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Jeudi, 16 novembre 2023
Le point sur les traitements d’eau adaptés aux
micropolluants organiques et inorganiques
Stéphanie Lambert, Professeure (Faculté des Sciences Appliquées,
Chemical Engineering, ULiège)
Olivier Henriet, Process Manager (John Cockerill)
Xavier Wattiez, Chargé de Recherche (Prayon)
Stéphane Nonet, Directeur (Cebedeau)
LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
1
Research Unit
Chemical Engineering
Nanomaterials, Catalysis &
Electrochemistry
Stéphanie Lambert
stephanie.lambert@uliege.be
www.chemeng.uliege.be
Faculty of Applied Sciences (Engineering)
4 Departments
- Aeropace and Mechanical Engineering
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Engineering
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2 groups, ~ 80 people
Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry
(Dr C. Gommes, Pr B. Heinrichs, Pr N. Job, Pr. S. Lambert)
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(Dr. MN. Dumont, Pr A. Léonard, Pr. G. Léonard, Pr. A. Pfennig, Pr D. Toye)
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Batteries
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06/07/
14
Ozonation
Réaction directe (O3
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Potentiel d’oxydation : 2,07 eV
Réaction indirecte (•OH)
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Avantages Désavantages
Temps de contact très courts Sous-produits parfois toxiques
Désinfection des eaux Sécurité d‘utilisation requise
Implémentation facile – Faibles espaces
requis
Manque de spécificité
O3
7
Photocatalyse – ZnO ou TiO2
Avantages Désavantages
Implémentation facile Temps de contact parfois long
Utilisation de la lumière solaire possible Sous-produits toxiques
3.2 eV Charges
recombination
Valence band
Conduction band
h+
vb
e-
cb
5-8%
UV light (λ ≤ 387 nm )
Synthèse de photocatalyseurs
Mise en forme
5 cm
5 cm
P
C
Sc
205 mm x 235 mm
Pilote chez Celabor
(Agrozone avec O3 et/ou UV-C)
• Volume = 180 L
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• Générateur O3 = 8 à 60 g/h
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European project CORNET AOP-Ti
Waste water treatment
plant of Duisburg in
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European project CORNET AOP-Ti
LOQ = limit of quantification EQS = Environmental Quality Standard
Very good good moderate unsatisfying bad
< ½ EQS ½ EQS – EQS EQS – 2 EQS 2 EQS – 4 EQS > 4 EQS
Substance EQS Median influent
concentration
(AOPTi plant)
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(AOPTi plant)
n n < LOQ
µg/L µg/L % µg/L
1H-Benzotriazol 10 5.6 ± 0.55 98 0.088 ± 0.027 5 2
Carbamazepin 0.5 1.7 ± 0.35 > 99 < 0.03 5 5
Clarithromycin 0.1 0.12 ± 0.013 > 91 < 0.03 5 5
4N-Acethylsulfamethoxazol 0.1 0.013 ± 0.012 > 80 < 0.03 5 5
Diclofenac 0.05 2.6 ± 1.1 > 99 < 0.015 5 5
Metoprolol 7.3 0.62 ± 0.05 > 99 < 0.03 5 5
Sulfamethoxazol 0.6 0.62 ± 0.25 > 99 < 0.03 5 5
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Iohexol 0.1 0.69 ± 0.59 > 95 < 0.1 5 5
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PFOS 0.00065 0.019 ± 0.017 89 0.0017 ± 0.0008 3 0
Photocatalyse sous lumière visible
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…
Synthèse des coatings ZnO dopés
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n Production of H2O2 (determination of process
parameters) – Research stay in Quebec (2022-2023)
q Set up of electrochemical device and production of H2O2 with
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Argile brute Argile/ZnO Argile/ZnO/Cu2+
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§ Différents procédés ne sont pas concurrents mais COMPLEMENTAIRES
- Agents de contraste : 100 % de dégradation avec AOPs
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- Metroprolol : 95 % de dégradation avec biofiltration
80 % de dégradation avec AOPs
§ Evaluation de la nature des micropolluants et de leur concentration, de la nature de
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§ Moment charnière entre les tests à l’échelle pilote et la réalité du terrain !
