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ELIMINATION DES NITRATEs PAR NANOFILTRATION : INFLUENCE DES CONDiTIONS OPERATOIRES ET MODELISATION DU TRANSFERT DE MATIERE
GARCIA François¹, CICERON Delphine¹, ALEXANDROVA Silvia¹, SABONI Abdellah^2
1 Laboratoire de Thermodynamique des Procédés, IUT de Caen, Département Génie Chimique-Génie des Procédés, Boulevard Maréchal Juin, 14 032 Caen cedex, France

² Laboratoire Risques Chimiques et Procédés, INSA de Rouen, BP 08, Place Emile Blondel - BP 8, 76131 Mont-Saint-Aignan, France

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Résumé
La pollution de la ressource en eau par les nitrates est un problème préoccupant qui touche à l’heure actuelle de très nombreuses régions françaises et notamment la région Basse-Normandie. Les concentrations en nitrates dans l’eau potable sont très proches de la norme européenne fixée à 50 mg/L voire la dépassent par moments. La nanofiltration peut s’imposer comme une méthode de filtration membranaire alternative aux procédés conventionnels afin d’obtenir une eau potable de qualité. De plus, celle-ci permet simultanément une diminution de la dureté de l’eau, l’élimination des micro-organismes ainsi que des pesticides. La nanofiltration est un procédé membranaire relativement récent qui se situe entre l’osmose inverse et l’ultrafiltration en ce qui concerne la taille des molécules retenues. Les membranes organiques de nanofiltration sont caractérisées par une structure microporeuse avec une taille des pores de l’ordre du nanomètre et possèdent le plus souvent en surface des groupements chargés. La très grande sélectivité des membranes de nanofiltration est donc basée à la fois sur la taille et la charge des solutés.

Une étude préliminaire a été menée au laboratoire avec plusieurs membranes commerciales planes et a permis de choisir la membrane la mieux adaptée pour l’élimination des nitrates.

Ce travail comporte une partie expérimentale et une partie théorique. Tout d’abord, l’influence des conditions opératoires (pression transmembranaire appliquée, …) et de la composition des solutions à traiter (donc des différents ions présents en solution pour des concentrations en relation avec celles des eaux réelles) sur la rétention des nitrates a été étudiée afin de comprendre et d’identifier les mécanismes de transfert des nitrates. Pour cela, des expériences ont été effectuées sur des solutions de complexité croissante (solutions binaires et ternaires en ions pour différentes concentrations) afin de caractériser l’influence des cations et des anions associés aux nitrates. Enfin, la dernière partie de l’étude expérimentale a consisté à nanofiltrer une solution de composition similaire à l’eau de la ville de Caen (ions majoritairement présents : NO₃^-, HCO₃^-, SO₄^2-, Na⁺ et Ca²⁺) afin de valider la potentialité de l’utilisation de la nanofiltration pour le traitement de l’eau potable.

La modélisation du transfert de matière, en prenant en compte le phénomène de polarisation de concentration à la surface de la membrane, a également été effectuée. Pour cela, la thermodynamique des processus irréversibles a été appliquée, la membrane étant considérée comme une boîte noire.