Application of biological ion exchange resins and gravity-driven membrane filtration process for drinking water treatment in remote areas

«RÉSUMÉ: L'objectif principal de cette thèse était d'investiguer les processus de traitement de l'eau conçus pour être déployés dans des zones décentralisées et éloignées des systèmes centralisés. Par conséquent, les caractéristiques clés recherchées dans ces processus de traitement étaient une faible consommation d'énergie, une empreinte écologique réduite, des besoins d'entretien peu fréquents, aucune nécessité d'opérateurs qualifiés et une rentabilité globale. En conséquence, nous avons proposé l'utilisation de membrane à filtration frontale et gravitaire (GDM, avec des membranes en céramique et polymères) et de résines échangeuses d'ions (IEX), exploitées en mode biologique (BIEX), car leurs caractéristiques inhérentes correspondent aux exigences essentielles des systèmes de traitement décentralisés de l'eau. Le premier objectif (article n° 1) de cette recherche était de synthétiser et caractériser trois types de membranes céramiques microfiltration (MF), avec différentes compositions de kaolin et alumine (M1 = 0 % wt d'alumine + 100 % wt de kaolin, M2 = 25 % wt d'alumine + 75 % wt de kaolin, et M3 = 50 % wt d'alumine + 50 % wt de kaolin), afin d'étudier leur application dans le processus membrane céramique entraînée par gravité (GDCM) lors de la filtration d'eau de rivière turbide, colorée et à forte teneur en matière organique naturelle (NOM). L'effet de la teneur en alumine a été évalué pour la filtration à long terme de l'eau de rivière en termes de flux membranaire et de qualité du perméat. De plus, les caractéristiques physiques de biofilm et la concentration de micro-organismes actifs dans le biofilm ont été étudiées. Les résultats pour les membranes fabriquées en laboratoire ont montré un flux stabilisé de 2,5 à 3,0 LMH indépendamment de l’alumine. Un enlèvement substantiel de l'UVA254, de l'alcalinité et du COD pendant les premiers jours de filtration a été réalisé, ainsi que l'élimination de la turbidité après stabilisation du flux. Une couche de biofilm hétérogène et dispersée distincte avant la stabilisation du flux a été observée, suivie de la formation d'une couche de gâteau dense et irrégulière, confirmant la transformation du mécanisme du modèle de «blocage des pores» au modèle de «Formation de gâteau couche». Enfin, une forte concentration d’alumine dans la structure de la membrane (M3 avec 50 % wt d'alumine) a accru l'adsorption de carbone, renforçant l'activité biologique et l'épaisseur moyenne du biofilm formé à la surface de la membrane.»