Photo deIvan BandurasurUnsplash
Une équipe de chercheurs chinois a réalisé une avancée majeure dans le traitement des eaux usées grâce à l'application réussie de la technologie UV/E-Cl pour atténuer l'encrassement des membranes. L'étude, récemment publiée dansNature Communications, met en évidence une nouvelle approche pour améliorer l'efficacité de la déshydratation et les performances de filtration membranaire dans les processus de traitement des eaux usées.
Efficacité de déshydratation améliorée
L'étude a démontré que l'application d'UV/E-Cl améliorait significativement le flux d'eau lors des expériences de déshydratation, atteignant des flux allant jusqu'à 138 % de ceux du système E-Cl, 239 % de ceux du système UV et 198 % de ceux du témoin. Cela suggère que l'UV/E-Cl perturbe efficacement les structures d'encrassement des membranes, améliorant ainsi les performances de déshydratation. En utilisant un système modèle SA-BSA, les chercheurs ont pu simuler le comportement complexe de substances polymères extracellulaires (EPS) et confirmer l'importance des protéines et des polysaccharides dans la déshydratation des boues d'épuration (WAS).
Aperçus moléculaires sur les mécanismes d'encrassement
L'étude a examiné les interactions intermoléculaires des protéines et des polysaccharides, révélant que les ponts électrostatiques entre les groupes amino et carboxyle jouent un rôle crucial dans l'encrassement des membranes. Grâce à l'analyse spectrale FTIR et aux simulations basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), les chercheurs ont identifié trois modes de liaison moléculaire, indiquant une forte préférence pour les conformations linéaires favorisant la réticulation des polymères. Ces résultats permettent de comprendre, à l'échelle moléculaire, comment les UV/E-Cl perturbent ces interactions, entraînant une réduction de la viscosité, des flocs plus gros et une libération d'eau accrue.
Rôle synergique des radicaux Cl dans la réduction de l'encrassement
Des analyses plus poussées ont démontré que les radicaux chlore (Cl•) jouent un rôle prépondérant dans la dégradation de la BSA et de la SA, contribuant à plus de 90 % de leur décomposition. L'étude a révélé des constantes de vitesse de réaction exceptionnellement élevées pour les interactions de Cl• avec ces macromolécules, confirmant l'efficacité de l'UV/E-Cl dans la décomposition des agents d'encrassement membranaire. Ce processus a non seulement fragmenté les structures SA-BSA en particules plus petites, mais a également réduit significativement leur viscosité et leur capacité d'hydratation, affaiblissant ainsi la couche d'encrassement gélatineuse.
Aperçus thermodynamiques : l'état d'occurrence de l'eau comme facteur clé
La recherche a approfondi l'étude thermodynamique de l'encrassement des membranes, confirmant que les états de présence d'eau, plutôt que les facteurs conventionnels de porosité ou de perméabilité, dominent le comportement de l'encrassement du gel. L'analyse thermogravimétrique a révélé que la teneur en eau liée dans les couches d'encrassement témoins atteignait près de 80 %, tandis que le traitement UV/E-Cl la réduisait à moins de 10 %. Ce changement a facilité la libération de l'eau, réduisant ainsi la résistance à la filtration et améliorant son efficacité.
Vers des applications pratiques
Forts de ces résultats convaincants, les chercheurs suggèrent d'optimiser les paramètres du réacteur, notamment le matériau des électrodes, l'intensité des UV et la durée du traitement, afin d'améliorer l'évolutivité du procédé. L'étude propose également l'intégration de l'UV/E-Cl à d'autres oxydants, comme le peroxyde d'hydrogène, pour accroître la génération de radicaux et améliorer l'efficacité du traitement. De plus, les chercheurs soulignent le potentiel de l'utilisation de solutions de NaCl à plus faible concentration, comme l'eau de mer, pour un traitement des eaux usées durable et rentable.
Une percée universelle dans la technologie des membranes
Bien que cette étude ait été menée à l'aide de la méthode WAS, ses résultats ont des implications profondes au-delà du traitement des eaux usées. La reconnaissance des états d'occurrence de l'eau comme facteur dominant dans la réduction de l'encrassement des membranes revêt une importance universelle pour différents procédés membranaires et différentes échelles de réacteurs. Cette avancée ouvre la voie à des technologies de filtration plus efficaces et plus durables dans les industries de traitement de l'eau du monde entier.
Face à la demande mondiale croissante en matière de gestion efficace des eaux usées, la technologie UV/E-Cl représente une solution prometteuse pour améliorer la longévité des membranes, réduire les coûts d'exploitation et optimiser les performances globales du traitement. À mesure que les chercheurs perfectionnent et développent cette approche innovante, l'avenir du traitement des eaux usées s'annonce de plus en plus efficace et durable.
Pour plus de détails, consultez l'étude complète publiée dans Nature Communications : [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Date de publication : 03/04/2025