Évaluation du potentiel de réutilisation successive de la chabazite et de la solution de régénération dans un processus d'électro-conversion de l'azote ammoniacal fixé sur un milieu zéolitique

Résumé

La production continue d’azote ammoniacal par les activités anthropiques ainsi que les limites opérationnelles et économiques des techniques actuelles de traitement disponibles engendrent une pollution azotée dans l’environnement avec des conséquences diverses, dont la toxicité des milieux aqueux récepteurs et l’eutrophisation des cours d’eau et des lacs. La présente étude aborde le processus d’électro-conversion de l’azote ammoniacal présent dans l’eau comme une alternative propre envers l’environnement et adaptable à l’industrie. L’objectif général consiste à évaluer la régénération successive d’une zéolite (chabazite) ainsi que la réutilisation de la solution de régénération employée dans un procédé hybride qui combine à la fois la fixation de l’azote ammoniacal sur une zéolite et son traitement électrochimique par électroconversion. Le projet vise également à préciser l’effet des paramètres électriques et de la composition de la solution de régénération sur les rendements d’enlèvement d’azote ammoniacal de la zéolite ainsi sur sa transformation sous différentes formes. Différentes électrodes ou combinaisons d’électrodes (acier doux, acier inoxydable, titane, nickel-cuivre) et solutions électrolytiques (à bases de NaCl, KCl, LiCl, CaCl2∙2H2O, MgCl2∙6H2O, NaOCl) ont été testées en fonction de leur consommation électrique, ce qui a permis de choisir l’acier doux comme anode, l’acier inoxydable comme cathode ainsi que le NaCl et le NaOCl comme produits de bases pour les solutions électrolytiques. Des essais de régénération de la zéolite réalisés avec de différentes compositions de solutions électrolytiques ont montré que le mélange NaOCl-NaCl dans la solution de régénération dégrade les rendements d’électroconversion. L’eau potable et la solution de NaCl (13 mg Cl-/L) avec une intensité surfacique de courant de 3,68 mA/cm2 ont par ailleurs conduit à des taux respectifs d’enlèvement d’azote de la zéolite de 29 % (dont 75 % transformée en N2) et de 25 % (dont 61% produit dans la solution). Des essais de régénération successive de la zéolite (en conservant la zéolite mais en renouvelant la solution de régénération) et de réutilisation de la solution de régénération (en conservant la solution de régénération mais en renouvelant la zéolite) ont ensuite été réalisés. Les résultats ont montré que la réutilisation successive de la chabazite n’interfère pas dans le processus d’électro-conversion et que la chabazite conserve sa capacité de fixation de l’azote ammoniacal (près de 98 %) après neuf cycles. Les essais de réutilisation successive de la solution de régénération ont quant à eux démontré une amélioration du processus d’électroconversion de l’azote ammoniacal avec des rendements respectifs de près de 40 % et 35 % pour l’eau potable et la solution de NaCl (13 mg Cl-/L). Les concentrations d’azote ammoniacal, de nitrites et de nitrates dans la solution varient au cours des cycles de traitement, sans toutefois dépasser les valeurs seuils de 80 mg N-NH4+/L, 2,73 mg N-NO2-/L et 1,58 mg N- NO3-/L. La réutilisation successive de la solution de régénération à base de NaCl permet d’améliorer le taux de conversion de l’azote jusqu’à l’atteinte de valeurs variant entre 81 % à 92 %, dont près de 10 % serait évaporés dans l’air par processus de strippage. Cette perte pourrait toutefois être évitée par l’amélioration de la circulation de la solution dans le réacteur de telle sorte que la phase liquide et la phase gazeuse demeurent séparées.

Date	11 déc. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Monette (Directeur(-trice))