environnementaux les plus dangereux dans l’industrie sucrière. Les composés colorés sont des polymères ayant des poids moléculaires, des structures et des propriétés différents. Ces composés se forment au cours du processus en raison de la dégradation du sucre. Coca et al6 ont rapporté que la couleur de ces eaux usées est principalement produite par deux groupes : la mélanoïdine et les caramels. La composition des mélanoïdes dépend des conditions de réaction ; principalement la température, le temps de chauffage, le pH et la nature des réactifs6,7. Pant, D. et A. Adholeya7 ont suggéré la formule empirique suivante de la mélanoïdine : C17–18 H26–29 O10 N. De plus, selon Davis8, les caramels sont formés par dégradation thermique contrôlée du sucre de betterave (saccharose). Ils se forment suite au chauffage du sirop de sucre de betterave à haute température et à un pH de 3 à 9. Par caramélisation du saccharose, trois groupes principaux de produits sont responsables de la couleur brune ; un produit de déshydratation, des caramélènes (C12H18O9), et deux polymères (caramelène (C36H50O25) et caramélines (C125H188O80)).

Dans l’ensemble, les procédés avancés de traitement des eaux usées industrielles peuvent inclure l’adsorption, la photodégradation, l’oxydation électrochimique, l’oxydation de Fenton, l’échange d’ions et la séparation biologique et membranaire9. Les techniques électrochimiques, telles que l'oxydation électrochimique, la coagulation électrochimique et la flottation électrochimique, sont largement utilisées pour traiter les effluents organiques colorés fortement pollués10,11,12, y compris les effluents des sucreries13,14,15,16,17. Contrairement aux procédés de coagulation classiques, l'électrocoagulation (EC) a le mérite de générer localement des coagulants. L'aluminium et le fer sont exclusivement utilisés comme matériaux d'anode dans le procédé EC.