Récupération de métaux des eaux usées domestiques par la station innovante

Ce projet vise à la récupération des métaux dans la station de traitement des eaux usées domestiques, afin de développer l’économie circulaire au cœur de stations innovantes. De fait, l’étude porte sur l’intégralité du procédé de récupération : depuis le choix des matériaux et conditions opératoires permettant l’élimination des métaux de l’eau usée jusqu’à leur extraction des matériaux chargés.L’étude a été réalisée sur une eau réelle, ce qui constitue une originalité et présente des difficultés à relever compte tenu des faibles niveaux de concentrations et de la diversité d’éléments présents. La mesure de la concentration de 41 éléments a été réalisée en différents points de la station : l’eau d’entrée, l’eau en sortie de traitement primaire, et, l’eau traitée en sortie de traitement biologique. Les résultats ont montré que pour beaucoup d’éléments mineurs ou traces visés par l’étude, les concentrations restent constantes en ces trois points. C’est pourquoi, les essais ont été, par la suite, réalisés sur l’eau en sortie de station. Dans un premier temps, une méthode d’analyse multicritère a été développée pour définir les éléments dont la récupération présente un intérêt. Cette méthode repose sur 4 critères et sa mise en œuvre a permis de définir une liste de 13 éléments prioritaires dont 4 éléments majeurs (Ca, Mg, K et P), 6 éléments mineurs (Sr, Zn, Sb, Cu, Li et Ni) et 3 éléments traces (Co, V et As). Dans un second temps, l’efficacité de la rétention des 13 éléments d’intérêts par 4 adsorbants et de 2 résines échangeuses d’ions a été évaluée lors d’essais en batch. L’influence de 3 paramètres (pH, temps de contact et dose de solide) a été déterminée grâce à un plan d’expérience. Les résultats ont permis de retenir 3 matériaux réactifs (/ 6) pour l’étude de la rétention à d’autres échelles, batch avec renouvellements successifs et alimentation continue. L’ensemble des essais de rétention a montré qu’à l’échelle batch, le charbon actif permet une rétention de plus de 60 % du nickel, du zinc et du cobalt ; l’hydroxyde de fer retient au moins 71 % du phosphore, de l’arsenic, du vanadium, de l’antimoine et du zinc ; enfin la résine échangeuse de cations faible retient au moins 40 % du calcium, du magnésium, du strontium, du zinc et du nickel. L’élution des éléments d’intérêts depuis les 3 matériaux réactifs, saturés ou partiellement saturés, a été étudiée. Plusieurs éluants (HCl, NaOH, NaCl) imposant des conditions physicochimiques différentes ont été utilisés. Pour évaluer l’efficacité des conditions d’élution de la chaine de récupération, les concentrations dans les éluats ont été comparées aux concentrations moyennes dans les eaux usées traitées et dans les eaux naturelles. Cette méthode de comparaison met en évidence les éléments pour lesquels une surconcentration est observée. Les résultats montrent qu’une élution en condition acide est le cas le plus favorable. Les concentrations en Co, Zn, Ca et Mg ont été multipliées respectivement par 1,7 ; 1,4 ; 1,7 et 3 lors de l’élution en condition acide du charbon actif chargé pour le cobalt et le zinc et de la résine échangeuse de cations faible pour le calcium et le magnésium.