Étude du potentiel d'utilisation de résidus agricoles haïtiens pour le traitement par biosorption d'effluents pollués

par Osnick Joseph

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement industriels et urbains

Sous la direction de Rémy Gourdon.


  • Résumé

    La bagasse de canne à sucre et la racine de vétiver étudiés dans le cadre de cette recherche proviennent d’Haïti et constituent des ressources abondantes et localement disponibles à faible coût. Cette thèse a pour objectif d’étudier le potentiel d’utilisation de la bagasse et du vétiver pour le traitement d’effluents industriels chargés en polluants métalliques et en colorants, dans une démarche de recherche de procédés applicables au traitement des eaux usées dans le contexte haïtien. La première étape consistait à préparer et à déterminer les caractéristiques physicochimiques des matériaux. En particulier, l’incubation biologique anaérobie de la bagasse a permis de doubler la surface spécifique, de réduire la concentration de carbone organique dissous (COD) de 92%, d’augmenter la concentration des fonctions carboxyliques de 600% et lactones de plus de 1100%, ainsi que la création de fonctions basiques. Tandis que les caractéristiques physicochimiques du vétiver sont demeurées quasi-inchangées. La biosorption des ions métalliques Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, et des colorants Acid Orange 7 et Victoria Blue B a été étudiée en milieu dispersé (batch) à la fois sur les matériaux natifs et incubés. L’équilibre de biosorption des polluants métalliques est atteint au bout de 300 minutes pour les matériaux natifs et incubés. La vitesse initiale de biosorption (v0) de la bagasse incubée a augmenté de 600%, par rapport à la bagasse native, tandis que la diminution de la constante cinétique de pseudo-second ordre (k) est de l’ordre de 45% pour la bagasse et le vétiver incubés, par rapport à celle des matériaux natifs. Les modèles de Langmuir et de Freundlich ont permis une bonne description des isothermes expérimentales. L’ordre d’affinité correspond à Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ > Cd2+ > Ni2+ pour la bagasse native et Cu2+ > Pb2+ > Ni2+ > Cd2+ > Zn2+ pour la bagasse incubée. Les capacités maximales de biosorption du cuivre sur la bagasse native et incubée varient de 0,028 à 0,12 mmol. G-1 et de 0,029 à 0,09 mmol. G-1 pour le plomb. Les capacités d’adsorption du vétiver natif et incubé vis-à-vis des ions Ni2+ et Cd2+ sont au moins deux fois plus élevées que celles de la bagasse. L’ordre de performance des quatre matériaux vis-à-vis des ions Ni2+ et Cd2+ correspond à : vétiver incubé > vétiver natif > bagasse incubée > et bagasse native en considérant les valeurs de (qm). A l’inverse des résultats obtenus pour les ions métalliques, les capacités d’adsorption des colorants sont faibles. L’échange d’ions constitue l’un des mécanismes de biosorption des ions métalliques sur la bagasse, accompagné de la chimisorption ou de la complexation. L’un des exemples de mise en œuvre possible sur le terrain haïtien consiste à traiter les effluents chargés en métaux lourds et en pigments d’une usine de peintures de Port-au-Prince à l’aide d’un procédé à contrecourant.

  • Titre traduit

    = Study of potential use of the Haitian agricultural by-products for wastewater treatment by biosorption technique


  • Résumé

    Sugar cane bagasse and vetiver root samples used in this research come from Haiti and constitute cheap, abundant and locally available resources. The aim of the present work is to study the potential of use of bagasse and vetiver for the metals and dyes laden industrial wastewater treatment, in a step of search for processes applicable to the wastewater treatment in the Haitian context. The first stage consisted in preparing and determining the physico-chemical characteristics of materials. In particular, the anaerobic biological incubation of bagasse contributes to increase the specific surface area by 100%, and the carboxylic lactones functions by 600% and more than 1100%, respectively, reduce dissolved organic carbon (DOC) by 92%, and the creation of basic functions. While the physico-chemical characteristics of vetiver root are remained quasi-unchanged. The batch biosorption studies were carried out for several metal ions, namely Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, and dyes, such as Acid Orange 7 and Victoria Blue B both onto native and incubated materials. The biosorption equilibrium was reached at the end of 300 minutes for native and incubated materials. The initial sorption rates (v0) of Incubated Sugar Cane Bagasse (ISCB) increased by 600%, while the reduction in the pseudo-second order kinetics constant (K) was about 45% for ISCB and Incubated Vetiver Root (IVR), compared to that of native materials. The metal experimental data fitted well with the Langmuir and Freundlich model. The based maximum biosorption capacities (qm) affinity order corresponds to Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ > Cd2+ > Ni2+ for native bagasse and Cu2+ > Pb2+ > Ni2+ > Cd2+ > Zn2+ for incubated bagasse. The maximum biosorption capacities of copper onto native and incubated bagasse vary from 0. 028 mmol. G-1 to 0. 12 mmol. G-1 and from 0. 029 mmol. G-1 to 0. 09 mmol. G-1 for lead. The biosorption capacities of nickel and cadmium ions onto incubated vetiver root are at least twice higher than those of bagasse. The based maximum biosorption capacities (qm) order of native and incubated materials for nickel and cadmium removal corresponds to IVR > NVR > ISCB > NSCB (NVR and NSCB: Native Vetiver Root and Native Sugar Cane Bagasse). The biosorption capacities of Acid Orange 7 and Victoria Blue B are low, compared to the results obtained for metal ions uptake. Ion exchange with Ca2+ ions was found to be one of biosorption mechanism, added with chemisorption or complexation. One of the possible implementation in the Haitian context consists in metals and pigments laden paint manufacturing effluents treatment, in Port-au-Prince, by using a biosorbent-based counter-current process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.177-192

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3418)
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