Impact de fibres cellulosiques fonctionnalisées aux (hydr)oxydes de fer en traitement des eaux

Mebarki, Manel (2025). Impact de fibres cellulosiques fonctionnalisées aux (hydr)oxydes de fer en traitement des eaux. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les eaux usées pétrochimiques posent un important enjeu environnemental au Canada, en raison de leur lente décantation et de leur toxicité, principalement attribuables à leur forte teneur en acides naphténiques (NA) et en composés organiques récalcitrants aux traitements conventionnels. L’objectif principal de cette recherche est d’explorer une stratégie innovante combinant des polymères synthétiques (polyacrylamide, PAM) et des fibres cellulosiques fonctionnalisées par greffage de fer, issues notamment de papier recyclé, afin d’améliorer significativement l’efficacité du procédé de floculation appliqué aux effluents pétrochimiques, caractérisés par leur complexité. Des essais jar test ont permis d’évaluer l’efficacité de différents polyacrylamides (c-PAM et a-PAM) seuls ou en combinés à des fibres greffées ou non. Le greffage au fer a renforcé la capacité d’adsorption et de pontage entre particules colloïdales et matières organiques dissoutes. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le c- PAM 3 associé aux fibres greffées, permettant d’éliminer jusqu’à 66 % d’acides naphténiques et 55-66 % du carbone organique total (COT) avec une turbidité résiduelle inférieure à 2 NTU dans des conditions optimisées. Une des conclusions majeures est l’importance cruciale du rapport optimal entre fibres et polymère pour éviter les phénomènes de surdosage, tels que la restabilisation des flocs ou la diminution des performances d’adsorption, de plus, les fibres favorisent la formation de flocs robustes et facilement déshydratables.

Les résultats préliminaires obtenus sur d’autres types d’eaux usées (hydrocarbures, lixiviats, compost, eaux agroalimentaires) témoignent du potentiel plus large de cette technologie. Ces perspectives ouvrent la voie à des travaux futurs prometteurs, notamment dans le cadre d’un doctorat, pour généraliser et approfondir l’application de cette approche innovante à une diversité d’effluents industriels complexes.

Un concept innovant de traitement basé sur un réacteur 3-en-1, combinant floculation, séparation solide-liquide et déshydratation dans une seule unité grâce aux fibres comme agent de pontage, a été développé et publié en 2025 dans npj Clean Water (facteur d’impact: 12,3). (CHAPITRE 4) D’abord testé sur des eaux africaines très turbides, il a ensuite été évalué sur les effluents pétrochimiques dans un second article soumis. Cette technologie, à la fois performante, et écologique, présente un fort potentiel d’intégration dans les procédés industriels existants.

Résumé traduit

Petrochemical wastewater represents a major environmental challenge in Canada due to its complex composition, slow sedimentation behavior, and high toxicity—mainly attributed to naphthenic acids (NAs) and recalcitrant organic compounds. This study explores an innovative flocculation strategy combining synthetic polyacrylamides (PAM) with iron-grafted cellulose fibers to enhance treatment efficiency. The fibers, derived from recycled paper, offer a lowcost and environmentally friendly alternative to conventional reagents. Jar tests were conducted using different types of PAMs (cationic and anionic), alone or in combination with grafted and non-grafted fibers. The results show that iron-grafted fibers significantly improve pollutant removal through enhanced adsorption and bridging mechanisms. The best performance was obtained with 200 mg/L of grafted fibers and 1–2 mg/L of cationic PAM (particularly c-PAM 3), achieving up to 66 % removal of NAs and total organic carbon (TOC), with residual turbidity below 2 NTU.

An optimal polymer-to-fiber ratio was shown to be crucial to avoid overdosing effects, such as floc restabilization. Grafted fibers also produced more robust flocs, improving sludge dewatering and reducing downstream operational costs. Preliminary tests on other wastewater types (e.g., hydrocarbon-laden water, leachate, compost, and agro-industrial effluents) highlight the broader potential of this approach. These promising results support future work at the doctoral level to generalize its application to a wider range of industrial effluents.

In addition, a compact three-in-one reactor was developed and published in npj Clean Water (2025, IF = 12.3), integrating flocculation, solid-liquid separation, and sludge dewatering in a single unit using bridging fibers. A second paper evaluating this technology on petrochemical wastewater is currently in preparation. Overall, this approach offers a sustainable, costeffective solution for advanced treatment of petrochemical effluents and holds strong potential for industrial-scale integration.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l’environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 129-140).
Mots-clés libres:	fibres cellulosiques greffées, polyacrylamide (PAM), acides naphténiques (NA), carbone organique total (COT), floculation, traitement des MFT, effluents industriels complexes
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lapointe, Mathieu
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	17 sept. 2025 13:45
Dernière modification:	17 sept. 2025 13:45
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3683

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