Mode d'6limination du paranitrophfnol et des acides mal6ique et salicylique sur du charbon actif en grains

f,evue lrangalse des SGlEllGES ltE t'EtU,3 (t9B4t t47-t66

Mode d'6limination du paranitrophfnol et des acides mal6ique et salicylique sur du charbon actif en grains

R e m o v a l o f p a r a n i t r o p h e n o l , m a l e i c a n d s a f i c y l i c a c i d s

b y g r a n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n

J . D E L A A T * , M . D O R E * , J . M A L L E V I A L L E * *

R 6 s u m 6

L t 6 t u d e a e u p o u r b u t d e m i e u x c o m p r e n d n e t e r 6 [ e d e L , a d s o r p - t i o n e t d e L a b i o d 6 g r a d a t i o n d a n s t ' 6 t i m i n a t i o n d e t a m a t i d r e o n g a n i q u e lo r s d e [ a f i l t r a t i o n s u n d u c h a r b o n a c t i f e n g r a . i n s . C e t r a v a i I a 6 t e r " 6 a I i s 6 a v e c d e p e t i t e s c o t o n n e s d e c h a r b o n a c t i f e t a v e c d e s s o L u t i o n s s y n t h 6 t i q u e s d e t r o i s c o m p o s 6 s b i o d 6 g r a d a b t e s d ' a d s o r b a b i l . i t 6 d i f f 6 r e n t e : I e p a r a n i t r o p h 6 n o [ ,

L e s a c i d e s s a L i c y L i q u e e t m a t 6 i q u e .

D a n s d e s c o n d i t i o n s s t 6 r i L e s d e f i t t r a t i o n , I a c a p a c i t 6 d ' a s o r p t i o n d ' u n e c o t o n n e c o n r e s p o n d i c e L L e o b t e n u e i r p a r t i r . d e [ ' i s o t h e r m e d ' a d s o r p t i o n d 6 t e r m i n 6 p a r d e s e x p 6 r j e n c e s e n s t a t i q u e . L ' a t t u r e d e s c o u r b e s d e p e r c 6 e d e p e n d e n p a r t i c u L i e r d e L a g r a n u t o m 6 t r i e d e I t a d s o r b a n t e t 6 v o t u e e n f o n c t i o n d e s v a r i a t i o n s d e t e m p 6 r a t u r . e .

L a b o r a t o i r e d e C h i m i e d e 1 ' E a u e t d e s N u i s a n c e s , 4 0 , a v e n u e d u R e c t e u r P i n e a u , 8 6 0 2 2 P o i t i e r s , F r a n c e .

S o c i 6 t 6 L y o n n a i s e d e s E a u x e t d e 1 ' E c l a i r a g e , L a b o r a t o i r e C e n t r a l , 3 8 , r u e d u P r 6 s i d e n t W i l s o n , 7 8 2 3 O L e P e c q , F r a n c e .

* *

1 4 B Sciences de L'eau 3, na 2

D a n s d e s c o n d i t i o n s d e f i I t r a t i o n n o n s t 6 r i I e s , [ ' a d s o r p t i o n j o u e t e r 6 t e p r i n c i p a L d a n s L ' 6 [ i m i n a t i o n d e s c o m p o s 6 s d u r a n t L a p h a s e d ' a d a p t a t i o n d e s b a c t 6 r i e s . P a r t a s u i t e , I ' a b i o d 6 - g r a d a t ' i o n p e r m e t u n e 6 l - i m i n a t i o n ' i m p o n t a n t e d e s p r o d u i t s p a r u n e m i n 6 r a L i s a t i o n d u s u b s t r a t . A p r d s s o n d € m a r r a g e , t e d e v e L o p - p e m e n t b a c t 6 r i e n c o n t r i b u e 6 g a l ' e m e n t A u n e b i o r 6 g 6 n € r a t i o n d e [ a c o L o n n e d e c h a r b o n a c t i f e n g r a i n s .

Summa ry

T h e p u r p o s e o f t h i s s t u d y i s t o a p p n e c i a t e t h e p a r t p t a y e d b y t h e a d s o r p t i o n a n d b y t h e b i o d e g r a d a t i o n i n t h e r e m o v a t o f o r g a n i c s u b s t a n c e s d u r i n g f i L t r a t i o n o n g r a n u t a r a c t i v a t e d c a r b o n . T h i s r " r o r k w a s c a n r i e d o u t w i t h s m a t I c o l u m n s o f a c t i - v a t e d c a r b o n a n d w i t h s y n t h e t i c s o L u t i o n s o f t l r r e e b i o d e g r a - d a b l - e c o m p o u n d s s h o w i n g d i f f e r e n t a d s o r b a b i l ' i t y : p a r a n i t r o - p h e n o [ , m a t e i c a n d s a t i c y L i c a c i d s .

