Etude des propriétés adsorbantes de biomasses fongiques : application au traitement d'effluents métallifères

par Lenka Svecova

Thèse de doctorat en Sciences et génie de l'environnement

Sous la direction de Jean Roussy et de Martin Kubal.


  • Résumé

    L’objectif de la présente thèse a été d’étudier les possibilités de valorisation des déchets de biomasse (Penicillium oxalicum var. Armeniaca, Tolypocladium sp. ) issus de procédés de fermentation en tant que biosorbants du plomb, du cadmium, du mercure et du chrome hexavalent. Alors que la biomasse de Tolypocladium (biomasse T) a été utilisée en l’état, la biomasse de Penicillium a dû subir un traitement alcalin (biomasse P3). Dans un premier temps, la biosorption a été étudiée à partir de solutions synthétiques monométalliques. Le pH initial optimal pour les espèces cationiques est proche du pH neutre, alors que celui de l’espèce anionique est inférieur à 3 (milieu acide). Le biosorbant P3 a montré des capacités de fixation plus importantes pour tous les métaux étudiés par rapport au biosorbant T. Les capacités maximales de fixation peuvent atteindre, dans des conditions opératoires optimales, 270 mg Hg g-1 biomasse P3 (à pH 5), 160 mg Hg g-1 biomasse T (à pH 7), 70 mg Cr(VI) g-1 biomasse P3 (à pH 3) et 55 mg Cr(VI) g-1 biomasse T (à pH 2). Ces valeurs figurent parmi les valeurs les plus élevées citées dans la littérature. Au contraire pour le plomb et le cadmium les performances sont décevantes. La cinétique de biosorption du mercure et du chrome est du second ordre. L’influence des phénomènes de diffusion sur la vitesse globale du procédé a été largement discutée. Pour les espèces cationiques, le mécanisme de chélation des métaux sur les groupes aminés a été proposé pour la biomasse P3, alors que l’échange d’ions sur les groupes carboxyliques s’est révélé plus probable pour la biomasse T. Pour ce qui concerne les espèces anioniques (ions chromates) la fixation procède par attraction electrostatique sur les groupes aminés protonés. Concernant la biomasse T, le mécanisme combiné d’adsorption/réduction observé pendant les expérimentations en régime statique n’a pas été clarifié. La biosorption à partir de solutions mixtes a été également étudiée. La sélectivité de la biomasse P3 pour le mercure a été confirmée. Aucun mécanisme de compétition n’a été identifié. Le travail expérimental s’est conclu par des expérimentations en régime dynamique (colonne à lit fixé) en utilisant la biomasse de Tolypocladium, immobilisée sur une terre des diatomées. Le procédé est contrôlé par diffusion intraparticulaire. Les courbes de percée dépendent de plusieurs paramètres tels que la concentration initiale et le diamètre des particules.

  • Titre traduit

    Study of adsorption properties of fungal biomass : application in metallic wastewaters treatment


  • Résumé

    The objective of the present work was to study biosorption of mercury, cadmium, lead and hexavalent chromium by waste fungal materials (Penicillium oxalicum var. Armeniaca, Tolypocladium sp. ) produced by Czech fermentation industry. Strong alkaline treatment of Penicillium biomass gave an efficient sorbent (called P3 sample), while biomass of Tolypocladium (referred as T sample) was used as supplied. At first, their sorption properties have been checked for metal recovery from monometallic synthetic solutions. The best sorption of cationic species was observed at pH close to neutrality, while chromium was better removed from acidic solutions (pH 2-3). Regarding maximum sorption capacities (derived from sorption isotherms) biosorbent P3 clearly showed higher capacity than biosorbent T for each individual metal. The maximum sorption capacities at optimum experimental conditions may reach 270 mg Hg g-1 sample P3 (pH 5), 160 mg Hg g-1 sample T (pH 7), 70 mg Cr(VI) g-1 sample P3 (pH 3) and 55 mg Cr(VI) g-1 sample T (pH 2). These values are on the upper boundary of the ranger reported in the literature. On the contrary the sorption capacities obtained for cadmium and lead were less favourable. The process followed second-order reaction kinetics and the influence of diffusion phenomena on the transport rates in suspensions was discussed. It was proved that nitrogen containing groups played an important role in biosorption mechanisms of P3 sorbent. Cations were removed by chelation at pH close to neutrality, while hexavalent chromium was sequestered by the electrostatic attraction to the protonated groups at acidic pH. In the case of T sample, the participation of carboxyl groups in the removal was observed and ion exchange mechanism was suggested. Concerning hexavalent chromium a combined process of sorption/reduction was reported, but the exact mechanism was not found. Sorption from synthetic bimetallic solutions was tested further, while the selectivity of P3 sorbent for mercury was confirmed. The competitive behaviour was only observed in case Hg-Cd system using T sample. Finally, the dynamic sorption in a fixed bed column system was studied using Tolypocladium beads (immobilized on infusorial earth). The column sorption was controlled by intraparticular diffusion. Influence of two parameters was tested; increasing inlet concentration and particle size led to a decrease of the column service time.

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  • Détails : 1 vol (335 p.)
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  • Cote : 628.4 SVE

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