Photo parIvan 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 par le gel. L'étude, récemment publiée dansCommunications de la nature, met en lumière une approche novatrice pour améliorer l'efficacité de la déshydratation et les performances de la filtration membranaire dans les procédés de traitement des eaux usées.
Amélioration de l'efficacité de déshydratation
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 jusqu'à 138 % de ceux du système E-Cl, 239 % de ceux du système UV et 198 % de ceux du témoin. Ceci suggère que l'UV/E-Cl perturbe efficacement les structures d'encrassement membranaire, ce qui conduit à une performance de déshydratation accrue. En utilisant un système modèle SA-BSA, les chercheurs ont pu simuler le comportement complexe des substances polymériques extracellulaires (EPS) et confirmer l'importance des protéines et des polysaccharides dans la déshydratation des boues d'épuration (WAS).
Compréhension moléculaire des mécanismes d'encrassement
L'étude a exploré 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 de 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 qui favorisent la réticulation des polymères. Ces résultats permettent de comprendre, à l'échelle moléculaire, comment le traitement UV/E-Cl perturbe ces interactions, entraînant une réduction de la viscosité, une augmentation de la taille des flocs et une meilleure libération d'eau.
Rôle synergique des radicaux Cl dans l'atténuation de l'encrassement
Des analyses complémentaires 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 du traitement UV/E-Cl pour décomposer les dépôts membranaires. Ce procédé 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 de dépôt gélatineuse.
Perspectives thermodynamiques : L'état d'occurrence de l'eau comme facteur clé
Cette recherche a approfondi l'étude thermodynamique de l'encrassement membranaire, confirmant que ce sont les états de présence d'eau — plutôt que la porosité ou la perméabilité classiques — qui déterminent le comportement d'encrassement par le gel. L'analyse thermogravimétrique a révélé que la teneur en eau liée dans les couches d'encrassement témoins était de 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, diminuant ainsi la résistance à la filtration et améliorant l'efficacité de celle-ci.
Vers des applications pratiques
Forts de ces résultats prometteurs, 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 la transposition à plus grande échelle du procédé. L'étude propose également l'intégration du procédé UV/E-Cl à d'autres oxydants, tels que le peroxyde d'hydrogène, pour accroître la génération de radicaux et améliorer l'efficacité du traitement. Par ailleurs, les chercheurs soulignent le potentiel d'utilisation de solutions de NaCl à plus faible concentration, comme l'eau de mer, pour un traitement des eaux usées durable et économique.
Une percée universelle dans la technologie des membranes
Bien que cette étude ait été menée avec des boues activées, ses conclusions ont des implications considérables, bien au-delà du traitement des eaux usées. La reconnaissance des états de présence de l'eau comme facteur prédominant dans la réduction de l'encrassement des membranes revêt une importance universelle pour différents procédés membranaires et à différentes échelles de réacteurs. Cette avancée majeure ouvre la voie à des technologies de filtration plus efficaces et durables pour les industries de traitement de l'eau à travers le monde.
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 durée de vie des membranes, réduire les coûts d'exploitation et optimiser les performances globales du traitement. À mesure que les chercheurs perfectionnent et déploient cette approche innovante, l'avenir du traitement des eaux usées s'annonce de plus en plus efficace et durable.
Pour plus de détails, veuillez vous référer à l'étude complète publiée dans Nature Communications : [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Date de publication : 3 avril 2025