# Utilisation d'un nouveau bio-floculant extrait du cactus marocain dans le traitement des rejets chargés de chrome (VI) par le procédé de coagulation floculation

Aziza Abid*, Abdeljalil Zouhri et Abdelali Ider

Laboratoire des Procédés de Valorisation des Ressources Naturelles, des Matériaux et Environnement
Département de Chimie Appliquée et Environnement
Faculté des Sciences et Techniques de l'Université de Settat, B.P. 577, Maroc

(reçu le 31 Mai 2008 - accepté le 30 Juin 2008)

**Résumé** - Dans ce travail, nous avons utilisé un nouveau floculant organique biodégradable extrait de jus de cactus (figuiers de barbarie, voir photo ci-dessous), dans un procédé physico-chimique (coagulation floculation) afin de traiter des rejets liquides chargés en chrome (VI). Ce bio floculant nous a permis de réduire la turbidité d'un effluent industriel, en passant de 100 NTU à des valeurs au dessous de 2 NTU. L'étude a été réalisée sur des échantillons pseudo industriels préparés au laboratoire et des échantillons industriels issus d'une unité de traitement de surface (chromage). L'étude comparative entre le floculant organique et le floculant industriel PPRQESTOL® 2515.TR (floculant à base d'acrylamide et acrylate de sodium), a montré que notre bio floculant aboutit à des résultats satisfaisants au niveau du pouvoir de floculation. Une neutralisation et coagulation avec la chaux, suivi par une floculation, puis une décantation, pour la solution du chrome (VI) réduit en chrome (III) a montré un effet très significatif sur l'abattement de la turbidité et un pourcentage de rétention de chrome (VI) de plus de 99,5 %. Les résultats obtenus sont très encourageants et incitent notre équipe de recherche à développer cet axe de recherche afin de mettre en place des procédés alternatifs propres pour le traitement des eaux d'une manière générale et qui en même temps permettent la valorisation des ressources naturelles nationales.

**Abstract** - In this work, we used a new biodegradable organic flocculating agent we extracted from the juice of prickly pear, in a physicochemical process (coagulation- flocculation) in order to treat liquid rejections charged with chromium (VI). This bio flocculant helps reduce the turbidity of industrial effluents, making it pass from 100 NTU to values below 2 NTU. The tests were carried out on pseudo-industrial samples prepared at the laboratory and samples from a surface treatment unit. The comparative study of the organic flocculating agent with the industrial flocculating agent PPRQESTOL®2515.TR (containing acrylamide and acrylate of sodium), showed the bio flocculant's very good competitiveness and its strong capacity of flocculation. Neutralization and coagulation with lime, followed by flocculation then decantation, for the solution of chromium (VI) reduced to chromium (III), showed a very significant effect on the abatement of turbidity and a percentage of chromium (VI) retention of more than 99,5 %. This work brings to satisfactory results which incite our team to further research in order to boost our national natural resources by using alternate proper processes for water treatment.

**Mot clés:** Effluent industriel - Chrome (VI) - Turbidité - Cactus - Bio floculant - Traitement – Coagulation floculation.

## 1. INTRODUCTION

L'environnement et les équilibres naturels sont à la base du développement social et humain. Dans ce cadre et pour une vraie stratégie de développement durable de l'environnement dans son double aspect; gestion des ressources naturelles et des différents rejets, on doit rassembler nos efforts pour la valorisation des ressources naturelles [1, 2, 10].

Afin de répondre à ces objectifs, nous avons étudié la possibilité de valoriser un produit actif d'une plante naturelle, en tant que floculant naturel, utile dans le traitement physico-chimique 'coagulation-floculation' des effluents liquides, (Fig. 1).

<footnote>* ablazl@yahoo.fr</footnote>
Dans cette optique de traitement de ces rejets, de nombreux travaux [3, 4, 7, 9, 13] ont été effectués afin d'éliminer les ions métalliques par voix physicochimiques. Les résultats obtenus étaient assez satisfaisants, mais les procédés suivis sont plus au moins compliqués et nécessitent l'utilisation de nombreux produits chimiques en plusieurs étapes et parfois sont trop chères.

Nous avons proposé ce travail pour l'amélioration de la technique coagulation - floculation, d'une part en simplifiant le nombre des étapes suivies et d'autre part en introduisant un nouveau floculant. Nous envisageons également de valoriser les substances naturelles de notre région (centre et sud du Maroc), minimiser l'effet toxique des produits chimiques (chlorure de fer et sulfate d'alumine), respecter les normes de plus en plus rigoureuses [4, 5] et réduire le coût de traitement des effluents industriels.

