A simple steady state model for ion-exchange membranes applied to defluoridation of drinking water by crossed-fluxes dialysis.

Abstract

Dans cette étude, on propose un nouveau modèle simple d'état d'équilibre pour un procédé de dialyse ionique croisée. Il permet le calcul d'un coefficient global de transfert de matière des ions fluorures qui dépend de l'épaisseur et des caractéristiques de la membrane ainsi que des conditions hydrodynamiques. Une fois identifié, le coefficient global de transfert est utilisé pour concevoir une unité de traitement composée de plusieurs cellules. Trois membranes anioniques (AFN, ACS, et AM3) ont été testées pour défluorurer l'eau potable, dans une cellule composée de deux compartiments séparés par l'une des membranes. Les chlorures sous la forme de NaCl ont été utilisés comme contre-ions… Des essais préliminaires ont démontré que la membrane AFN est la meilleure pour enlever les fluorures suivie de la membrane AM3. Les résultats confirment ceux obtenus par des travaux précédents. Un rapport de concentration Cl-/F- a été déterminé ; sa valeur est environ 100. pour la détermination des coefficients de transfert de matière, des essais ont été réalisés avec les membranes choisies (AFN et AM3). Le débit d'entrée variait entre 0,1 et 0,8 L/h. La concentration en ions fluorures dans le compartiment alimentation est 10-3 M. Le modèle a été appliqué à des données expérimentales pour la détermination des
coefficients de transfert. Ainsi, 0,024 cm/s ont été obtenus pour la membrane AFN et 0,0129 cm/s pour la membrane AM3. En utilisant ces valeurs, le nombre de cellules nécessaires pour atteindre une concentration inférieure à 1 mg/L a été calculé pour les deux membranes selon le débit appliqué.
In this study, a new simple steady state model is proposed for a crossed-fluxes ionic dialysis process. It allows calculation of a global fluoride ions mass transfer coefficient which depends on the membrane thickness and characteristics
and on hydrodynamic conditions. Once identified, the global mass transfer coefficient is used to design a treatment unit including several cells. Three anionic membranes (AFN, ACS and AM3) were tested for fluoride ions removal from drinking water, in a cell composed of two compartments separated by one of the membranes. Chloride in NaCl form was used as a counter-ion. Preliminary tests have demonstrated that the AFN is the best membrane for fluoride removal, followed by the AM3 membrane. This result was obtained by previous works. An optimal concentration ratio Cl-/F- was determined. Its value is about 100. For the determination of mass transfer coefficients, tests were performed with the chosen membranes (AFN and AM3). The inlet flow rate was varied between 0,1 and 0,8 L/h. The fluoride ions concentration in the feed compartment was 10-3 M. The model was applied to the experimental data for mass transfer coefficients determination.
Thus 0.0204 cm/s was obtained for AFN membrane and 0.0129 cm/s for AM3 membrane. Using these values the number of required cells to reach a concentration below 1 mg/L was calculated for the two membranes, according to the applied flow rate.
MOTS-
Keywords: ion fluorure ; défluoruration ; membranes échangeuses d'anions ; modélisation ;eau; Fluoride ion; Defluoridation; Anion exchange membrane; Modelling; Water.

Journal des Sciences Pour l\'Ingénieur. Vol. 8 2007: pp.32-44