Masdar Institute, pionnier du système innovant de traitement des eaux usées

Innovation dans le traitement et la réutilisation des eaux usées dirigée par le Dr Shadi Hasan et son équipe à l'Institut Masdar.Photo publiée avec l'aimable autorisation de l'Institut Masdar

Le système de traitement des eaux usées tout-en-un développé par le Dr Shadi Wajih Hasan de l'Institut Masdar, professeur adjoint de génie chimique et environnemental, est encore amélioré dans le but de faire progresser le domaine de la purification des eaux usées.

Le système avancé du Dr Hasan, connu sous le nom d'électro-bioréacteur à membrane immergée, ou SMEBR, est une unité hybride intégrée de traitement des eaux usées qui est nettement plus efficace pour traiter les eaux usées et considérablement moins sensible à l'encrassement, c'est-à-dire l'accumulation indésirable de sel et de biomatériau sur une membrane qui réduit la capacité de la membrane à filtrer les impuretés.

Un SMEBR est un bioréacteur à membrane électriquement amélioré (MBR), qui est une nouvelle technologie de traitement des eaux usées. Alors qu'un MBR combine des procédés membranaires comme la microfiltration avec des procédés de traitement biologique pour purifier les eaux usées pour un effluent de haute qualité, un SMEBR ajoute un troisième procédé électrocinétique, qui utilise un courant électrique pour éliminer divers contaminants des eaux usées.

Le SMEBR est capable de générer des eaux usées traitées de meilleure qualité tout en consommant moins d'énergie qu'un MBR, car l'inclusion des processus biologiques et électrocinétiques améliorés réduit la dépendance du système vis-à-vis des opérations de traitement primaires et secondaires.

Le Dr Hasan a contribué au développement du premier système SMEBR à l'échelle pilote au cours de ses études de doctorat à l'Université Concordia au Canada et a poursuivi son travail pour améliorer et améliorer le SMEBR pendant son séjour à MI, en mettant l'accent sur l'optimisation du système pour un fonctionnement efficace aux EAU. Le Dr Hasan et ses collègues ont publié plus de 20 articles sur ce sujet dans des revues internationales et des actes de conférence tels que Nature Scientific Reports, Bioresource Technology, Chemosphere, Electrochimica Acta, Environmental Management et Environmental Sciences. L'un de ces articles, co-écrit par son doctorant Adewale Giwa, est resté à la première place parmi les 20 meilleurs articles du moteur de recherche BioMedLib dans le domaine des bioréacteurs à membrane pour le traitement des eaux usées depuis 2015.

L'intérêt pour les travaux SMEBR du Dr Hasan est également mis en évidence par la publication récente d'un article de synthèse sur le thème des processus électrochimiques avec les MBR, qui a été publié dans la revue Frontiers in Environmental Science en août 2016 par une équipe de chercheurs d'Italie et des Philippines.

Un article de synthèse résume les études publiées précédemment et fournit l'état actuel des connaissances sur un sujet de recherche particulier. Lorsqu'un article de synthèse est publié, cela signifie qu'un nombre croissant de scientifiques s'intéressent au sujet de recherche en question.

"La publication d'un article de synthèse qui se concentre fortement sur mon travail SMEBR reflète le fait que le domaine devient de plus en plus important à l'échelle mondiale et que plusieurs chercheurs du monde entier ont commencé à travailler avec la même technologie des eaux usées", a fait remarquer le Dr Hasan.

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Dans ses efforts pour faire progresser le système SMEBR à l'échelle du laboratoire développé au MI, le Dr Hasan a travaillé avec Giwa pour développer le premier modèle informatique numérique du SMEBR. Le modèle simule le processus d'élimination des contaminants, tels que les composés organiques et inorganiques, lorsque les eaux usées traversent l'unité SMEBR et modélise les effets des processus SMEBR sur la qualité de l'effluent, qui est l'eau rejetée.

Le modèle SMEBR a montré que l'effluent produit par la nouvelle technologie avait les plus faibles concentrations d'ammoniac, d'azote, de phosphore et de métaux par rapport à l'effluent produit par les deux autres procédés de traitement les plus courants, y compris le procédé conventionnel à boues activées et le procédé MBR. Le modèle a ensuite été validé par des travaux expérimentaux qui ont produit des résultats similaires à ce que le modèle avait prédit.

"Pour créer notre modèle, nous avons dû développer différents modèles qui représentent chacun des trois processus de traitement utilisés dans un système SMEBR et les intégrer afin qu'ils fonctionnent en collaboration pour prédire les performances du réacteur, et cela n'a jamais été fait auparavant", a expliqué le Dr Hasan.

Le modèle permet de mieux comprendre comment un système SMEBR réagira à différentes qualités d'eaux usées et serait particulièrement utile pour optimiser la conception et la construction d'usines de traitement des eaux usées qui prévoient d'exploiter les technologies SMEBR.

Afin de faire progresser l'efficacité et l'efficience de la technologie SMEBR pour produire de l'eau de haute qualité, le Dr Hasan travaille avec Menatalla Ahmed, étudiante en maîtrise de sciences en génie chimique, pour améliorer le système hybride avec un deuxième cycle de traitement, un processus de post-traitement qui utilise la nanotechnologie.

Le projet a été lancé en collaboration avec des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) dans le but d'améliorer la qualité de l'effluent produit par le système SMEBR en couplant la filtration par nanofils - qui sont des filtres constitués de fines nanoparticules de dioxyde de manganèse et de dioxyde de titane - en tant que processus de post-traitement.

"Le matériau nanofil développé dans le cadre de ce projet a déjà démontré une forte capacité à éliminer la pollution causée par la présence de métaux lourds et de matières organiques dans les eaux usées", a déclaré le Dr Hasan. "Une technologie d'intégration combinant cela avec le système SMEBR offre un grand potentiel pour le traitement des eaux usées."

Actuellement, les étudiants en maîtrise et en doctorat du Masdar Institute testent également d'autres nanomatériaux pour optimiser la nanofiltration à base de membrane post-traitement. Le Dr Hasan travaille actuellement à l'intégration de l'unité SMEBR et de la nanofiltration afin de développer un prototype pour commencer les essais pilotes du système intégré.

En tirant parti de l'expertise du Dr Hasan, l'Institut Masdar développe un système innovant de traitement des eaux usées et contribue à l'avancement des connaissances scientifiques sur les nouvelles technologies de l'eau.

Les travaux menés par le Dr Hasan et son équipe soutiennent le développement d'une infrastructure d'eau résiliente aux Émirats arabes unis tout en renforçant la position du pays en tant que leader mondial de la réutilisation des eaux usées traitées.