Amélioration de la capacité d’adsorption de la clinoptilolite pour l’enlèvement de l’azote ammoniacal de l’eau

Doubla Aicha Abatcha, Nadia (2026). Amélioration de la capacité d’adsorption de la clinoptilolite pour l’enlèvement de l’azote ammoniacal de l’eau. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’ammoniaque est un polluant toxique présent dans les eaux usées, qui entraine une dégradation des ressources hydriques et des écosystèmes aquatiques particulièrement. La clinoptilolite est un adsorbant naturel qui permet l’enlèvement de l’ammonium de l’eau. L’étude a consisté à améliorer la capacité d’adsorption de la clinoptilolite vis-à-vis de l’azote ammoniacal, à évaluer l’adsorption et la désorption de l’ammonium, puis explorer son potentiel de réutilisation en agriculture.

La calcination à 200 °C a permis d’augmenter la capacité d’adsorption de la clinoptilolite de 2,32 à 4,66 mg N-NH4 + /g. Les essais expérimentaux ont mis en évidence la forte efficacité de la clinoptilolite activée pour l’adsorption de l’ammonium. Les rendements obtenus varient entre 94 % et 96 % sur une plage de pH comprise entre 3,0 et 10,0. Pour des concentrations initiales en ammonium de 50 à 300 mg/L de N-NH₄⁺, l’efficacité d’adsorption se situe entre 96 % et 97,2 %. En ce qui concerne le temps de contact, près de 80 % de l’ammonium est adsorbé au cours des 30 premières minutes. Enfin, l’application d’une dose optimale (2 g) de clinoptilolite permet d’atteindre une efficacité d’adsorption pouvant aller jusqu’à 95 %. Ensuite, l’étude de relargage de l’ammonium par la clinoptilolite dans des milieux simulant des environnements naturels a montré que la clinoptilolite libère effectivement l’ammonium de manière progressive. Dans le milieu récepteur, initialement exempt d’azote ammoniacal (0 mg/L N-NH₄⁺), une concentration de 4,9 mg/L N-NH₄⁺ est observée après 10 jours, puis atteint un maximum de 92,4 mg/L N-NH₄⁺ au terme de 55 jours. Toutefois, la présence de bactéries nitrifiantes accélère le processus de relargage, ces microorganismes contribuant à la transformation de l’ammonium en d’autres formes d’azote, notamment les nitrites puis les nitrates, assimilables par les plantes. Après 55 jours, la clinoptilolite a libéré environ 23 % de la quantité initiale d’azote qu’elle contenait, ce qui met en évidence la possibilité d’une régénération naturelle et progressive du matériau à long terme. Enfin, l’analyse écotoxicologique a révélé que la clinoptilolite, qu’elle soit naturelle, calcinée et/ou enrichie en azote n’a pas d’effet toxique sur la germination des graines de laitue. Toutefois, une quantité excessive de clinoptilolite dans les milieux de culture peut entraîner des conséquences sur la morphologie des jeunes plantes.

Titre traduit

Improving the adsorption capacity of clinoptilolite for ammoniacal nitrogen removal from water

Résumé traduit

Ammonia is a toxic pollutant found in wastewater, leading to the degradation of water resources and aquatic ecosystems in particular. Clinoptilolite is a natural adsorbent that enables the removal of ammonium from water. This study aimed to improve the adsorption capacity of clinoptilolite for ammoniacal nitrogen, evaluate ammonium adsorption and desorption, and explore its potential for reuse in agriculture.

Calcination at 200 °C increased the adsorption capacity of clinoptilolite from 2.32 to 4.66 mg N-NH4 + /g. Experimental trials demonstrated the high efficiency of activated clinoptilolite for ammonium adsorption. The obtained yields varied between 94 % and 96 % across a pH range of 3,0 to 10,0. For initial ammonium concentrations of 50 to 300 mg/L N-NH4 + , the adsorption efficiency ranged from 96 % to 97,2 %. Regarding contact time, nearly 80 % of the ammonium was adsorbed within the first 30 minutes. Finally, the application of an optimal dose (2 g) of clinoptilolite achieved an adsorption efficiency of up to 95 %. Furthermore, the study of ammonium release by clinoptilolite in media simulating natural environments showed that the material effectively releases ammonium in a progressive manner. In the receiving medium, initially free of ammoniacal nitrogen (0 mg/L N-NH4 + ), a concentration of 4,9 mg/L N-NH4 + was observed after 10 days, reaching a maximum of 92.4 mg/L N-NH4 + after 55 days. However, the presence of nitrifying bacteria accelerates the release process, as these microorganisms contribute to the transformation of ammonium into other forms of nitrogen notably nitrites and then nitrates which are assimilable by plants. After 55 days, the clinoptilolite had released approximately 23 % of its initial nitrogen content, highlighting the possibility of natural and progressive long term material regeneration. Finally, ecotoxicological analysis revealed that clinoptilolite whether natural, calcined, and/or nitrogen enriched has no toxic effect on the germination of lettuce seeds. However, an excessive amount of clinoptilolite in culture media can have consequences for the morphology of young plants.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de l'environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 69-80).
Mots-clés libres:	ammonium, clinoptilolite, capacité d’adsorption, désorption, écotoxicologie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hausler, Robert
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	04 mars 2026 19:41
Dernière modification:	04 mars 2026 19:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3829

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