L'effet du système combiné de cavitation hydrodynamique, d'ozone et de peroxyde d'hydrogène sur l'élimination de la chlorophylle a et des substances organiques dans l'eau brute

Jun 05, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10102 (2023) Citer cet article

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Des niveaux accrus de nutriments et d’algues peuvent causer des problèmes d’eau potable dans les communautés. Les proliférations d'algues nuisibles affectent les humains, les poissons, les mammifères marins, les oiseaux et d'autres animaux. Dans la présente étude, nous avons étudié l'utilisation d'un système combiné [cavitation hydrodynamique, ozone (O3) et peroxyde d'hydrogène (H2O2)] pour éliminer la chlorophylle a et les substances organiques dans l'eau brute. L'effet de différentes conditions de fonctionnement telles que le pH, le temps de cavitation, la pression, la distance, le débit, la dose d'ozone et la concentration de peroxyde d'hydrogène a été étudié. En utilisant la méthode de conception Taguchi, les expériences ont été planifiées et optimisées. Le traitement du système combiné a donné une réduction maximale de la chlorophylle a et du carbone organique total (COT) dans des conditions optimales de pH 5, pression de cavitation 5 bar, débit de 1 m3/h, distance de 25 cm de la plaque à orifice, O3 3 g/h et 2 g/l de concentrations de H2O2. Le facteur le plus efficace dans la dégradation du COT et de la chlorophylle a était la pression de cavitation, basée sur les contributions en pourcentage de chaque paramètre (38,64 pour cent et 35,05 pour cent, respectivement). Il a été constaté que le H2O2 avait l'impact le plus négligeable sur l'efficacité de la dégradation (4,24 pour cent et 4,11 pour cent, respectivement).

L’ensemble de l’eau évolue progressivement vers l’eutrophisation au fil du temps en raison de la croissance rapide de la population, de l’expansion de l’agriculture et de l’industrie, de la diminution des ressources en eau douce, de la dégradation des forêts, de l’érosion des sols, du changement climatique et des sécheresses répétées. Un résultat essentiel de ce processus est une diminution générale de la disponibilité de l'eau utilisable et une augmentation de l'importance des lacs et autres bassins hydrographiques ; en conséquence, de nombreuses ressources destinées au développement socio-économique pourraient être sérieusement compromises1. Les proliférations d'algues peuvent être déclenchées par une diminution de l'approvisionnement en eau, une diminution de la profondeur des lacs et des réservoirs, une augmentation de la stagnation, une augmentation des nutriments provenant de diverses sources et une augmentation de la température2,3. De nombreux problèmes découlent des substances algales présentes dans l'eau, notamment (1) le pH, l'alcalinité, la dureté, l'oxygène dissous et la matière organique, (2) l'augmentation de la dose de coagulation, (3) les indicateurs physiques de la qualité de l'eau, tels que la couleur, la saveur. , les odeurs et la nébulosité se détériorent en conséquence, (4) le blocage du filtre et la diminution du fonctionnement du filtre, (5) la demande de chlore augmente et des sous-produits de désinfection sont produits, (6) les algues provoquent également d'autres problèmes comme la formation une couche visqueuse et gélatineuse, corrosive et interférant avec d'autres processus de purification, (7) Par contact direct, certains types d'algues peuvent irriter la peau et déclencher des réactions allergiques ; Cependant, on sait que différentes algues produisent des toxines nocives qui sont mortelles pour les humains et peuvent même entraîner la mort dans certains cas extrêmes4,5,6,7,8,9. Ces problèmes peuvent rendre l’eau filtrée peu attrayante et nuisible ; d’un autre côté, ils peuvent également augmenter le prix de la purification de l’eau potable en ajoutant davantage de produits chimiques, ainsi qu’en augmentant la charge de travail des travailleurs des stations d’épuration9.

Un indicateur important utilisé pour décrire la biomasse qui utilise l’énergie lumineuse et qui est autotrophe est la concentration de chlorophylle-a. Il s’agit d’un paramètre crucial reflétant l’état nutritionnel des masses d’eau et peut être utilisé pour estimer la biomasse et la productivité du phytoplancton. En raison de leur petite taille, de leur grande mobilité, de leur faible densité et de leur surface chargée négativement, les cellules d'algues présentes dans de nombreuses usines de traitement d'eau existantes ne peuvent pas être éliminées ou traitées5,10,12. Les algues provenant des sources d'eau sont contrôlées à l'aide de diverses techniques physiques, chimiques et biologiques. L'aération, la flottation à air dissous, la filtration, l'écrémage, le mélange, les procédés membranaires, les ultraviolets, les ultrasons, l'électrolyse et d'autres techniques connexes sont utilisés pour prévenir les algues nocives à l'aide de la méthode de contrôle physique. La gestion des populations d'algues peut être réalisée grâce à des processus biologiques tels que des filtres lents à sable ou des boues activées. Les principaux processus chimiques sont la coagulation, le sulfate de cuivre, le charbon actif, les nanoparticules, l'oxydation, le peroxyde d'hydrogène et la chloration13,14,15,16,17,18,19. Cependant, la plupart des produits chimiques sont trop chers et trop généraux, nuisant aux organismes aquatiques qui ne sont pas leurs cibles. La plupart des types de produits chimiques toxiques ne sont pas spécifiques à une espèce, ce qui peut nuire à l'équilibre écologique. Le potentiel de dommages environnementaux résultant d’une application inappropriée de produits chimiques est inférieur à celui d’un mélange artificiel. La technologie d’aération peut présenter des inconvénients en raison des coûts élevés de maintenance (coûts de main-d’œuvre) et de la consommation d’énergie nécessaire, et elle ne tue pas les algues. De plus, les plantes aquatiques ajoutent beaucoup d’agents oxydants, ce qui signifie que les sous-produits de désinfection qu’elles produisent sont supérieurs au niveau requis. Le coût opérationnel de l’élimination des algues dans l’usine d’eau à l’aide de la filtration sur membrane, de la flottation à air et d’autres techniques est élevé lorsque la quantité d’algues dans l’eau est élevée. L'Al/Fe résiduel dans l'eau traitée dépasse parfois la limite supérieure des normes relatives à l'eau, ce qui constitue une menace sérieuse pour la santé humaine, même si l'utilisation de produits chimiques pour éliminer les algues entraîne une pollution secondaire. Mais l’oxydation des cyanobactéries peut provoquer une lyse cellulaire. Lorsque de la matière organique intracellulaire (MIO) est libérée en grande quantité, la qualité de l’eau peut en souffrir10,20,21,22.