Dans ce contexte, nous avons mis en place des procédés d'élimination des ions métalliques par association des deux étapes de neutralisation et de coagulation par la chaux en utilisant comme agent floculant le nouveau produit extrait des cactus marocains 'figuier de barbarie'.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Fig. 1: Vue d'un champ de cactus (figuiers de barbarie), situé entre Casablanca et Marrakech</figcaption></figure>

L'objectif de notre travail, était d'une part, la mise en évidence de l'efficacité d'un nouveau floculant naturel biodégradable, grâce à une étude comparative avec un floculant usuel à base d'acrylamide [2] très utilisé dans le traitement des rejets industriels et d'autre part, le traitement physico-chimique 'coagulation - floculation' des eaux résiduaires pseudo industrielle et industrielle chargées de chrome (VI).

## 2. MATERIELS ET METHODES

Le floculant organique (bio-organique) est extrait du cactus qui pousse dans le centre du Maroc. Le produit à l'état naturel est un liquide visqueux de coloration verte, de pH égal à 6.5, miscible à l'eau. Sa masse volumique est égale à 1,008 kg/l. Son analyse réalisée par spectroscopie UV a donné le spectre ci-dessous (Fig. 2).

Dans ce travail, l'extraction du floculant organique a été réalisée selon les étapes suivantes:

* Broyage du cactus après nettoyage,

* Extraction du jus de cactus par filtration au tamisage,

* Dilution de jus dans de l'eau à 10% et homogénéisation par agitation pendant 15 à 20 minutes.

Le mélange obtenu est relativement stable, il peut conserver sa capacité de floculation pendant plusieurs jours, en dehors de tout système de conservation.
Le matériel utilisé est le suivant:

* Turbidimètre de marque Hanna LP2000-11;

* pH-mètre Accumet Basic de marque AB15;

* Système Jar-test (Model ISCO RPM/OPM);

* Spectrophotomètre UV-Visible, type UV-160 mode Shimadzu.

Les essais de traitement ont été effectués à température ambiante.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Fig. 2: Spectres d'absorbance UV de jus de cactus vers 300 nm
Jus à 100 % (pic du haut), jus à 10 % dans l'eau (pic du bas)</figcaption></figure>

# 3. RESULTATS ET DISCUSSION

## 3.1 Evaluation du pouvoir floculant de jus de cactus

Afin de comparer le pouvoir floculant de notre réactif avec d'autres, couramment utilisés, nous avons, dans un premier temps, mené notre étude sur une solution pseudo-industrielle à 100 ppm en Cr (VI). Au cours de cette première étape, la formation des flocs, de leurs tailles ainsi que l'évolution de la concentration en chrome ont été suivies (Tableaux 1 et 2).

L'abattement de la turbidité a été également suivi (Fig. 3). Les essais de coagulation floculation ont été menés par le système Jar-test selon les étapes suivantes:

* Ajustement du pH à 2, suivi d'une réduction du Cr (VI) au Cr (III);

* Ajustement du pH à 9, selon les 6 essais décrits dans les tableaux 1 et 2;

* Ajout de coagulant et/ou floculant sous une agitation de 100 tr/min pendant 1 à 2 mn, puis une agitation de 40 tr/mn pendant 15 mn préalablement déterminées;

* Précipitation puis analyse du résidu de chrome en solution sous forme de Cr (VI).

<table><caption>**Tableau 1:** Effet des différents ajouts sur la floculation et l'élimination du chrome en présence de la chaux: Cas d'une solution pseudo-industrielle à 100 ppm en Cr(VI)</caption><thead><tr><th>Numéro essai</th><th>N°1</th><th>N°2</th><th>N°3</th><th>N°4</th></tr></thead><tbody><tr><td>Réactifs utilisés</td><td>Chaux + 2 ml de jus de cactus dilué</td><td>Chaux + FeCl<sub>3</sub> + 2 ml de jus de cactus dilué</td><td>Chaux + 0.1 ml de floculant industriel à 1 %</td><td>Chaux + FeCl<sub>3</sub> + 0.1 ml de floculant industriel à 1 %</td></tr><tr><td>Observation</td><td>Bonne floculation</td><td>Bonne floculation</td><td>Bonne floculation</td><td>Bonne floculation</td></tr><tr><td>[Cr(VI)] ppm</td><td>0,3</td><td>0,27</td><td>0,25</td><td>0,32</td></tr></tbody></table>
<table><caption>**Tableau 2:** Effet des différents ajouts sur la floculation et l'élimination du chrome en présence de la soude: Cas d'une solution pseudo-industrielle à 100 ppm en Cr(VI)</caption><thead><tr><th>Numéro essai</th><th>N°5</th><th>N°6</th></tr></thead><tbody><tr><td>Réactifs utilisés</td><td>NaOH + FeCl<sub>3</sub> + 2 ml de jus de cactus dilué</td><td>NaOH + FeCl<sub>3</sub> + 0.1 ml de floculant industriel à 1 %</td></tr><tr><td>Observation</td><td>Bonne floculation</td><td>Floculation moyenne</td></tr><tr><td>[Cr(VI)] ppm</td><td>0,4</td><td>0,3</td></tr></tbody></table>

Pour les essais (1 à 4), ils ont été réalisés soit en présence de la chaux seule ou avec de la chaux et le chlorure de fer. Et les résultats obtenus, montrent une très bonne et immédiate floculation de même ordre de grandeur pour les deux floculants.

