combustible, température
IV.1 Introduction 85
IV.2 Etudes en ensemençant avec des lixiviats de terreau 86 IV.2.1 Acclimatation du biocatalyseur, effet de la concentration en
combustible, prétraitement de l’anode, température optimale
86 IV.2.1.1 Présentation de l’article « Treatment of dairy wastes with a
microbial anode formed from garden compost »
86 IV.2.1.2 Article « Treatment of dairy wastes with a microbial anode
formed from garden compost »
88
IV.2.2 Acclimatation cyclique du biocatalyseur au combustible 98 IV.2.3 Effet de la concentration en combustible dans un mélange 99
biocatalyseur-combustible
IV.2.4 Effet des constituants de résidus de laiterie sur la génération de courant dans un système modèle : Caséine-Lactose-Ac. Humique
102
IV.3 Etudes en ensemençant avec des boues anaérobies 106 IV.3.1 Modification de l’état de surface de l’anode 106 IV.3.2 Influence de la concentration en combustible sur les performances de
l’anode
108
IV.4 Comparaison des performances des biocatalyseurs 111 IV.4.1 Performance électrique : Rendement faradique 111 IV.4.2 Performance de la biodépollution : Abattement de la DCO et de la
concentration en protéines
114
CHAPITRE IV. Etude des paramètres opératoires des PACM : Phase d’ensemencement et de démarrage, concentration en combustible, température
IV.1 Introduction
Ce chapitre est consacré à l’optimisation de certains paramètres opératoires des PACMs en employant comme dispositif des cellules électrochimiques à potentiel imposé. Le chapitre est divisé en trois parties : les études correspondant aux lixiviats de terreau comme biocatalyseur, les études utilisant des boues anaérobies et la comparaison des performances entre biocatalyseurs; dans tous les cas des résidus laitiers sont utilisés comme combustible.
Dans la première partie du chapitre est présenté l’article qui correspond aux études menées sur le système lixiviats, soit :
L’évaluation de l’acclimatation du biocatalyseur au combustible La modification de l’état de la surface de l’anode
L’effet de la concentration du combustible sur la génération de courant L’effet de la température sur la génération de courant
Ensuite sont présentés trois tests complémentaires sur le même système :
L'acclimatation cyclique du biocatalyseur au combustible sous polarisation
L’effet de la concentration en combustible dans un mélange biocatalyseur-combustible à température élevée
Production de courant dans un système modèle composé par du lactose, de la caséine et de l’acide humique
La deuxième partie du chapitre rassemble les essais avec des boues anaérobies comme biocatalyseurs. La démarche est similaire à celle de la première partie afin de réaliser des analyses comparatives. De cette manière la modification de l’état de la surface de l’anode et l’effet de la concentration du combustible sur la génération de courant ont été évalués.
Puis une comparaison de la biodépollution obtenue par les deux biocatalyseurs testés est effectuée en considérant l’abattement de la Demande Chimique d’Oxygène (DCO) ainsi que la teneur en protéines. Enfin sont exposées des comparaisons de ces études par rapport aux performances énergétiques et à la biodépollution.
CHAPITRE IV. Etude des paramètres opératoires des PACM : Phase d’ensemencement et de démarrage, concentration en combustible, température
IV.2 Etudes en ensemençant avec des lixiviats de terreau
IV.2.1 Acclimatation du biocatalyseur, effet de la concentration en combustible, prétraitement de l’anode, température optimale
Cette première partie des résultats est présentée sous la forme d'un article dont le manuscrit est soumis à la revue “Journal of Applied Electrochemistry”. Il présente la procédure d’optimisation du système composé par du biofilm formé à partir de lixiviats de terreau sur feutre de graphite avec des résidus laitiers comme combustible. Les études d’optimisation se sont focalisées sur la production de courant et incluent l’acclimatation du biocatalyseur au combustible, l’effet de la concentration de combustible, la modification de l’état de surface de l’anode et l’effet de la température.
IV.2.1.1 Présentation de l’article « Treatment of dairy wastes with a microbial anode formed from garden compost »
ARTICLE: Treatment of dairy wastes with a microbial anode formed from garden compost
Les résultats obtenus montrent que l'acclimatation préalable par des ajouts successifs de combustible au biocatalyseur n’est pas indispensable; le courant généré par le mélange lixiviat de terreau avec résidus laitiers sans acclimatation (70 mA/m²) a dépassé en quelques heures celui du biocatalyseur acclimaté. L’étude de l’effet de la concentration en combustible a été réalisée en deux étapes : tout d’abord la formation de biofilm issus des lixiviats de terreau suivie du contact du biofilm avec des dilutions de combustible a permis d’écarter l’influence des microorganismes et des nutriments contenus dans la suspension du biocatalyseur. Des concentrations élevées de résidus de laiterie (6770 ± 14 mg DCO/L) se sont révélés être défavorables à la génération de courant, probablement à cause d'éléments entrant dans la composition des résidus laitiers tels que la graisse et des protéines insolubles. La valeur
CHAPITRE IV. Etude des paramètres opératoires des PACM : Phase d’ensemencement et de démarrage, concentration en combustible, température
200 (729 ± 7 mg DCO/L). Parmi les résultats encourageants, il a été trouvé qu’une action simple telle que l’adsorption des résidus laitiers sur l’anode a multiplié par 2 (1100 mA/m²) la densité de courant obtenue par rapport à une électrode propre. Finalement, l’augmentation de la température du système a amélioré ses performances grâce à l’effet synergique d’accélération des réactions électrochimiques et celles du métabolisme microbien ; une valeur maximale de densité de courant de 1400 mA/m² a été obtenue à 40°C avec des anodes prétraitées par l’adsorption des résidus laitiers.
La contribution essentielle de ce travail est une nouvelle approche d'utilisation du terreau pour tirer profit du potentiel de microorganismes électroactifs que notre groupe de recherche avait déjà mis en évidence. Ce travail a marqué la nécessité d'évaluer les combustibles complexes avant utilisation en PACMs, car la composition et la charge organique peuvent être défavorables à l’activité du biofilm électro-actif. De plus, des actions simples comme le prétraitement de l’électrode par adsorption de matière organique, ainsi que l’augmentation de la température opératoire, peuvent améliorer les performances par rapport à la génération d’électricité.
CHAPITRE IV. Etude des paramètres opératoires des PACM : Phase d’ensemencement et de démarrage, concentration en combustible, température
IV.2.1.2 Article « Treatment of dairy wastes with a microbial anode formed from garden compost »