I n s t e r i t e c o n d i t i o n s o f f i I t r a t i o n , t h e c a p a c i t y o f a d s o r p t i o n o f a c o l u m n c o r r e s p o n d s t o t h e o n e c a t c u t a t e d f r o m t h e a d s o r p - t i o n i s o t h e r m s o b t a i n e d f r o m b a t c h e x p e r i m e n t s . T h e s h a p e o f t h e b r e a k t h o u t ' g h c u r v e s d e p e n d s o n t h e s i z e o f t h e a d s o r b a n t a n d c h a n g e s w i t h t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s .

I n n o n - s t e r i L e c o n d i t i o n s o f f i L t r a t i o n , a d s o r p t i o n p l a y s t h e m a i n p a r t i n t h e r e m o v a t o f o r g a n i c s d u r i n g t h e a c c t i m a t i z a t i o n p e r i o d o f b a c t e r i a . T h e n , t h e b i o d e g r a d a t i o n L e a d s t o a g r e a t e t i m i n a t i o n o f t h e o r g a n i c m a t t e r b y C O z p r o d u c t j o n . M o r e o v e r , t h e b a c t e r i a t g r o w t h a I L o w s a m i c r o b i o t o g i c a I r e g e n e r a t i o n o f t h e a c t i v a t e d c a r b o n .

I - rurnoDucrroN

Dr.rrant ces deux dernieres d6cennies, la filtration sur charbon en

grains, en premier ou en second 6tage de fil-tration' est de plus en plus

utilis6e dans les unit6s de production d'eau potable (FIESSINGER, 1975) .

Le traitement par Ie charbon actif granul6 permet de retenir, par adsorp-

tion physique, un certain noribre de uricropolluants qui n'ont pu 6tre

6limin6s par Ies traitements physico-chimiques classiques. Parall€le-

m e n t a l ' a d s o r p t i o n , I e d 6 v e l o p p e m e n t b a c t 6 r i e n a u s e i n d e s f i l t r e s

contribue 6galement d r6duire, par biod6gradation, la concentration en

matiEre organique dans les eaux traitdes.

Les capacit6s d,adsorption d'un charbon actif d6pendent de ses propri€-

t€s physiques conme Ia porosit6 ou Ia granulom6trie (MARTIN, 1978), des

propri6t€s physico-chimiques du solut6 (solr:bilit6, masse molaire, pola-

r i t S ) e t d e s s o l u t i o n s ( p H , t e m p 6 r a t u r e , f o r c e i o n i q u e ) . L e s m e s u r e s

de capacite r6a1is6es en g6n6ral en r6acteur statique d partir de charbon

en poudre et de produits purs en solutions synth6tiques, tels que les

FiLfu,ation suy' chaybon aeti

c o m p o s 6 s b e n z 6 n i q u e s ( E L DIB, 19'79) , ph6noliques ( S I N G E R , 19BO), acides ( R E I M E R S , 1976) ou basiques ( M A R I I N , 1978) ont permis de rontrer q u e l r a d s o r p t l o n a u g m e n t e a v e c I a m a s s e m o f a i r e e t d i m i n u e a v e c l a s o l u b i -

lit6 et avec Ie degr6 de dissociation du solut6 pour une cat6gorie de

compos6s donn6e.

P a r a i l l e u r s , l e s r 6 s u r t a t s r e n c o n t r 6 s d a n s l a r i t t 6 r a t u r e i n d i q u e n t l e r 6 r e i m p o r t a n t j o u 6 p a r Ia porosit6 d e I ' a d s o r b a n t s u r l e s c a p a c i t 6 s e t s u r l e s c i n 6 t i q u e s d . ' a d s o r p t i o n . A i n s i , c e r t a i n s a u t e u r s o n t p u , e n t r a v a i l l a n t a v e c d e s s o l u t i o n s s y n t h 6 t i q u e s d e m o l 6 c u l e s s i m p l e s , m e t t r e

en 6vidence deux types de ph6nomdnes : une adsorption rapide dans les

m a c r o p o r e s e t u n e a d s o r p t i o n l e n t e d a n s l e s m i c r o p o r e s ( P E E L , 1990).

