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L'invention concerne un procédé d'extraction de composés organiques, présents dans l'eau sous forme de solutions ou de suspensions, caractérisé en ce qu'on traite lesdites solutions ou suspensions par un acide carboxylique liquide à la température de traitement,et immiscible avec l'eau à 20.degree.C, et on isole la phase organique contenant les composés extraits de la phase aqueuse. En utilisant des acides linéaires, ramifiés ou non, tels les acides n-hepta-noîque, n-octanoîque, 2-éthyl-hexanoîque. On peut ainsi, extraire quantitativement des composés aussi divers que les phénols, les amines ou les amino-acides. Ce procédé est notamment applicable à la purification d'eaux résiduaires industrielles.
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