APPLICATION OF CROSS-FLUXES DIALYSIS TO NITRATE SUPPRESSION IN DRINKING WATERS

Application de la dialyse ionique croisée à l’élimination des nitrates des eaux potables

F. Ouni1, H. Bouayad1, L. Chaabane1, G. Bulvestre1*, N. Ayed2, B. Auclair1

1 Laboratoire des Matériaux Echangeurs d’Ions, Université Paris XII - Val de Marne. 94010 Créteil Cedex. France

2 Unité de Recherche de Chimie Industrielle 99/UR1201, INSAT de Tunis, Centre Urbain Tunis Nord. 1080 Tunis, Tunisie.

* Corresponding author. E-mail: gbulv@univ-paris12.fr

Received: 31 May 2005; revised version accepted: 13 October 2005

Abstract

The discovery of health risks caused by the high concentrations of nitrate ions in drinking waters has resulted in the apparition of a WHO standard which establishes the maximal acceptable concentration and has incited governments to find inexpensive denitratation processes producing standard compatible drinking waters.

Due to their low cost and the facility of their implementation, the membrane processes for nitrate elimination have attracted many researchers and companies.

The aim of this work is to study the substitution of nitrates for chloride ions using the process of the ionic cross-dialysis involving an anion exchange membrane.

The analysis of experimental results shows that the rate of elimination is inversely proportional to the initial concentrations of nitrates in the upstream flow, and that the transmembrane flux depends on the flow rate of the solutions as well as the stirring velocity. We show that among the three studied membranes (AFN, ACM and MA-40) the AFN is the most efficient one and that it is necessary to work at the maximum stirring speed to reduce the influence of the boundary diffusion layers. We also demonstrate that a flow of 1300 L per hour and square meter of membrane is a good compromise between the efficiency of the process and a high output flow. Under these conditions the rate of denitratation remains always higher than 70%.

Keywords : Nitrate; Denitratation ; Drinking water; Anion-exchange membrane; Ionic cross-dialysis.

Résumé

La découverte des risques sanitaires causés par les concentrations élevées des ions nitrate dans les eaux potables a d’une part entraîné l’apparition d’une norme de l’OMS fixant la teneur maximale admissible, et d’autre part, incité les états à rechercher des méthodes de dénitratation peu coûteuses et capables d’assurer une eau normalisée destinée à la consommation humaine.

En raison de leur faible coût et de la facilité de leur mise en œuvre, les procédés membranaires pour l’élimination des ions nitrates ont suscité l’intérêt de nombreux chercheurs et industriels. L’objectif de ce travail est d’étudier la possibilité de substituer des chlorures aux nitrates en utilisant le procédé de la dialyse ionique croisée (DIC) à travers une membrane échangeuse d’anions (MEA).

L’analyse des résultats expérimentaux a montré que le rendement d’élimination est d’autant meilleur que les concentrations initiales des nitrates en amont sont faibles et que le flux transmembranaire croit avec le débit des solutions et leur agitation. Parmi les trois membranes sélectionnées (AFN, ACM et MA-40), l’AFN s’est révélée la plus efficace. Il faut travailler avec une agitation maximale pour réduire l’influence des couches limites de diffusion. Il s’avère qu’un débit de 1300 L/h et par m2 de membrane est un bon compromis entre l’efficacité et le volume traité. Dans ces conditions le rendement de la dénitratation reste toujours supérieur à 70 %.

Mots clés : Nitrate; Dénitratation; Eaux potables; Membrane échangeuse d’anions; Dialyse ionique croisée.

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