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TRAITEMENT PAR CHARBONS ACTIFS DESTRAITEMENT PAR CHARBONS ACTIFS DES EAUX POLLUEES PAR LA CHLORDECONE ET
ESSAIS DE DEGRADATION
S. Gaspard
A. Durimel, L. Laquitaine, L. Maisonneuve, R. Ranguin,
Laboratoire COVACHIM M2E, EA 3592 Université des Antilles et de la Guyane, BP 250, 97157 Pointe à Pitre, Cedex. Guadeloupe, French West‐Indies.
CONTEXTE ET OBJECTIFS
• Pollution des eaux de surface par la CLD– Localisation en Guadeloupe au sud Basse‐Terre, eau de captage
(Gommier, Tabacco, Belle eau Cadeau…..)
• Les stations de traitement des eaux ont été équipées de filtres à CAfiltres à CA
• ProblématiqueProblématique– Les filtres à charbons actifs doivent être renouvelés de plus en plus
rapidement– Est‐il possible d’utiliser un CA préparé à partir d’une biomasse abondante
localement ?– Mise au point d’un procédé de régénération ?
OBJECTIFS
O ti i l t it t d h b tif• Optimiser le traitement des eaux par charbons actifs– Déterminer les caractéristiques texturales et chimiques du charbon actif qui favorisent l’adsorptionq p
– Préparer un CA à partir de biomasse locale
• Mettre au point un traitement de régénération des• Mettre au point un traitement de régénération des charbons actifs contaminés– Voie chimique: traitement par des solvantsq p– Voie biologique
• Utilisation de co‐facteurs capable de dégrader la CLD• Utilisation de bactéries• Utilisation de bactéries
Préparation des charbons actifs
Extraction Bagasse
Precurseur: bagasse de canne à sucre
Canne à sucreRésidu fibreux
du jus de canne Broyée et tamisée
CHIMIQUECHIMIQUE
ACTIVATION
PHYSIQUEPHYSIQUE
CarbonisationImpregnation avec l’acide phosphorique
XpXp = H3PO4/= H3PO4/PrecursorPrecursor XpXp : 0 5:1: 0 5:1 ‐‐ 1:11:1 ‐‐ 1 5:11 5:1
Activation à la vapaur d’eau 800°C
XpXp = H3PO4/= H3PO4/PrecursorPrecursor, , XpXp : 0.5:1 : 0.5:1 1:1 1:1 1.5:11.5:1
séchage + pyrolyse à 600°C+ lavage à l’eau
4BagHBagH22OO BagP0.5 BagP0.5 ‐‐ BagP1 BagP1 ‐‐ BagP1.5BagP1.5
Texture du CA: porosité
Micropores : < 2 nm
Mésopores : 2‐50 nm
hi i d f d CA hi i
Macropores : >50 nm
chimie de surface du CA : groupements chimiques
5
Propriétés texturales des charbons actifsp
Paramètres texturaux déterminés par d d
Echantillonadsorption de N2
SBET Vp Vmi Vme
(m2/g) (cm3/g) (cm3/g) (cm3/g)
BagH2O 1242 0.69 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 è i il i il iBagH2O et bagP05 ont des paramètre texturaux similaires, ils sont microporeuxBagP1 et BagP1.5, ont une plus grande surface spécifique et sont mésoporeux
Chimie de surface des charbons actifsChimie de surface des charbons actifs
Groupements acido‐basiques
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
BagH2O est basiqueBagP05, BagP1 et BagP1.5 sont acides
Groupements de surfaces caractérisés par spectroscopie de photo électron X
% Elements% groupements fonctionnels obtenus à partir des spectres
C1S
% groupements fonctionnels obtenus à partir des spectres O1SC1S partir des spectres O1S
C O Graphitic Hydroxyl Carboxyl Carbonyl C‐OH / C‐O‐C
BagH2O 75.7 14.8 64.36 11.87 13.69 22.40 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 iBagH2O et BagP1.5 ont une proportion de groupements graphitiques plus importanteBagH2O contient plus de groupements oxygénéset BagP1.5, contient une proportion de C plus importante
Adsorption de la Chlordécone
40
50 qe, µg/mg
50
60pH=2 pH=5 pH=7 pH=9 pH=11
qe, µg/mg
BagH2O
20
30
BagH2O20
30
40BagH2O
0
10
BagP0.5
BagP1
BagP1.5
Ce, µg/L 0
10
20
Ce, µg/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, µg/mg
25
30
35
40
BagP05
5
10
15
20
Ce µg/L0
0 500 1000 1500 2000
Ce, µg/L
Détermination des capacités d’adsorption
EchantillonCapacité d’adsorption de la CLD μg/mg de Charbon actifCLD μg/mg de Charbon actif
BagH2O 31.9
BagP0,5 46.2
BagP1 44.3
BagP1.5 49.8
Influence du pH sur l’ adsorption de la CLD
pHpzcBagH2O
pH < pHPZC pH > pH
pHpzcBagP1.5
pH < pHPZC pH > pHPZC
pH = pHPZC
BagH2O et BagP05 sélectionnés: propriété texturales prochesg g p p p
L’adsorption de la CLD est maximale • Lorsque le pH de la solution = pH de surface du charbons actifLorsque le pH de la solution = pHpzc de surface du charbons actif
• Lorsque la charge de surface est neutre
Influence des groupements de surface sur l’ adsorption de la CLD
50 qmax, μg/mg 50 Basic groups Acidic groupsqmax, μg/mg
