TRAITEMENT PAR CHARBONS ACTIFS DES - Pôle ?· filtres à CA • Problématique – Les filtres à charbons…

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • TRAITEMENT PAR CHARBONS ACTIFS DESTRAITEMENTPARCHARBONSACTIFSDESEAUXPOLLUEESPARLACHLORDECONEET

    ESSAISDEDEGRADATION

    S.Gaspard

    A.Durimel,L.Laquitaine,L.Maisonneuve,R.Ranguin,

    LaboratoireCOVACHIMM2E,EA3592UniversitdesAntillesetdelaGuyane,BP250,97157PointePitre,Cedex.Guadeloupe,FrenchWestIndies.

  • CONTEXTEETOBJECTIFS

    Pollution des eaux de surface par la CLD Localisation en Guadeloupe au sud BasseTerre, eau de captage

    (Gommier, Tabacco, Belle eau Cadeau..)

    Lesstationsdetraitementdeseauxonttquipesdefiltres CAfiltresCA

    ProblmatiqueProblmatique Lesfiltrescharbonsactifsdoiventtrerenouvelsdeplusenplus

    rapidement EstilpossibledutiliserunCAprparpartirdunebiomasseabondante

    localement? Miseaupointdunprocddergnration?

  • OBJECTIFS

    O ti i l t it t d h b tif Optimiserletraitementdeseauxparcharbonsactifs Dterminerlescaractristiquestexturalesetchimiquesducharbonactifquifavorisentladsorptionq p

    PrparerunCApartirdebiomasselocale

    Mettre au point un traitement de rgnration des Mettreaupointuntraitementdergnrationdescharbonsactifscontamins Voiechimique:traitementpardessolvantsq p Voiebiologique

    Utilisationdecofacteurs capablededgraderlaCLD Utilisation de bactries Utilisationdebactries

  • Prparationdescharbonsactifs

    Extraction Bagasse

    Precurseur:bagassedecannesucre

    CannesucreRsidufibreux

    dujusdecanne Broyeettamise

    CHIMIQUECHIMIQUE

    ACTIVATION

    PHYSIQUEPHYSIQUE

    CarbonisationImpregnation aveclacidephosphorique

    XpXp = H3PO4/= H3PO4/PrecursorPrecursor XpXp : 0 5:1: 0 5:1 1:11:1 1 5:11 5:1

    Activationlavapaurdeau800C

    XpXp =H3PO4/=H3PO4/PrecursorPrecursor,,XpXp :0.5:1:0.5:1 1:11:1 1.5:11.5:1

    schage+pyrolyse600C+lavageleau

    4BagHBagH22OO BagP0.5BagP0.5 BagP1BagP1 BagP1.5BagP1.5

  • TextureduCA:porosit

    Micropores:50nm

    chimiedesurfaceduCA:groupementschimiques

    5

  • Propritstexturalesdescharbonsactifsp

    Paramtrestexturauxdterminspard d

    Echantillonadsorption deN2

    SBET Vp Vmi Vme(m2/g) (cm3/g) (cm3/g) (cm3/g)

    BagH2O 12420.69 0.42 0.27

    BagP0.5 1269 0.79 0.52 0.27

    BagP1 1502 1.26 0.45 0.81BagP1 1502 0.81

    BagP1.5 1492 1.63 0.14 1.49

    B H O b P05 d i il i il iBagH2OetbagP05ontdesparamtretexturauxsimilaires,ilssontmicroporeuxBagP1etBagP1.5,ontuneplusgrandesurfacespcifiqueetsontmsoporeux

  • Chimie de surface des charbons actifsChimiedesurfacedescharbonsactifs

    Groupementsacidobasiques

    Echantillons

    Acides(meq/g)

    Basiques(meq/g)

    pHPZC(meq/g) (meq/g)