Quant aux essais (5 et 6), nous avons utilisé la soude en tant que neutralisant et le chlorure de fer comme coagulant, la floculation est moins bonne pour le produit industriel (essai 5) alors que pour le produit bio-organique, la floculation et fortement importante (essai 6).

L'ensemble des essais, montre donc que le jus de cactus présente une très bonne capacité de floculation en présence de la chaux seule ou mélangée avec le chlorure de fer.

L'efficacité de ce liquide est comparable à celle des floculants industriels, tel que le PPRQESTOL® 2515.TR après neutralisation et coagulation avec la chaux.

## 3.2 Traitement des rejets industriels chromés issus d'une unité de traitement de surface (chromage)

Nous avons mené notre étude sur 2 échantillons issus d'un rejet industriel à différentes teneurs en Cr (VI) à 22 ppm et à 97 ppm.

Les concentrations en Cr (VI) avant et après traitement sont représentées dans le **Tableau 3**. L'évolution de la turbidité (Fig. 3 et 4) et les absorbances (Fig. 5 et 6) ont été également suivies.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 3: Suivi de l'abattement de la turbidité pour les 6 essais en fonction du temps de la sédimentation: Cas d'une solution pseudo industrielle à 100 ppm en Cr (VI)</figcaption></figure>

<table><caption>**Tableau 3:** Echantillons industriels chargés en chrome (VI) traités par le floculant organique et le floculant industriel</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Echantillon 1</th><th colspan="2">Echantillon 2</th></tr><tr><th>Floculant Ind.</th><th>Floculant Org.</th><th>Floculant Ind.</th><th>Floculant Org.</th></tr></thead><tbody><tr><td>[CrVI] ppm avant</td><td>22</td><td>22</td><td>97</td><td>97</td></tr><tr><td>[CrVI] ppm après</td><td>0,4</td><td>0,35</td><td>0,5</td><td>0,4</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Fig. 4: Evolution de la turbidité en fonction du temps de sédimentation: Cas de l'échantillon 1 (97 ppm en Cr (VI)) traité par les deux floculants

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Fig. 5: Evolution de la turbidité en fonction du temps de sédimentation
Cas de l'échantillon 2 (22 ppm en Cr (VI)) traité par les deux floculants

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

Fig. 6: Spectre UV de l'échantillon industriel (97 ppm en Cr (VI)) avant et après traitement avec le floculant industriel
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 7: Spectre UV de l'échantillon industriel (97 ppm en Cr (VI)) avant et après traitement avec le floculant bio-organique</figcaption></figure>

D'après les figures 3 et 4, on constate que l'efficacité du floculant organique biodégradable vis-à-vis de l'abattement de la turbidité est légèrement signifiante par rapport à celle obtenue dans le cas du floculant industriel à base de polyacrylamide PPRQESTOL®2515.TR.

Nous constatons également que le pourcentage d'élimination de chrome des deux floculants est de 98.50 à 99.50.

D'après les figures 5 et 6, on voit très bien que les complexes formés par les deux floculants et le chrome absorbent dans la même zone (370-380 nm), alors que dans le cas de jus cactus l'absorbance est de l'ordre 300 nm. Ce qui traduit une interaction ; jus de cactus-chrome (VI).

Les résultats relatifs à l'abattement de la turbidité présentés sur les deux dernières figures, sont en nette cohérence avec les spectres UV présentant une très faible absorbance dans le cas de l'échantillon traité.

On peut noter que le floculant de jus de cactus est relativement avantageux par rapport au floculant industriel.

## 4. CONCLUSION

Ce travail présente une étude originaire, car il permettra:

D'une part, une contribution intéressante dans le domaine de la valorisation des ressources naturelles de notre pays.

D'autres part, il permet la possibilité d'introduire un nouveau réactif biodégradable dans le processus de traitement physicochimique par procédé de coagulation floculation.

Nous espérons par ce travail remplacer certains coagulants inorganiques largement appliqués dans le domaine de traitement des eaux et ayant des inconvénients sur l'environnement et en particulier la santé humaine.

Les avantages d'un traitement avec le jus de cactus (figuier de barbarie) seront nombreux. De plus, ce procédé sera rentable et s'introduira dans le développement durable dans les régions ou les cactus sont cultivés à grande échelle.

Parmi les autres avantages, on peut éviter des modifications relatives aux propriétés physicochimiques de l'échantillon traité ainsi que la boue récupérée sera biodégradable et exempte de fer ou d'aluminium et de polymères chimiques.

Le jus de cactus aura donc une forte possibilité d'être une alternative aux coagulants et floculants chimiques.
REFERENCES

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(http://loindetout.free.fr/images/photos/maroc2003/maroc4.jpg)