adsorption de la CLD
y = ‐3.463x + 59.24R² = 0.967
45y = ‐29.30x + 51.05
R² = 0.952y = 9.608x + 26.98
²40
45
35
40 R² = 0.941
35
40
B i A idi %
30
3 4 5 6 7 8 9
pHPZC
30
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Basic or Acidic groups, %
50 COH+COC C Oqmax, μg/mg
y = ‐1.044x + 95.32R² = 0.924
y = 1.224x ‐ 61.22²
45
• L’adsorption de la CLD estdéfavorisée par un % élevé d’Ode groupements basiquesh d l t thR² = 0.970
y = ‐2.433x + 67.48R² = 0.988
35
40 hydroxyl et ether
• Un pHpzc bas, un % élevé de C et
30
0 20 40 60 80 100
O, COH+COC and C, %
p pzcde groupements acides acidesfavorisent l’adsorption de CLD
Etude par thermodésorption programmée
Désorption des groupements
CA non contaminé
Désorption des groupements carboxyliques
CA contaminé
• L’adsorption de la chlordécone inhibe la désorption desgroupements carboxyliques sous forme de CO2
• Il y a des interactions fortes entre la CLD et les groupementscarboxyliques à la surface du charbon actif
POUR RESUMER
• L’adsorption de la CLD sur les CA est favorisée par les propriétés de surface suivantes:– Un CA mésoporeux
– Une forte proportion de carbone graphitiqueUne forte proportion de carbone graphitique– La présence de groupements acides– pH de surface proche de celui de l’eaup p
Régénération des charbons actifsRégénération des charbons actifs
• Régénération chimique de la chlordécone par des solvants
– Hexane 3 % en 20h– acetone 34% en 5h – Ethanol 43% en 2h
(A titre indicatif dans l’eau 12% de CLD désorbé en 10h)
Régénération biologique
Utilisation de bactéries ou de cofacteurs capables de dégrader la Chlordécone en présence de charbons actifsChlordécone en présence de charbons actifs
Bactérie ou co‐facteur
• Essais de dégradation de la CLD par des microcosmes en conditions aérobies
3
2
2.5
déco
ne (m
g/m
l)
1
1.5
entr
atio
n en
chl
ord
Métabolite ??
0
0.5
Temoin sol Grand Café sol Fromager sol Bourdonnière
conc
e
Temoin sol Grand Café sol Fromager sol Bourdonnière
Concentration en Chlordécone dans des microcosmes après trois semaines d’incubation
Chromatogramme de l’échantillon inoculé avec le sol de Grand‐Café
• Comparaison avec la dégradation du HCH par des microcosmes en conditions aérobies
0.5
0.6Concentration en lindane après trois semaines d’incubation
• Disparition complète du HCH
0.3
0.4
Disparition complète du HCH après 3 semaines d’incubation
• Présence de gènes Lin codant pour
0.1
0.2
g pdes enzymes bactériennes dégradant la CLD
0t emoin sol Grand Caf é sol Fromager sol Bourdonnière
oil
oil
Fr s
o
Gc
so + -
18Lin A Lin B Lin C
• Essais de dégradation en conditions anaérobies par la Vitamine B12
Jablonski et al., 1996 : La bactérie Methanosarcina Thermophila est capable de dégrader la CLDJablonski et al., 1996 : La bactérie Methanosarcina Thermophila est capable de dégrader la CLDSchrauzer et al., 1978 : La vitamine B12 est capable de dégrader la CLD
Résultats des expérimentations de dégradation 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
1 106
CLD10 4 6
4 106
6 106
5 105
C10HCl9OC H Cl O
CLD‐OH
0
2 106
00 20 40 60 80 100 120 140
C10H2Cl8O
• Dégradation de la CLD par la VB12 en conditions anaérobies en moins 5 jours• Déchloruration: Apparition des métabolites : C10HCl90, C10H2Cl80, C10H6Cl60
Temps (min)
Travaux en cours• Collaboration avec Générale des eaux sur la caractérisation• Collaboration avec Générale des eaux sur la caractérisation
des matières organiques contenues dans l’eau et susceptibles de colmater les pores des charbons actifsp
• Mise en œuvre d’un pré‐traitementp
• Optimisation de la désorption chimique par l’éthanolOptimisation de la désorption chimique par l éthanol
• Mise en œuvre de la régénération des CA,Mise en œuvre de la régénération des CA,– Vitamine B12
– Recherche de bactéries dégradant la CLD dans des microcosmes de sols pollués en condition anaérobies
– Recherche de bactéries dégradant le HCH dans des microcosmes de sols pollués en condition aérobies et anaérobies (résultats trèssols pollués en condition aérobies et anaérobies (résultats très encourageants)
i fi• Remerciements aux financeurs
– SIAEAG (co‐financement thèse)
Ré i G d l (fi t thè t d )– Région Guadeloupe (financement thèse, post‐doc)
– CPER‐PO (Financement GC‐MS/MS)
– Financement AAP DEMICHLORD INRA (Etude de la dégradation microbienne de la chlordécone)