    BagH2O 0.51 0.65 8.04

    BagP0,5 1.75 0.25 3.83

    BagP1 2.02 0.187 3 79BagP1 2.02 0.187 3,79

    BagP1,5 2.22 0.062 3.52

    BagH2OestbasiqueBagP05,BagP1etBagP1.5sontacides

  • GroupementsdesurfacescaractrissparspectroscopiedephotolectronX

    %Elements%groupementsfonctionnelsobtenuspartirdesspectres

    C1S

    %groupementsfonctionnelsobtenuspartir des spectres O1SC1S partirdesspectresO1S

    C O Graphitic Hydroxyl Carboxyl Carbonyl COH/COC

    BagH2O 75.7 14.8 64.36 11.87 13.6922.40 59.64

    BagP0 5 87 1 9 1 55 92 18 91 14 43 21.23 47.04BagP0.5 87.1 9.1 55.92 18.91 14.43

    BagP1 87.7 9.1 56.32 14.89 14.52 34.69 51.67

    BagP1.5 88.9 7.9 66.25 12.43 8.60 25.06 43.35

    B H O B P1 5 i d hi i l iBagH2OetBagP1.5ontuneproportiondegroupementsgraphitiquesplusimportanteBagH2OcontientplusdegroupementsoxygnsetBagP1.5,contientuneproportiondeCplusimportante

  • AdsorptiondelaChlordcone

    40

    50 qe, g/mg

    50

    60pH=2 pH=5 pH=7 pH=9 pH=11

    qe, g/mg

    BagH2O

    20

    30

    BagH2O20

    30

    40BagH2O

    0

    10

    BagP0.5

    BagP1

    BagP1.5

    Ce, g/L 0

    10

    20

    Ce, g/L

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

    45

    50pH=2 pH=5 pH=7 pH=9 pH=11

    qe, g/mg

    25

    30

    35

    40

    BagP05

    5

    10

    15

    20

    Ce g/L0

    0 500 1000 1500 2000

    Ce, g/L

  • Dterminationdescapacitsdadsorption

    EchantillonCapacitdadsorptiondelaCLD g/mg de Charbon actifCLDg/mgdeCharbonactif

    BagH2O 31.9

    BagP0,5 46.2

    BagP1 44.3

    BagP1.5 49.8

  • InfluencedupHsurladsorption delaCLD

    pHpzcBagH2OpH < pHPZC pH > pH

    pHpzcBagP1.5

    pH < pHPZC pH > pHPZC

    pH = pHPZC

    BagH2OetBagP05slectionns:proprittexturalesprochesg g p p p

    LadsorptiondelaCLDestmaximale Lorsque le pH de la solution = pH de surface du charbons actifLorsquelepHdelasolution=pHpzc desurfaceducharbonsactif Lorsquelachargedesurfaceestneutre

  • Influencedesgroupementsdesurfacesurladsorption de la CLD

    50 qmax, g/mg50 Basicgroups Acidicgroupsqmax, g/mg

    adsorption delaCLD

    y=3.463x+59.24R=0.967

    45y=29.30x+51.05

    R=0.952y=9.608x+26.98

    40

    45

    35

    40 R=0.941

    35

    40

    B i A idi %

    30

    3 4 5 6 7 8 9

    pHPZC30

    0 0.5 1 1.5 2 2.5

    Basic or Acidic groups, %

    50 COH+COC C Oqmax, g/mg

    y=1.044x+95.32R=0.924

    y=1.224x 61.22

    45

    Ladsorption de la CLD estdfavorise par un % lev dOde groupements basiquesh d l t thR=0.970

    y=2.433x+67.48R=0.988

    35

    40 hydroxyl et ether

    Un pHpzc bas, un % lev de C et

    30

    0 20 40 60 80 100

    O, COH+COC and C, %

    p pzcde groupements acides acidesfavorisent ladsorption de CLD

  • Etudeparthermodsorptionprogramme

    Dsorption des groupements

    CAnoncontamin

    Dsorptiondesgroupementscarboxyliques

    CAcontamin

    Ladsorption de la chlordcone inhibe la dsorption desgroupements carboxyliques sous forme de CO2

    Il y a des interactions fortes entre la CLD et les groupementscarboxyliques la surface du charbon actif

  • POURRESUMER

    LadsorptiondelaCLDsurlesCAestfavoriseparlespropritsdesurfacesuivantes: UnCAmsoporeux

    Une forte proportion de carbone graphitiqueUneforteproportiondecarbonegraphitique Laprsencedegroupementsacides pHdesurfaceprochedeceluideleaup p

  • Rgnration des charbons actifsRgnrationdescharbonsactifs

    Rgnrationchimiquedelachlordcone pardessolvants

    Hexane3%en20h acetone 34%en5h Ethanol43%en2h

    (Atitreindicatifdansleau12%deCLDdsorb en10h)

  • Rgnrationbiologique

    UtilisationdebactriesoudecofacteurscapablesdedgraderlaChlordcone en prsence de charbons actifsChlordcone enprsencedecharbonsactifs

    Bactrieoucofacteur

  • EssaisdedgradationdelaCLDpardesmicrocosmesenconditionsarobies

    3

    2

    2.5

    dco

    ne (m

    g/m

    l)

    1

    1.5

    entr

    atio

    n en

    chl

    ord

    Mtabolite??

