Coagulation-floculation des hydroxy-phénols par le fer ferrique : étude du mécanisme

Coagulation of hydroxy-phenols by Fe (III): study of mechanism

Laboratoire de Chimie de l'Eau et des Nuisances, URA CNRS 1468, Ecole Supérieure d'Ingénieurs de Poitiers, Université de Poitiers, 40, avenue du Recteur-Pineau, 86022 Poitiers Cedex, France

Résumé

L'étude de la coagulation-floculation du catéchol, résorcinol, et de l'hydroquinone par le fer ferrique à différents pH et pour différents rapports molaires (composé organique/fer) a montré que les valeurs des pH optimaux de coagulation dépendent de la nature des produits et du type d'interaction mise en jeu entre le coagulant et le composé organique. En effet, la meilleure élimination du catéchol est obtenu dans la zone de pH comprise entre 6,5 et 8,5. Cette même zone de pH correspond aux plus faibles concentrations résiduelles de fer. En présence du résorcinol, la meilleure précipitation du fer est obtenue à partir de pH 5,5 en raison de l'absence d'interaction spécifique pouvant perturber l'hydrolyse du fer. Quant aux mécanismes d'élimination des composés, la formation de complexes stables semble être le mécanisme prépondérant dans la précipitation des composés testés. En effet, le catéchol (ou produits d'oxydation) forme avec le fer un complexe (bande d'absorbance à 550 nm) probablement bidentate compte tenu de la position ortho des fonctions hydroxyles sur le noyau aromatique pour le catéchol, ou de la présence de deux fonctions dans les produits d'oxydation résultant d'une ouverture du cycle aromatique.

Abstract

The general objective of our work is to study the removal mechanism of organic matter by coagulation with iron salts. The aim of this paper is to specify the interaction between some phenolics compounds and iron (III), at different pH and for different molar ratios «organic compound/iron». All experiments were carried out with a jar-test apparatus. After coagulation-flocculation, sedimentation and filtration on 0.2 µm-membrane, the following analyses were performed: dissolved organic cabron (DOC), analysis of phenols by HPLC, measurement of UV-visible absorbance, analysis of total dissolved iron (II and III) by orthophenantroline-spectrophotometry and total iron by atomic absorption.

The main obtained results have shown that the optimal pH of coagulation depends on the nature of compounds as well as the interaction between coagulant and organic compounds. So, the better catechol removal was optimal for the pH values between 6.5 and 8.5 (fig. 1a). Iron precipitation was also optimal in this pH zone (fig. 1b). At pH 6.5 (table 1), one could notice (i) the removal of catechol increased with decreasing molar ratios (CA/Fe), (ii) the apperance of an absorbance band at 550 nm and (iii) an important residual iron (II). In the case of resorcinol, iron precipitation was optimal at pH above 5.5 (fig. 2b), because there is no specific interaction that could disturb iron hydrolysis. This may explain the weak elimination of resorcinol (fig. 2a). The variation of resorcinol concentration had no effect on neither the elimination of this compound nor the solubility of iron (table 2). The hydroquinone removal was found to be weak at all pH values tested (fig. 3a), but the iron precipitation was disturbed by the oxydation of hydroquinone (fig. 3b).

Concerning the removal mechanisms, we conclude from this results that the formation of stable complex is the predominant factor. So the catechol precipitation is the consequence of complex formation between catechol (or oxydation products) and iron (absorbance band at 550 nm), this complex is probably bidentate because of the hydroxyl fonctions position on the aromatic ring (ortho position) and the weak precipitation of meta and para isomers. Though the hydroquinone was oxydize in paraquinone by iron, the removal of these compounds is weak.