Évolution de la nature de la MOD après l’adsorption par le charbon actif en poudre

L’évolution de la nature de la MOD restant en solution à l’équilibre d’adsorption par le charbon actif en poudre à pH 8 a été étudiée par le suivi des valeurs de SUVA pour tous les points de l’isotherme d’adsorption. L’évolution du SUVA pour les isothermes d’adsorption du COD en matrice acides fulviques et Seine-Aval et Seine-Centre est présentée en Figure 45. Les valeurs de SUVA sont présentées en fonction de la concentration en charbon actif en poudre.

Le SUVA de la MOD en matrice acides fulviques a légèrement augmenté après adsorption par le charbon actif. Il y a donc un léger fractionnement de la MOD avec une adsorption de la fraction la moins aromatique des acides fulviques. Ceci est tout à fait cohérent avec la littérature. En effet plusieurs études ont montré un fractionnement de la MOD naturelle lors de l’adsorption par le charbon actif en grain, avec une préférence pour l’adsorption de la MOD de faible poids moléculaire (Velten et al., 2011; Zoschke et al., 2011). D’après une autre étude qui a porté sur des MOD de type différent (Li et al., 2005), il a été montré que le paramètre principal qui influence l’adsorption des différents types de MOD sur le charbon actif en poudre est la taille moléculaire. En effet, les molécules de poids moléculaire élevé sont par exemple exclues des pores plus petits (Newcombe and Drikas, 1997a; Yuasa et al., 1997).

Dans le cas des matrices Seine-Aval et Seine-Centre, il a également été mis en évidence un fractionnement de la MOD lors de l’adsorption par le CAP mais avec cette fois une forte baisse du SUVA et donc l’adsorption préférentielle des fractions les plus aromatiques. Comme

cela a été dit ci-dessus et dans la partie bibliographique, le CAP a une préférence d’adsorption pour les fractions de faible poids moléculaire. Dans le cas des matrices Seine-Aval et Seine-

Centre, contrairement à ce qui est observé pour les substances humiques, il est tout à fait

possible que le SUVA qui est un indicateur de l’aromaticité ne soit pas corrélé au poids moléculaire. En effet, nous pouvons émettre l’hypothèse que des protéines de haut poids moléculaire avec un faible SUVA (car non aromatiques) ne soient pas adsorbées par le CAP en raison de leur taille importante.

Figure 45 : Variations des valeurs du SUVA de la MOD non adsorbée par le charbon actif en poudre à différentes concentrations en CAP (10-1000 mg.L-1_{) dans les matrices acides fulviques, Seine-Aval et Seine-}

Centre.

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Conclusion

Ce premier chapitre a permis de caractériser l’adsorption de la MOD d’origine urbaine, représentée par de la MOD issue des rejets traités de station d’épuration, sur des particules représentatives des milieux récepteurs aquatiques (calcite, quartz, MMT et goethite) et du traitement des eaux dans le cas du charbon actif. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux obtenus avec de la MOD d’origine naturelle représentée par les acides fulviques de la rivière Suwannee. L’originalité de cette étude réside d’une part en l’étude la MOD d’origine urbaine qui est très peu souvent étudiée alors que dans les milieux récepteurs sous forte pression urbaine et en conditions de basses-eaux, elle peut représenter une part prépondérante de la MOD présente. En outre, ce travail a été effectué à des concentrations en particules et en MOD relativement peu éloignées des conditions observées dans les milieux aquatiques.

Nous avons tout d’abord montré que dans certains cas, la présence de MOD modifie la charge de surface des particules. Pour le quartz, la MMT, l’influence de la MOD sur la charge des particules est assez faible. Par contre, en présence de MOD, la charge de surface de la goethite et du charbon actif en poudre est maintenue négative même à faible pH. Cela est dû à un recouvrement de ces surfaces par la MOD qui est chargée négativement. Le rôle de la nature de la MOD selon son origine n’a pas pu être mis en évidence ici.