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Le point sur les traitements d’eau adaptés aux micropolluants organiques et inorganiques

  • 1. Jeudi, 16 novembre 2023 Le point sur les traitements d’eau adaptés aux micropolluants organiques et inorganiques Stéphanie Lambert, Professeure (Faculté des Sciences Appliquées, Chemical Engineering, ULiège) Olivier Henriet, Process Manager (John Cockerill) Xavier Wattiez, Chargé de Recherche (Prayon) Stéphane Nonet, Directeur (Cebedeau)
  • 2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :
  • 3. 1 Research Unit Chemical Engineering Nanomaterials, Catalysis & Electrochemistry Stéphanie Lambert stephanie.lambert@uliege.be www.chemeng.uliege.be
  • 4. Faculty of Applied Sciences (Engineering) 4 Departments - Aeropace and Mechanical Engineering - ArGEnCo : Architectural, Geological, Environmental and Civil Engineering - Electrical Engineering and Computer Sciences - Chemical Engineering 2 groups, ~ 80 people Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry (Dr C. Gommes, Pr B. Heinrichs, Pr N. Job, Pr. S. Lambert) Environment, Energy, Reactors, separations (Dr. MN. Dumont, Pr A. Léonard, Pr. G. Léonard, Pr. A. Pfennig, Pr D. Toye)
  • 5. RESEARCH FIELDS Batteries Electrolyte + separator Lithium (metallic) Current collector Anode or cathode material Fuel cells Models for porous materials NCE Nanomaterials for … Photocatalysis Shaping of materials Catalytic processes Functionnalized (bio)materials G : 40 × 0,05 mm
  • 7. Combinaison de l’ozonation ET/OU de la photocatalyse sous UV (ZnO/TiO2) ET/OU de l’adsorption sur charbons actifs Mechanical treatment Biological treatment Final clarification Ozonation Photocatalytic treatment GAC filtration Dégradation complète et totale de tous les micropolluants présents sans résidus toxiques
  • 8. 06/07/ 14 Ozonation Réaction directe (O3 • ) Potentiel d’oxydation : 2,07 eV Réaction indirecte (•OH) Potentiel d’oxydation : 2,86 eV Avantages Désavantages Temps de contact très courts Sous-produits parfois toxiques Désinfection des eaux Sécurité d‘utilisation requise Implémentation facile – Faibles espaces requis Manque de spécificité O3
  • 9. 7 Photocatalyse – ZnO ou TiO2 Avantages Désavantages Implémentation facile Temps de contact parfois long Utilisation de la lumière solaire possible Sous-produits toxiques 3.2 eV Charges recombination Valence band Conduction band h+ vb e- cb 5-8% UV light (λ ≤ 387 nm )
  • 11. Mise en forme 5 cm 5 cm P C Sc 205 mm x 235 mm
  • 12. Pilote chez Celabor (Agrozone avec O3 et/ou UV-C) • Volume = 180 L • Débit de la pompe = 500 L/h • Générateur O3 = 8 à 60 g/h
  • 14.
  • 15. European project CORNET AOP-Ti Waste water treatment plant of Duisburg in Germany : 350 000 EH (5 m3/h) Temps de contact total à l’intérieur des 2 réacteurs : 4,3 secondes
  • 16. European project CORNET AOP-Ti LOQ = limit of quantification EQS = Environmental Quality Standard Very good good moderate unsatisfying bad < ½ EQS ½ EQS – EQS EQS – 2 EQS 2 EQS – 4 EQS > 4 EQS Substance EQS Median influent concentration (AOPTi plant) Elimination of the total system Median effluent concentration (AOPTi plant) n n < LOQ µg/L µg/L % µg/L 1H-Benzotriazol 10 5.6 ± 0.55 98 0.088 ± 0.027 5 2 Carbamazepin 0.5 1.7 ± 0.35 > 99 < 0.03 5 5 Clarithromycin 0.1 0.12 ± 0.013 > 91 < 0.03 5 5 4N-Acethylsulfamethoxazol 0.1 0.013 ± 0.012 > 80 < 0.03 5 5 Diclofenac 0.05 2.6 ± 1.1 > 99 < 0.015 5 5 Metoprolol 7.3 0.62 ± 0.05 > 99 < 0.03 5 5 Sulfamethoxazol 0.6 0.62 ± 0.25 > 99 < 0.03 5 5 Terbutryn 0.065 0.014 ± 0.002 > 62 < 0.03 5 5 Iohexol 0.1 0.69 ± 0.59 > 95 < 0.1 5 5 Iopromid 0.1 1.7 ± 0.70 > 99 < 0.01 5 5 PFOS 0.00065 0.019 ± 0.017 89 0.0017 ± 0.0008 3 0
  • 17. Photocatalyse sous lumière visible Disinfection of waters : E. Coli, Enteroccoccus, …
  • 18. Synthèse des coatings ZnO dopés Home-made spray-coating 16 Solution Tête de spray Spray Pressurized Air Support chauffé Inox 316L Déplacement Nebulized solution
  • 19.
  • 20. Projets wallon GREENWIN BlueV et européen CORNET BACZEREAU Support - Simulation flow - Prototype Re : 39190 [-] Régime turbulent => Modèle le plus courant de simulation des fluides en régime turbulent -Modèle K-epsilon
  • 21. Test d'efficacité – Prototype - Colorants 19 𝝉 = 3.1 s 𝝉 = 6.9 s 𝝉 = 4.5 s 𝝉 = 0.58 s Projets wallon GREENWIN BlueV et européen CORNET BACZEREAU
  • 23. Electro(photo)catalyse Dr. Julien Mahy : chargé de recherches FNRS
  • 24. Electro(photo)catalyse n Production of H2O2 (determination of process parameters) – Research stay in Quebec (2022-2023) q Set up of electrochemical device and production of H2O2 with carbons (XC4, XC5, XC6, and XC7) – I = 0.1 A ↑ Surface spécifique, [H2O2]↑
  • 25. Adsorption de micropolluants sur argiles fonctionnalisées – Co-tutelle Université Yaoundé
  • 26. Argiles fonctionnalisées Argile brute Argile/ZnO Argile/ZnO/Cu2+ Marlène Huguette Tsaffo Mbognou Doctorante en cotutelle
  • 27. Argiles fonctionnalisées 0 50 100 150 200 250 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Adsorbed Volume (cm 3 /g) Relative pressure (P/P0) KAO KAO-HCl MK-600°C-HCl MK-700°C-HCl MK-800°C-HCl Pierre Ngue Song Doctorant
  • 28. Conclusions et perspectives § Différents procédés ne sont pas concurrents mais COMPLEMENTAIRES - Agents de contraste : 100 % de dégradation avec AOPs 50 % de dégradation avec biofiltration - Metroprolol : 95 % de dégradation avec biofiltration 80 % de dégradation avec AOPs § Evaluation de la nature des micropolluants et de leur concentration, de la nature de l’eau à traiter (pré-traitements) § Moment charnière entre les tests à l’échelle pilote et la réalité du terrain ! Ratio à évaluer « Coût du traitement/temps de traitement »