Sels courants contenant du phosphore dans les solutions aqueuses et leur traitement
Dans l’eau, le phosphore se présente principalement sous forme de phosphate dissous, de particules contenant du phosphore ou de minéraux phosphatés. La solubilité d’un composé contenant du phosphore dépend de son contre-ion et de sa phase solide ; le pH, la température, la force ionique et les autres ions dissous peuvent modifier la quantité qui reste dissoute.
Les indications de solubilité ci-dessous sont qualitatives et ne constituent pas des valeurs de dimensionnement. Les sels « solubles » se dissocient en ions ; les phosphates peu solubles peuvent précipiter ou se présenter sous forme de minéraux. La solubilité des phosphates de calcium varie selon le pH et la phase minérale. Les saumures concentrées nécessitent une modélisation fondée sur les activités chimiques ou des essais.
Sels et composés courants contenant du phosphore dans les systèmes aqueux
| Composé | Formule | Comportement général de solubilité dans l’eau | Application / secteur / utilisation typiques | Flux aqueux typiques dans lesquels on le rencontre |
|---|---|---|---|---|
| Phosphate monosodique | NaH2PO4 | Soluble ; la solution est généralement acide. L’hydratation et la température influent sur les valeurs tabulées. | Transformation alimentaire et chimique ; ajustement du pH et dosage de phosphate. | Solutions de produit, eaux de lavage et eaux usées là où ce sel est utilisé. |
| Phosphate disodique | Na2HPO4 | Soluble ; la répartition des espèces en solution dépend du pH. | Fabrication de produits alimentaires, de détergents et de produits chimiques ; effet tampon. | Eaux de formulation, de nettoyage et de procédé. |
| Phosphate trisodique | Na3PO4 | Soluble ; les solutions fortement alcalines peuvent modifier la répartition des espèces phosphatées et le comportement de précipitation. | Nettoyage, traitement de surface et procédés chimiques. | Bains de nettoyage usagés, eaux de rinçage et eaux usées contenant des phosphates. |
| Phosphates de potassium | KH2PO4, K2HPO4, K3PO4 | Généralement solubles dans l’eau ; le pH et le sel considéré déterminent la répartition des espèces. | Engrais, transformation alimentaire, tampons et produits chimiques de spécialité. | Ruissellement d’engrais, solutions de dosage et eaux de procédé ou de lavage. |
| Phosphates d’ammonium | NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 | Généralement solubles dans l’eau ; la répartition des espèces ammoniac/ammonium et phosphatées dépend du pH et de la température. | Engrais, produits d’extinction des incendies et dosage de nutriments. | Ruissellement agricole, eaux issues de la production d’engrais et eaux usées riches en nutriments. |
| Polyphosphates de sodium | p. ex. (NaPO3)n | De nombreuses formes commerciales se dissolvent dans l’eau ; la longueur des chaînes et l’hydrolyse influent sur leur comportement. | Conditionnement de l’eau, détergents et formulations de dispersants. | Eaux de refroidissement, de nettoyage et de procédé ; les polyphosphates peuvent se transformer en orthophosphate. |
| Phosphate dicalcique | CaHPO4 (divers hydrates) | Peu soluble ; sa dissolution dépend fortement du pH et de la forme minérale. | Engrais, alimentation animale et traitement des minéraux phosphatés. | Suspensions, eaux de traitement des minéraux et résidus du traitement des phosphates. |
| Phosphate tricalcique / apatite | Ca3(PO4)2 ; les phases d’apatite varient | Faible solubilité dans des conditions proches de la neutralité ; des conditions acides peuvent accroître la dissolution. La phase exacte est déterminante. | Roche phosphatée, production d’engrais et élimination du phosphore à la chaux. | Eaux de mine, flux issus du traitement des minéraux et boues de traitement chimique. |
| Struvite (phosphate d’ammonium et de magnésium) | MgNH4PO4·6H2O | Peu soluble ; peut cristalliser lorsque les conditions relatives au magnésium, à l’ammonium et au phosphate favorisent la sursaturation. | Récupération du phosphore sous forme d’engrais et gestion des nutriments. | Liqueur de digesteur et eaux usées riches en nutriments, selon la composition chimique et les conditions du procédé. |
| Phosphates de fer et d’aluminium | FePO4, AlPO4 (les phases solides varient) | Souvent des précipités peu solubles ; les solides formés peuvent comprendre des phases amorphes ou coprécipitées. Le pH joue un rôle. | Coagulation et élimination chimique du phosphore ; traitement des minerais. | Eaux usées après ajout de sels de fer ou d’aluminium, boues de traitement et eaux minières ou de procédé. |
Options d’élimination et de récupération des phosphates
Choisissez le traitement en fonction de la fraction de phosphore mesurée, de l’objectif visé, de la chimie de l’eau et du but recherché : élimination, récupération ou les deux. Les options ci-dessous nécessitent une évaluation au cas par cas.
| Problème ou objectif | Solution de traitement possible | Critères de sélection |
|---|---|---|
| Éliminer l’orthophosphate dissous des eaux usées municipales ou industrielles | Ajout de sels de fer ou d’aluminium, ou précipitation à la chaux, suivi d’une clarification ou d’une filtration | pH, alcalinité, dose, réactions concurrentes, séparation des solides, volume des boues et élimination de celles-ci. |
| Atteindre un objectif de phosphore total lorsque le traitement biologique est adapté | Élimination biologique renforcée du phosphore, souvent complétée si nécessaire par une étape de finition chimique | Stabilité du procédé biologique, carbone facilement biodégradable, équilibre des nutriments, rétention des solides et objectif de qualité de l’effluent. |
| Récupérer le phosphore des flux secondaires riches en nutriments | Cristallisation contrôlée, notamment de struvite lorsque la composition chimique de l’eau à traiter le permet | Magnésium, ammonium, phosphate, pH, solides concurrents, qualité du produit et gestion en aval. |
| Éliminer par traitement de finition les faibles teneurs résiduelles en phosphate ou traiter une matrice aqueuse particulière | Médias adsorbants, échange d’ions sélectionné ou séparation membranaire | Capacité et sélectivité, ions concurrents, prétraitement, encrassement, gestion du concentrat et des médias usés. |
Les membranes peuvent retenir le phosphate dans des conditions appropriées, mais le résultat dépend des espèces phosphatées, des propriétés de la membrane et de la composition chimique de l’eau à traiter. Un concentrat membranaire peut devenir sursaturé vis-à-vis de phases de phosphate de calcium, de magnésium, de fer ou d’aluminium. Des essais à l’échelle du laboratoire et une évaluation du risque d’entartrage peuvent donc être importants pour atteindre des taux de récupération élevés.
Informations connexes : phosphate dissous et phosphore dans l’eau.
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Dernière révision : par Lenntech.
Sources et lectures complémentaires
- USGS : Chimie des nutriments dans les eaux naturelles
- USGS : Nutriments dans les eaux de surface
- EPA des États-Unis : Manuel de conception pour la maîtrise des nutriments — élimination du phosphore
- NIST : Solubilité des phosphates de calcium et dépendance au pH
- USDA : Phosphates dans la manutention et la transformation