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Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du 18-20 Décembre 2013 Agadir, Maroc.

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1 Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du Décembre 2013 Agadir, Maroc

2 Dr Nadia BOUDRIES Universite de Liège, Gembloux Agro-Bio Tech. Laboratoire de qualite, sécurite et analyse des produits agroalimentaires Ecole Normale Supérieure de Kouba. Département de chimie. Laboratoire de recherche sur les produits bioactifs et valorisation de la biomasse Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du Décembre 2013 Agadir, Maroc Mécanisme de biosorption des cations Zn(II) par une biomasse inactive de Streptomyces rimosus

3 1. Introduction Rejets de métaux lourds Danger Organismes vivants environnement Toxicité Bioaccumulation

4 Traitement des effluents métallifères Méthodes conventionnelles Précipitation Echange dions Floculation Electrodéposition Biosorption

5 Définition de la biosorption La biosorption correspond soit à: ladsorption déléments métalliques et des radionucleides dans les cellules ladsorption ou complexation sur les parois cellulaires Les microorganismes: bactéries, champignons, levures, algues. Définition de la biosorption La biosorption correspond soit à: ladsorption déléments métalliques et des radionucleides dans les cellules ladsorption ou complexation sur les parois cellulaires Les microorganismes: bactéries, champignons, levures, algues.

6 Domaine dapplication de la biosorption Détoxication des eaux usées métallifères, Décontamination des eaux usées radioactives, Récupération des métaux précieux en solutions diluées, Récupération des métaux dans les eaux de traitement des minerais. Avantage des procédés de biosorption Adsorption les métaux en très faibles concentrations, Adsorption sélectivement un métal, Sélectivité, Adsorption en présence de contaminants organiques ou minérals, Régénération du biosorbant, Valorisation facile des métaux adsorbé, Biosorbant disponible et bon marché. Procédés utilisés Batch, Lit fixe, Lit fluidisé. Domaine dapplication de la biosorption Détoxication des eaux usées métallifères, Décontamination des eaux usées radioactives, Récupération des métaux précieux en solutions diluées, Récupération des métaux dans les eaux de traitement des minerais. Avantage des procédés de biosorption Adsorption les métaux en très faibles concentrations, Adsorption sélectivement un métal, Sélectivité, Adsorption en présence de contaminants organiques ou minérals, Régénération du biosorbant, Valorisation facile des métaux adsorbé, Biosorbant disponible et bon marché. Procédés utilisés Batch, Lit fixe, Lit fluidisé.

7 Problématique et objectifs Eaux résiduaires complexe delectrolyse de zinc de ghazaouet + laveries du complexe minier Zn-Pb de kharset youcef et dEl Abed Coproduits du complexe dantibiotique de Médéa Traitement des eaux métallifère par biosorption sur résidus de fermentation Une alternative qui concilie les contraintes techniques et économiques

8 2. Matériel et Méthodes 2.1 Matériel: Biomasse inactive prétraitée de streptomyces rimosus: bactérie mycélienne gram- positive du groupe des actinomycète, synthétise la streptomycine et loxytetracycline (4 à 5 T/100m3 de fermentation) 2.2 Essais: Biosorption de zinc(II) en batch dans les conditions optimales : Temps de contact: 4h pH libre T: 20°C Vitesse dagitaion: 250 t/min Concentration du biosorbant: 0.3g/100ml Granulométrie: µm Concentration de zn(II): SAA de marque PERKIN ELMER modèle 3030B, λ=213.9nm

9 3. Résultats et Discussion 3.1 Equilibre de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Figure 1: Isotherme de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus à 20°C Adsorption en monocouche jusquà saturation des sites actifs

10 Modèle de Langmuir: R 2 = 0.98 Capacité ultime : q m = 27.4mg/g, Constante de dissociation K D =1.45 mM Modèle de Freundlich R 2 = 095 N= 0.68, K= 0.54 Modèle de Langmuir: R 2 = 0.98 Capacité ultime : q m = 27.4mg/g, Constante de dissociation K D =1.45 mM Modèle de Freundlich R 2 = 095 N= 0.68, K= 0.54

