Equipe 04

1. Thèmes de recherche et application :

Au cours l’année 2009, outre la recherche bibliographique que nous poursuivons régulièrement, nous avons parallèlement élaboré et caractérisé de nouveaux charbons actifs et réalisé divers travaux traitant de l’adsorption et de la biodégradation. Dans le but d’entreprendre l’étude de la dégradation phénol, de l’aniline et de leurs dérivés par des bactéries immobilisées sur des supports solides poreux adsorbants, des matériaux composites ont été élaborés à partir d’un mélange d’une matrice silicique et d’un charbon à base de noyaux de datte traités par voies chimique et physique et par leur combinaison. Les premiers résultats de leur caractérisation révèlent une structure méso poreuse avec un développement considérable de la porosité et de l’aire spécifique. Les résultats des tests d’adsorption du phénol, de l’aniline et de leurs dérivés montrent que, dans tous les cas, le taux d’élimination dépend du polluant considéré mais surtout des conditions d’activation (nature et concentration de l’agent chimique intervenant lors du traitement du précurseur ligno-cellulosique, température et durée de traitement) et de carbonisation (température et durée). Il semble que les charbons les plus performants sont ceux activés aux acides chlorhydrique et phosphorique. L’étude de la biodégradation du phénol et de ses dérivés menée en batch, a été réalisée avec une mixture bactérienne et une souche pure "pseudomonas fluorescens" que nous avons acclimatée à l’utilisation du phénol et de ses dérivés comme source de carbone et d’énergie. - La bactérie pseudomonas fluorescens a été développée et maintenue dans un milieu constitué d’extrait de bœuf, de levure, de peptone, de NaCl et d’agar et ajusté à pH 7,0. Les essais de biodégradation de solutions aqueuses contenant 100 mg.L-1 de polluant, en l’occurrence le phénol, ont été réalisés en régime statique avec une vitesse et une durée d’agitation de 200 tr/min et 96 h, respectivement. L’objectif fixé était de mettre en évidence l’effet de divers paramètres en appliquant le modèle de Box-Behnken. Cette méthode des plans d’expériences nous a permis : - d’optimiser le pH, la température, la concentration du glucose et celle de (NH4)2SO4 ; notons qu’aux conditions optimales déterminées par cette technique d’expérimentation le taux de phénol biodégradé est de 97,44 % ; d’établir un modèle mathématique permettant la prédiction du rendement de biodégradation en fonction des paramètres considérés, dans le domaine étudié. En effet, le modèle établi permet de prédire le rendement de biodégradation du phénol dans tout le domaine expérimental ; l’erreur moyenne inférieure à 1 % ainsi que la valeur élevée (0,998) du coefficient de régression prouve la bonne fiabilité de ce modèle. Par ailleurs, l’exploitation des coefficients de ce modèle montre que les effets de tous les paramètres et de leurs interactions (exceptée celle de "pH-concentration de (NH4)2SO4") sont significatifs. - Pour une meilleure exploitation de la capacité de la mixture bactérienne de dégrader des composés aromatiques phénolés, l’étude de l’effet des paramètres de croissance bactérienne et de biodégradation du phénol, a été entreprise. Trois sources d’azote, (NH4)2SO4, NH4NO3 et NH4Cl, ont été retenues. L’effet de chacune de ces sources a été étudié en fonction du pH initial et de la concentration de trois sels, NaH2PO4, KH2PO4 et MgSO4. Les valeurs de la concentration de phénol (125 mg/L), de la vitesse d’agitation (200 tr/min) et de la température (30°C) ont été maintenues constantes.

 


Les résultats obtenus montrent que pour les trois sources d’azote, les concentrations optimales du NaH2PO4 et MgSO4 sont de 3 et 0,1 g.L-1, respectivement. Quant aux concentrations optimales de KH2PO4, pour (NH4)2SO4, NH4NO3 et NH4Cl, elles sont égales à 3, 1 et 4 g.L-1, respectivement.


Nous avons également déterminé les valeurs optimales de la concentration des trois sources d’azote et du pH initial ; elles sont égales à 1 g.L-1 et 8, respectivement.


La mixture bactérienne utilisée dégrade la quasi-totalité du phénol au bout 24 à 36 h ; en effet le taux de biodégradation maximale varie entre 99,29 et 99, 98 %. Les taux de croissance bactérienne maximale, déterminés pour [(NH4)2SO4]optimale, [NH4NO3]optimale et [NH4Cl]optimale sont de 0,64, 0,62 et 0,65 h-1, respectivement. Par ailleurs, nous avons constaté que la phase latente varie de 10 à 20 h.

 

Dans le but de réaliser la dégradation de composés aromatiques par les bactéries immobilisées sur un solide poreux, en l’occurrence le charbon actif, ce qui équivaut au couplage des procédés d’adsorption et de biodégradation, outre les matériaux composites carbonés mentionnés ci-dessus, nous avons élaboré un solide poreux d’origine minérale qui jouera en même temps le rôle de lit fixe et celui de biofilm non adsorbant. Une telle démarche, nous permettra de comparer cette dernière variante à celle utilisant le charbon actif.


Nous avons aussi procédé au dimensionnement et à la conception d’une colonne à double paroi ainsi qu’au montage de la station de biodégradation. Quelques travaux préliminaires relatifs à l’étude hydrodynamique du réacteur à lit fixe alimenté en continu (étalonnage de la pompe, du débitmètre et du conductimètre) ont aussi été effectués.