C3.2 - Développement de matériaux pour le traitement des eaux

Christian Ruby et Damien Cornu

Résumé

Les 20 000 stations d’épuration en France traitent chaque année 5 milliards de m3 d’eaux usées. Néanmoins, les procédés actuellement utilisés, fréquemment basés sur des phénomènes d’oxydation des molécules, présentent deux défauts majeurs : (1) ces traitements ne sont pas toujours efficaces pour traiter les molécules déjà oxydées (nitrates et phosphates), (2) certaines molécules qui peuvent être néfastes à faible concentration (les micro-polluants) ne sont pas suffisamment éliminées. Cette persistance de certaines molécules après épuration mène à des soucis majeurs pour la biodiversité, certaines substances pouvant perturber le développement de la flore et de la faune y compris à des concentrations de l’ordre du nanogramme par litre.

Pour remédier au défaut (1), l’utilisation des rouilles vertes (hydroxydes de fer) a été suggérée[1]. En effet, ces composés de FeII/FeIII sont capables de réduire les ions nitrates et les produits d’oxydation ferriques de ce matériau (e.g. ferrihydritre, goethite, lépidocrocite) adsorbent également les ions phosphate. Néanmoins, le composé a un pouvoir réducteur trop prononcé et transforme une partie significative des ions nitrates NO3en ammonium NH4+ [2]. Or la réaction souhaitée est la dénitrification où les ions nitrates sont essentiellement transformés en azote gazeux N2. Nos études portent désormais sur la possibilité de substituer les ions FeII par un cation divalent moins réducteur tel que les ions manganèse MnII.

Images au microscope électronique de la rouille verte (au milieu) et des matériaux de structure similaire au Cobalt[3] (à droite) et au manganèse (matériau développé au LCPME)

Ces matériaux pourraient par ailleurs jouer un rôle pour diminuer les rejets de micropolluants, car le manganèse peut conférer au solide une activité photo-catalytique permettant de décomposer des molécules de types phénols présentes dans de nombreux médicaments.

Références :

  1. Ruby, C., Barthélémy, K., Hanna, K., Mallet, M. & Naille, S. Synthesis process and hydrodynamic behavior of a new filtration material for passive wastewater dephosphatation. Materials & Design 86, 168–177 (2015).
  2. Etique, M., Zegeye, A., Grégoire, B., Carteret, C. & Ruby, C. Nitrate reduction by mixed iron(II-III) hydroxycarbonate green rust in the presence of phosphate anions: The key parameters influencing the ammonium selectivity. Water Research 62, 29–39 (2014).
  3. Ma, R. et al. Topochemical Synthesis of Monometallic (Co2+–Co3+) Layered Double Hydroxide and Its Exfoliation into Positively Charged Co(OH)2 Nanosheets. Angewandte Chemie 120, 92–95 (2008)

Diaporama

Lien vers le diaporama de la conférence

Christian Ruby est professeur à l’école Polytech’ Nancy.

LCPME (UMR Université de Lorraine/CNRS), Villers-lès-Nancy, France

Damien Cornu est maître de conférence à l’IUT Nancy-Brabois (départements génie chimique-génie des procédés et génie biologique et santé).

LCPME (UMR Université de Lorraine/CNRS), Villers-lès-Nancy, France

En pratique

Salle de conférences – Campus Jean Zay (bâtiment INIST)