    0

    0.5

    Temoin sol Grand Caf sol Fromager sol Bourdonnire

    conc

    e

    Temoin sol Grand Caf sol Fromager sol Bourdonnire

    Concentration en Chlordcone dans des microcosmes aprs trois semaines dincubation

    ChromatogrammedelchantilloninoculaveclesoldeGrandCaf

  • Comparaisonavecladgradationdu HCHpardesmicrocosmesenconditionsarobies

    0.5

    0.6Concentration en lindane aprs trois semaines dincubation

    Disparition complte du HCH

    0.3

    0.4

    DisparitioncomplteduHCHaprs3semainesdincubation

    PrsencedegnesLin codantpour

    0.1

    0.2

    g pdesenzymesbactriennesdgradantlaCLD

    0t emoin sol Grand Caf sol Fromager sol Bourdonnire

    oil

    oil

    Fr s

    o

    Gc

    so + -

    18LinA LinB LinC

  • EssaisdedgradationenconditionsanarobiesparlaVitamineB12

    Jablonski et al., 1996 : La bactrie Methanosarcina Thermophila est capable de dgrader la CLDJablonski et al., 1996 : La bactrie Methanosarcina Thermophila est capable de dgrader la CLDSchrauzer et al., 1978 : La vitamine B12 est capable de dgrader la CLD

    Rsultats des exprimentations de dgradation de la CLD par la vitamine B12au laboratoire

    CLD CLD-OH

    C10HCl9O

    1,2 107

    1,4 107 1,5 106

    C10HCl9O

    C10H2Cl8O

    C10H4Cl6O

    C10H4Cl6O

    8 106

    1 107

    1 106CLD

    10 4 6

    4 106

    6 106

    5 105

    C10HCl9OC H Cl O

    CLDOH

    0

    2 106

    00 20 40 60 80 100 120 140

    C10H2Cl8O

    DgradationdelaCLDparlaVB12enconditionsanarobiesenmoins5jours Dchloruration:Apparitiondesmtabolites:C10HCl90,C10H2Cl80,C10H6Cl60

    Temps (min)

  • Travauxencours Collaboration avec Gnrale des eaux sur la caractrisation CollaborationavecGnraledeseauxsurlacaractrisation

    desmatiresorganiquescontenuesdansleauetsusceptiblesdecolmaterlesporesdescharbonsactifsp

    Miseenuvredunprtraitementp

    Optimisation de la dsorption chimique par lthanolOptimisationdeladsorptionchimiqueparl thanol

    Mise en uvre de la rgnration des CA,MiseenuvredelargnrationdesCA, VitamineB12 RecherchedebactriesdgradantlaCLDdansdesmicrocosmesde

    solspollusenconditionanarobies

    RecherchedebactriesdgradantleHCHdansdesmicrocosmesdesols pollus en condition arobies et anarobies (rsultats trssolspollusenconditionarobiesetanarobies(rsultatstrsencourageants)

  • i fi Remerciementsauxfinanceurs

    SIAEAG(cofinancementthse)R i G d l (fi t th t d ) RgionGuadeloupe(financementthse,postdoc)

    CPERPO(FinancementGCMS/MS) FinancementAAPDEMICHLORDINRA(Etudedeladgradationmicrobiennedelachlordcone)

  • Mercidevotreattention

  • CONCLUSIONSCONCLUSIONS

    LadsorptiondelaCLDestfavorisepar laprsencedegroupementacides Uneproportiondecarboneimportante UnpHdesurfaceducharbonprochede7

    La VB12 pourrait tre utilise pour la LaVB12pourraittreutilisepourlargnrationdesCAcontamins