Les résultats des isothermes simplifiées ont permis de caractériser l’adsorption du COD sur les différentes particules en fonction de la MOD, des conditions de pH et de force ionique. La MMT, le quartz et la calcite ont présenté une adsorption faible voire nulle de la MOD quelles que soient la nature de la MOD, les conditions de pH ou de force ionique. La goethite a quant à elle adsorbé entre 5 et 79 % du COD en fonction du pH, de la force ionique, du niveau de concentration en goethite et du type de MOD. Le charbon actif a une capacité d’adsorption du COD plus importante que toutes les particules du milieu récepteur étudiées indépendamment du pH, du type de MOD et de la force ionique. Cette forte capacité d’adsorption du charbon

actif est à relier à sa surface spécifique qui est au moins 10 fois supérieure à celle de toutes les autres particules.

L’influence de la nature de la MOD sur l’adsorption du COD par les particules a été mise en évidence pour la goethite et le CAP. L’adsorption par la goethite a été plus importante pour les acides fulviques que pour la MOD issue des rejets de STEP tandis que c’est l’inverse pour le CAP pour lequel l’adsorption a été plus importante pour la MOD urbaine.

Pour la goethite comme pour le CAP, plus le niveau de concentration en particules est élevé, plus l’adsorption du COD est importante pour toutes les conditions étudiées. Le pH et la force ionique influencent l’adsorption du COD. Un pH acide favorise l’adsorption du COD pour toutes les conditions étudiées sauf pour la goethite dans le cas de la matrice Seine-Aval et à une faible concentration en particules. En matrice acides fulviques, l’adsorption du COD augmente à force ionique élevée pour les deux types de particules.

Les isothermes complètes ont permis de préciser les mécanismes d’adsorption mis en jeu dans le cadre de la goethite et du CAP et en particulier sur les fractions de la MOD préférentiellement adsorbées. L’étude du SUVA au cours de l’adsorption a mis en évidence un fractionnement de la MOD lors de l’adsorption sur la goethite avec une adsorption préférentielle des fractions les plus aromatiques. Dans le cas du charbon actif, la fraction la moins aromatique des acides fulviques et la fraction la plus aromatique des MOD d’origine urbaine ont été préférentiellement adsorbées en lien avec leur faible poids moléculaire leur permettant un accès privilégié aux micropores du charbon actif. En effet, dans le cas des substances humiques ce sont les molécules les moins aromatiques qui sont les plus petites (Velten et al., 2011; Zoschke

et al., 2011). Dans le cas de la MOD d’origine urbaine, il est possible que le fractionnement

observé durant l’adsorption (adsorption préférentielle de la fraction la plus aromatique) soit due à une adsorption très faible par le CAP des protéines de haut poids moléculaire avec un faible SUVA (car non aromatiques) en raison de leur taille importante. Cette hypothèse n’a toutefois pas pu être confirmée.

Les modélisations des isothermes d’adsorption de la MOD sur la goethite ont montré que l’adsorption de la MOD urbaine et celle des acides fulviques sont en partie gouvernées par des processus différents en lien avec leurs caractéristiques physico-chimiques différentes. L’adsorption des acides fulviques sur la goethite pourrait correspondre à une saturation des sites d’adsorption et à une adsorption de la MOD en monocouche. Dans le cas de la MOD urbaine, il pourrait y avoir une adsorption collaborative en multicouches. Pour le charbon actif, les allures des isothermes étaient similaires pour les MOD naturelle et urbaine avec une saturation des sites de fixation de surface et donc une adsorption en monocouche.

Cette étude a donc montré que dans certains cas l’origine et la nature de la MOD, naturelle ou urbaine, influencent son adsorption sur les particules. Les résultats contribuent à une meilleure compréhension des processus qui gouvernent la répartition dissous/particulaire de la MOD et des paramètres qui l’influencent comme notamment la nature de la MOD. Il a également été montré comment la MOD adsorbée pouvait influencer les propriétés de surface et notamment la charge des particules du milieu récepteur et du charbon actif en poudre.

Les informations obtenues dans ce chapitre seront très utiles pour nous aider à interpréter et comprendre les résultats que nous obtiendrons dans les chapitres 2 et 3 sur l’influence de la nature de la MOD sur l’adsorption des contaminants par les particules du milieu récepteur et par le CAP.

Chapitre II :

Étude de l’influence de la nature de la