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Enhancing water quality by developing novel materials for organic pollutant removal in tertiary water treatments

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De nouveaux matériaux éliminent les polluants organiques des eaux usées

Le traitement tertiaire des eaux usées fait intervenir une série de processus physiques/chimiques pour éliminer les polluants avant qu’elles ne puissent être réutilisées. Des chercheurs ont étudié toute une gamme de traitements basés sur des procédés d’oxydation avancés, sur des technologies de filtration et sur l’adsorption.

Changement climatique et Environnement

De nouvelles technologies de pointe capables d’améliorer ou de remplacer les procédés classiques de traitement des eaux usées sont nécessaires en raison du nombre croissant de xénobiotiques présents dans les systèmes aquatiques à de faibles concentrations, typiquement micromolaires ou nanomolaires. Les xénobiotiques sont des composés chimiques qui sont étrangers à la faune et à la flore puisqu’elles ne les produisent pas naturellement. Il s’agit notamment de composés organiques et synthétiques dérivés de sources telles que les produits pharmaceutiques, les procédures habituelles de traitement de l’eau ne permettant pas de les éliminer facilement. Bien qu’ils soient présents en petites quantités, les xénobiotiques peuvent s’accumuler et potentiellement affecter les écosystèmes aquatiques et la santé humaine dans son ensemble. Actuellement, les procédés classiques de traitement des eaux usées ne parviennent pas à éliminer systématiquement les xénobiotiques de manière efficace.

Employer de nouveaux matériaux

Entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet MAT4TREAT, financé par l’UE, a mis en œuvre différentes approches concernant l’utilisation de matériaux et de procédés innovants pour le traitement des eaux. Les scientifiques se sont concentrés sur l’élimination des «nouveaux contaminants préoccupants» (dont font partie les composés organiques et synthétiques) dérivés de nouvelles sources comme les produits pharmaceutiques, qui sont en train de devenir un problème majeur pour la santé des citoyens. Les travaux ont été menés par des acteurs de premier plan dans les domaines des matériaux à base de graphène et des autres matériaux liés au carbone, des matériaux polymères, des matériaux céramiques oxydiques et des matériaux hybrides inorganiques-organiques. Parmi les membres du consortium figuraient huit universités et deux institutions non universitaires engagées dans le développement de nouveaux matériaux destinés à éliminer les polluants émergents grâce à un traitement tertiaire de l’eau intégré et innovant. «Les partenaires du projet ont consacré une grande partie de leurs efforts à la compréhension des notions de bases, de la cinétique et des mécanismes relatifs aux procédés, à la mise au point de nouveaux matériaux, à la modélisation, ainsi qu’à l’intégration des procédés et à leur mise à l’échelle», explique Giuliana Magnacca, coordonnatrice du projet. Les scientifiques ont étudié de nouveaux matériaux utilisables comme adsorbants, photocatalyseurs et couches actives pour la fabrication de membranes, en testant leur capacité à éliminer les polluants aussi bien dans des solutions aqueuses modèles que dans des échantillons d’eau réels. Ils ont également mis au point plusieurs catégories de matériaux pour la technologie intégrée destinée à la séparation des polluants des eaux contaminées et à leur dégradation ultérieure.

Rentable et respectueux de l’environnement

Les chercheurs ont construit deux appareils de laboratoire pour valider cette approche. Ces dispositifs sont constitués d’une membrane qui agit comme un filtre, en séparant les contaminants de l’eau. «Les membranes sont faites de matériaux ou contiennent des matériaux qui sont activés par la lumière du soleil pour produire des espèces actives capables de dégrader les contaminants afin de pouvoir les éliminer complètement», explique Giuliana Magnacca. «Des matériaux magnétiques sont également employés pour piéger les contaminants lorsqu’ils sont correctement activés par la présence de molécules organiques. Après utilisation, ils peuvent ensuite être retirés très facilement de l’eau en utilisant un aimant.» «Une fois que la meilleure technologie a été testée, il est possible de mettre à l’échelle le procédé dans une usine pilote traitant de grands volumes d’eau», fait remarquer Giuliana Magnacca. MAT4TREAT a réussi à développer des matériaux innovants et bon marché pour éliminer les polluants organiques des eaux usées. «Dans certains cas, ils sont dérivés de substances humiques extraites de déchets compostés, dont la production fait donc appel à des ressources ne contenant pas de pétrole. Par ailleurs, l’utilisation de déchets humiques valorisant la composante organique des ordures encourage les actions des citoyens qui trient leurs déchets ménagers», souligne Giuliana Magnacca.

Mots‑clés

MAT4TREAT, xénobiotiques, membrane, eaux usées, polluant organique, produits pharmaceutiques, traitement tertiaire, nouveaux contaminants préoccupants

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