11 3.2 Evolution du pH au cours de la biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Figure 2: Evolution du pH et de la capacité de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus au cours du temps Acidification du milieu et augmentation de q Echange de cation Les groupement fonct. (amines, hydroxyles, carboxyles…) de la paroi libèrent les H + Acidification du milieu et augmentation de q Echange de cation Les groupement fonct. (amines, hydroxyles, carboxyles…) de la paroi libèrent les H +

12 Figure 3: Spectre infrarouge de la biomasse inactive de S. rimosus Hydroxyles OH ( cm-1), Amines NH (1643 cm-1 amine secondaire, primaire masquée), Phosphorés (1155 cm-1 acide téchoïque) Hydroxyles OH ( cm-1), Amines NH (1643 cm-1 amine secondaire, primaire masquée), Phosphorés (1155 cm-1 acide téchoïque)

13 3.3 Cinétique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Equilibre chimique est atteint après 3h Cinétique contrôlée par 6 étapes, la diffusion intra-granulaire et la diffusion à travers le film sont limitantes Log (qe-q)/qe =f(t) droite ordre 1 Kv= s-1 cinétique relativement lente 3.3 Cinétique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Equilibre chimique est atteint après 3h Cinétique contrôlée par 6 étapes, la diffusion intra-granulaire et la diffusion à travers le film sont limitantes Log (qe-q)/qe =f(t) droite ordre 1 Kv= s-1 cinétique relativement lente

14 Figure 4: Détermination du coefficient de transfert de matière externe selon le modèle de R.T.M.E. et de McKAY Le coefficient de transfert de matière externe βL Modèle de R.T.M.E βL= m/s. Modèle de McKAY βL = m/s cinétique dépend de la diffusion intra-particulaire Le coefficient de transfert de matière externe βL Modèle de R.T.M.E βL= m/s. Modèle de McKAY βL = m/s cinétique dépend de la diffusion intra-particulaire

15 3.2 Thermodynamique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Equation de VANTHOFF Ln Kc = ΔS°/R - ΔH°/RT ΔH° = Kcal/mole biosorption exothermique, la faible valeur biosorption physique ΔS° = cal/mole/K désordre relativement faible 3.2 Thermodynamique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus Equation de VANTHOFF Ln Kc = ΔS°/R - ΔH°/RT ΔH° = Kcal/mole biosorption exothermique, la faible valeur biosorption physique ΔS° = cal/mole/K désordre relativement faible Figure 5: Détermination de ΔH° et de ΔS° de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

16 4. Conclusion et Perspectives Le rendement délimination des cation métallique est de 75% Lisotherme de biosorption suit le modèle de monocouche de Langmuir et Freundlich et donne une capacité ultime de 27.4mg/g meilleure que celle obtenue par divers micro-organismes testés (Rhizopus arrhizus 13.4mg/g) La cinétique est dordre 1 et relativement lente à cause des phénomène de diffusion L a diffusion intra-particulaire est létape limitante Le biosorbant se comporte en partie comme un échangeur de cation Phénomènes mis en évidence sont ladsorption et léchange dion cependant la biosorption pourrait impliquer la compléxation et autres. 4. Conclusion et Perspectives Le rendement délimination des cation métallique est de 75% Lisotherme de biosorption suit le modèle de monocouche de Langmuir et Freundlich et donne une capacité ultime de 27.4mg/g meilleure que celle obtenue par divers micro-organismes testés (Rhizopus arrhizus 13.4mg/g) La cinétique est dordre 1 et relativement lente à cause des phénomène de diffusion L a diffusion intra-particulaire est létape limitante Le biosorbant se comporte en partie comme un échangeur de cation Phénomènes mis en évidence sont ladsorption et léchange dion cependant la biosorption pourrait impliquer la compléxation et autres.

17 La biotechnologie avatar moderne apporte grâce à la biosorption une alternative aux procédés de détoxication des eaux métallifères. Cette contribution a permis de monter les performances de rétention de Zn(II) de cette bactérie qui pourraient être améliorée par contrôle du pH, activation de la biomasse. La biotechnologie avatar moderne apporte grâce à la biosorption une alternative aux procédés de détoxication des eaux métallifères. Cette contribution a permis de monter les performances de rétention de Zn(II) de cette bactérie qui pourraient être améliorée par contrôle du pH, activation de la biomasse.

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