Couplage matériau-procédé d'adsorption pour l'élimination sélective d'arsenic présent en traces dans les eaux
Résumé
Arsenic remains toxic even at low ingestion rates and its concentration is limited to 10 µg L-1 in drinking waters. ln bottled waters, arsenic can be removed with an adsorption process using a natural manganese oxide as an adsorbent. This process requires a high capacity as weIl as selectivity and should answer food agreement. Through a parallel approach using both chemical engineering and material sciences tools, this work proposes a better understanding of the process. Although arsenic does not adsorb specifically on manganese oxides, thanks to its high affinity no competition with major water species occurs. pH appeared as a key parameter and adsorption capacity greatly increased as pH decreased. InternaI mass transfer limitations were identified with both batch and column experirnents and flow rate and particle size influences on breakthrough curves were rnodelled. A regeneration procedure was tested. Results showed that capacity rernained steady through regeneration cycles and sorne clues were given to minimize the adsorbent degradation. Fine characterization of the adsorbent led to the identification of sorne capacity control parameters. On the whole, key parameters governing the process were defined. Prediction and modelling tools were proposed for performance assessment for wide water types and operating conditions.
L'arsenic est toxique, même en traces, et sa teneur ne doit pas dépasser 10 µg L-1 dans les eaux de consommation. Les eaux conditionnées contenant de l'arsenic peuvent être traitées par adsorption sur sable manganifère. L'objectif de ce travail était d'apporter une meilleure compréhension du fonctionnement d'un tel procédé, qui doit offrir une grande capacité de traitement tout en étant sélectif vis-à-vis de l'arsenic, et en répondant aux contraintes d'alimentarité. Cette recherche a été menée dans une double approche, Génie des Procédés et Science des matériaux, alliant des caractérisations du solide et de sa surface, des expériences d'adsorption en batch et en colonne et leur modélisation. Il a été montré que l'adsorption d'arsenic, sans être réellement spécifique, était hautement favorisée et n'engendrait pas de compétition avec les majeurs de l'eau. Le pH est apparu comme un paramètre-clé, puisque la capacité de traitement augmente significativement lorsque le pH diminue. L'existence de limitations par le transfert interne a été prouvée et les courbes de percée obtenues pour différents débits et granulométries ont été modélisées. L'étude des cycles de régénération a montré que la capacité était conservée et a indiqué comment minimiser les risques de dégradation du sable manganifère par attaque chimique. Enfin, une caractérisation poussée de l'adsorbant a permis d'identifier des critères de capacité. Ces résultats ont mis en lumière des paramètres-clés gouvernant le fonctionnement du procédé et l'évolution de l'adsorbant avec le temps. Ils ont également ouvert la voie vers la prédiction des performances du procédé selon l'eau à traiter et le choix des conditions opératoires.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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