Procèdes membranaires et traitement des eaux

Abstract

Dans ce travail, on a étudié la préparation d'une membrane minérale par la méthode de coulée à base de kaolin et d'oxyde de zirconium (ZrO2). Le support de la membrane est réalisé à partir d'un mélange de poudres d'argile (kaolin) et de carbonate de calcium (calcite) par traitement thermique (frittage). La caractérisation de ce support membranaire a été effectuée par microscopie électronique à balayage (MEB), fluorescence X (FRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la diffraction des rayons X (DRX) et la spectroscopie Raman. La membrane minérale préparée a été testée pour traiter les eaux de la station de oued Al Athmania (eau brute, coagulée, décantée et biofiltrée). Le flux de perméat, la turbidité, les coliformes totaux, etc… sont les paramètres suivis dans cette étude. Les résultats ont montré que la membrane minérale est composée de (SiO2) et de (Al2O3) ; et la surface externe (support) est plus poreuse que la surface interne (membrane). Le flux de perméat de l'eau brute diminue avec le temps de filtration, traduisant la rétention de polluants contenus dans l'eau brute. De plus, l'absence de coliformes totaux dans le filtrat et l'augmentation de la concentration dans le concentrât indiquent que la membrane minérale préparée peut être utilisée pour le traitement des eaux. L'effet de différents liants organiques sur la structure morphologique du support de la membrane céramique a été étudié, l'argile brute naturelle (kaolin) a été utilisée pour la préparation du support membranaire. Les propriétés physiques et chimiques de la poudre de kaolin et des supports ont été identifiées par fluorescence X (FRX), diffraction aux rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), Brunauer – Emmett–Teller (BET), analyse thermogravimétrique (ATG), microscopie électronique à balayage (MEB), granulométrie et distribution du potentiel zêta. Sur la base du test (FRX), la composition principale de la poudre de kaolin est de 47,41% (SiO2) et de 38,91% (Al2O3). Les spectres (FTIR) ont montré les groupes fonctionnels de (Si-O) et (Al-O). Le (DRX) de la poudre d'argile brute naturelle identifie la kaolinite et nacrite en phase minérale principale, et pour le support membranaire il a été montré que l'anorthite et la gehlénite sont les principales phases minérales pour l'éthylène glycol (EG), la gélatine, le méthocel et le polyéthylène glycol (PEG). Selon la BET, les largeurs maximale et minimale de pores ont été obtenues pour le PEG et la gélatine respectivement. La membrane céramique polyélectrolytes multicouches a été préparée en utilisant la méthode d'auto-assemblage, et ses performances ont été testées pour la désinfection de l'eau. L'impact du nombre de bicouches polyélectrolytiques (2, 4, 6) sur la rétention d'E. Coli a été systématiquement étudié. Les résultats de la perméabilité à l'eau (Lp) ont montré que ces dernières sont de l’ordre de 69,5 ; 28,3 et 50,1 L/m2.h.bar pour les membranes céramiques à 2 bicouches (MC2), 4 bicouches (MC4) et 6 bicouches (MC6), respectivement. Une rétention complète d'E. Coli a été observée par la membrane céramique polyélectrolyte avec 4 bicouches. La morphologie de surface de la membrane céramique polyélectrolyte multicouche a été observée par microscopie électronique à balayage (MEB). Un support céramique supporté par polyéther sulfone catalytique a été préparé pour la rétention et la réduction du chrome (VI) en chrome (III), ce support membranaire a été caractérisé par (DRX), (FTIR), (BET), microscopie à force atomique (AFM), (MEB) et l'angle de contact. Le support céramique à base de kaolin a été préparé par addition de 10% (p/p) de nanomagnétites ; ensuite, le polyéther sulfone (PES) à trois concentrations différentes de nanomagnétites (10, 20, 30% p/p) a été enduit sur le support céramique en utilisant le procédé d'inversion de phase. Une réduction maximale du chrome (VI) (96,2%) a été obtenue à une pression de 1 bar et à un pH= 3 pour la membrane PES30-RMC10. La simulation numérique d’une filtration tangentielle a été étudiée utilisant le logiciel Comsol Multiphysics, qui permet de prédire la variation de flux de perméat et la concentration de carbone organique total (COT) à différentes parties du module tubulaire, ainsi que les vitesses de circulation de l'eau brute dans différentes parties du module tubulaire pour plusieurs valeurs du nombre de Reynolds, le système d’équations obtenus est résolu par la méthode des éléments finis ; les résultats obtenus montrent que pour une vitesse de circulation élevée d'eau brute (correspondant à la valeur la plus élevée du nombre de Reynolds) le soluté (COT) est loin d’être déposé à la surface de la membrane, évitant ainsi son encrassement rapide.