Analyse multivariée et optimisation par la méthode des surfaces de réponses (MSR) de l’électro-conversion de l’azote ammoniacal en condition saline

Résumé

Les concentrations élevées d’azote ammoniacal dans le lieu naturel liées aux activités anthropiques, affectent de façon néfaste les qualités physiques et biologiques de l’environnement. Les techniques de traitement physique, biologique et géochimique de ce polluant sont contraignantes sur le plan opérationnel, économique et parfois environnemental. La méthode électrochimique est de plus en plus prospectée dans un contexte d’amélioration du procédé pour un meilleur impact environnemental et économique. L’objectif de cette étude consiste à évaluer la performance d’une combinaison du dispositif électrochimique monopolaire avec la chabazite en milieu salin pour l’électro-conversion de l’azote ammoniacal. Après des essais préliminaires qui ont permis de choisir les sels MgCl2·6H2O et NaCl, des essais électrochimiques à 3 V ont offert une performance supérieure en présence de 3 g Cl-/L de NaCl avec 49,6% de rendement et moins de 1% de nitrate et de nitrite. L’analyse des paramètres électrochimiques et chimiques et l’Analyse en Composantes Principales (ACP) ont mis en évidence les effets négatifs de la variation du pH et ceux des réactions d’acidification et de complexation en présence du sel MgCl2·6H2O sur le rendement d’électro-conversion de N-NH4+. L’ACP a identifié la salinité et l’énergie comme étant les facteurs prépondérants à cette électro-conversion. Sur cette base, l’analyse factorielle avec la méthode de rotation par VARIMAX a permis de sélectionner la Tension Électrique (TE), la Concentration en ions Chlorures (CC) et la concentration Finale en ions Hydrogènes (HF) pour la construction du modèle de Rendement Électro-conversion de N-NH4+ (RE). L’analyse des variances (ANOVA) a par la suite montré que la concentration Finale en ions Hydrogènes (HF) n’est pas significative à la réponse du modèle. Ce modèle d’optimisation par la Méthode des Surfaces de Réponses (MSR) a donc été construit à l’aide d’un plan factoriel à trois niveaux par facteur avec les variables Tension Électrique (TE) et Concentration en ions Chlorures (CC). Le modèle de rendement d’électro-conversion de N-NH4+ obtenu, avec 94 % de coefficient de détermination, indique un rendement de 68 % dans les conditions optimales de 12 V et de 3,97 g Cl-/L. L’analyse économique a permis d’évaluer un coût de 5,6 $/kg de N-NH4+ traité. Ce coût pourrait être diminué en évaluant les conditions de réutilisation de la solution de régénération et de la zéolite ainsi que, de remplacement des électrodes.

Date	28 févr. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Monette (Directeur(-trice))