Scories d'acier pour une élimination améliorée des lixiviats de décharge en trois

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12751 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, un système d’oxydation électrochimique tridimensionnel, avec des scories d’acier comme électrodes de particules, a été appliqué pour traiter le lixiviat des décharges. Les caractéristiques des électrodes de particules ont été étudiées par des mesures au microscope électronique à balayage (MEB), par spectroscopie de fluorescence X (XRF) et par diffraction des rayons X (XRD). Il a été constaté que les scories d'acier présentaient une surface rugueuse et irrégulière et étaient principalement constituées de SiO2 (Quartz), ce qui indiquait des capacités améliorées d'absorption et de conduction électroconductrice. Par la suite, des tests de dégradation comparatifs entre des systèmes d’oxydation électrochimique bidimensionnels (2D) et tridimensionnels (3D) ont été réalisés et les résultats ont indiqué des efficacités d’élimination de la DCO. De plus, le NH4+-N provenant des lixiviats de décharge dans le système 3D a été grandement amélioré par rapport à celui du système 2D. En outre, les conditions de fonctionnement ont également été optimisées pour une distance interélectrode de 1 cm, une densité de courant de 20 mA·cm−2, une valeur de pH initiale de 4,4 et une concentration de scories d'acier de 0,30 g·mL−1, qui ont toutes été déterminées pour garantir une excellente mise en décharge. efficacité d'élimination des lixiviats. De plus, un éventuel mécanisme de suppression de ce système a été proposé. L'introduction d'électrodes de particules de scories d'acier dans un système d'oxydation électrochimique tridimensionnelle impliquait le concept « d'utiliser les déchets pour traiter les déchets », fournissant un moyen efficace d'élimination des polluants.

La production mondiale de déchets solides municipaux (DMS) augmente parallèlement à la croissance démographique, à l'augmentation du niveau de vie ainsi qu'à l'industrialisation, pour atteindre une valeur de 2,2 milliards de tonnes par an d'ici 20501. L'enfouissement des DSM dans les décharges entraîne une grande quantité de lixiviats de décharge (LFL). , généré lorsque les précipitations excessives s’infiltrent à travers de nombreuses couches de la décharge2. De plus, les LFL contiennent des niveaux élevés de contaminants organiques, de sels inorganiques, de métaux lourds et d'ammoniac3, qui peuvent causer des dommages importants à l'ensemble du système écologique et à la santé humaine4. Ainsi, afin de prévenir la contamination des ressources en eau, des eaux de surface et souterraines ainsi que des sols, une collecte et un traitement adéquats de ces effluents sont nécessaires.

La plupart des technologies biologiques et physicochimiques conventionnelles mises en œuvre actuellement dans les installations de gestion des DSM ne sont pas capables de traiter efficacement les LFL, en raison de l'effet inhibiteur du système microbien provoqué par certaines substances toxiques, ainsi que des coûts d'investissement et de maintenance élevés5,6. Les procédés d'oxydation avancés (AOP) capables de produire des espèces actives pour oxyder les polluants organiques réfractaires ont attiré beaucoup d'attention, en raison de leurs applications potentielles pour l'élimination des eaux usées7,8,9,10,11,12. Parmi ces méthodes, les méthodes électrochimiques sont apparues comme des alternatives prometteuses pour l’élimination des eaux usées, notamment pour les LFL13,14,15,16. Au cours des deux dernières décennies, l’oxydation électrochimique (EO) a fait de grands progrès dans le traitement des eaux usées, notamment pour la réduction des substances bioréfractaires17. En général, l’EO présente de nombreux avantages tels que l’absence de production de boues, la décomposition de composés moléculaires plus élevés pour générer des intermédiaires biodégradables et une minéralisation complète des matières organiques18. De plus, ce procédé s’est révélé efficace pour décomposer l’ammonium, considéré comme le polluant le plus rigide (difficile à éliminer) présent dans le LFL19.

Parmi les technologies d'EO, l'oxydation électrochimique tridimensionnelle (3DEO), avec l'introduction d'électrodes de particules, conduit à une surface spécifique plus élevée et à une distance de transfert de masse plus courte, ce qui corrige les inconvénients tels que le faible rendement du courant et la limitation du transfert de masse rencontrés par les technologies bidimensionnelles conventionnelles. Électrolyse (2D)20,21,22. Compte tenu de cela, la sélection d’électrodes de particules appropriées est un facteur essentiel pour la conception et le fonctionnement du système d’oxydation électrochimique 3D. Selon l'étude de Wang23, les électrodes à particules sont principalement préparées sous forme de matériaux carbonés et métalliques (y compris des oxydes métalliques) présentant une porosité et une impédance élevées. Cependant, leur développement et leur application sont limités car ils nécessitent des processus compliqués et des matières premières coûteuses.