D r a u t r e s 6 t u d e s m o n t r e n t d e g r a n d e s d i f f 6 r e n c e s d e c o m p o r t e m e n t d e s d i v e r s c h a r b o n s a c t i f s c o n m e r c i a u x v i s - A - v i s d e 1 ' a d s o r p t i o n d e m o 1 6 - c u l e s b e a u c o u p p l u s c o m p l e x e s ( a c i d e s h u m i q u e s ) , e n r a i s o n p r i n c i p a l . e -

ment de leurs diff6rences au niveau des courbes de distribution de

d i a m E t r e s d e s p o r e s ( L E E et aL., 1 9 8 7 ) . D a n s l e s i n s t a l l a t i o n s d e p r o d u c t i o n d ' e a u p o t a b l e u t i l i s a n t d e s f i l t r e s d e c h a r b o n a c t i f e n

grains, une 6limination importante de Ia matidre organique par adsorp-

t i o n e s t s u r t o u t o b s e r v 6 e d u r a n t r e s p r e n i d r e s s e m a i n e s d e f o n c t i o n n e - m e n t d e s f i l t r e s . A p r d s c e t t e p 6 r i o d e , d e s p h 6 n o m c n e s d ' a d s o r p t i o n l e n t e

peuvent expliquer en partie lrallure des courbes de perc6e obtenues sur

d e s f i l t r e s i n d u s t r i e l s ( I , I A L L E V I A L L E , 1980). Cependant, l_es mesures de

la concentration de Ia matiCre organique par des param€tres globaux

( C . O . T . , o x y d a b i l i t d a u p e r m a n g a n a t e . . . ) n e f o n t p a s a p p a r a i t r e d e s

ph6nom€nes relativernent comprexes intervenant au niveau de 1'adsorption.

A i n s i , d e s v a r i a t i o n s d e l a c o m p o s i t i o n c h i m i q u e d e s e a u x e t d e s d i f f 6 - rences de diffusivit6 des porluants i il int6rieur du grain de charbon

conduisent i des ph€nom€nes de comp6tition entre les diff6rents compos6s

adsorbables, Ces interactions peuvent se traduire par des phases

d ' a d s o r p t i o n o u d e d 6 s o r p t i o n ( R I E R A , 1983 ; FRITZ, 1990).

P a r a l l € l e m e n t i s e s p r o p r i 6 t 6 s a d s o r b a n t e s , l e c h a r b o n a c t i f e n g r a i n s

constitue un bon support pour 1e d6veroppement bactErien dont la mise

en 6vidence peut etre r6alis6e par diverses techniques convergenEes :

examen en microscopie a balayage, d6nombrements bact6riens (flore

t o t a l e , p r o t 6 o l y t i q u e , n i t r i t a n t e . . . ) , d o s a g e d e l _ ' A . T . p . ( R I Z E T , 1 9 g 1 ; B O U R B I @ T , 1 9 8 1 ) , m e s u r e s d.e la consorunation d,oxygene ( D E N BLANKEN,

1982 ; WERNER, L982). Les r6sultats de ces diff6rentes 6tudes indiquent

une population bact6rienne trds vari6e et plus abondante i 1a partle

s u p 6 r i e u r e d e s f i l t r e s . c e t t e a c t i v i t 6 b a c t 6 r i e n n e c o n t r i b u e i 1 ' 6 r i n i -

nation d'une certaine partie de ra microporrution organique repr6sent6e

par Ia fraction biod6gradable, cette fraction pouvant €tre augmentde

a p r € s r : n e 6 t a p e d ' o z o n a t i o n ( B R I J N E T , 1981 ; SOHM, 1983) .

N o t r e t r a v a i l a e u p o u r b u t d ' 6 t u d i e r 1 e r o 6 c a n i s m e d , 6 l i m i n a t i o n d e

quelques compos6s organiques, au cours de la filtration sur charbon

a c t i f e n g r a i n s , e n p r 6 c i s a n t , e n p a r t i c u l i e r , I e s trErts respectives

dues d la biod6gradation et i I'adsorption dans I'enldverDent de Ia

m a t i e r e o r g a n i q u e .

A f i n d r € t r e e n m e s u r e d e m a i t r i s e r l a c o m p o s i t i o n c h i n i q u e d e s e a u x , les manipulations ont 6t6 r6alis6es d partir de solutj_ons synth6tiques de produits pu-rs. Au cours de cette 6tude, nous avons choisi trois compos6s plus ou moins biodegrada-bles et possddant des adsorbabilitds t . r E s d i f f 6 r e n t e s : I ' a c i d e m a l 6 i q u e , I ' a c i d e s a l i c y l i q u e e t l e p a r a n i - t r o p h d n o l .

1 5 0 Sciences de Lteau 3, no 2

D a n s u n e p r e m i d r e p a r t i e d e n o t r e t r a v a i l ' n o u s a v o n s m e s u r 6 ' e n r 6 a c t e u r s t a t i q u e ' l i c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d u c h a r b o n u t i l i s 6 v i s - a - v i s d e c e s c o m P o s 6 s .

D a n s u n e d e u x i E m e p a r t i e , d e s f i l t r a t i o n s s u r d e s p e t i t e s c o l o n n e s d e c h a r b o n a c t i f o n t 6 t 6 r 6 a l i s 6 e s a f i n :

- de v6rifier I e s c a p a c i t 6 s d ' a d s o r p t i o n o b t e n u e s p r 6 c 6 d e m m e n t e t d e m o n t r e r I ' i n f l u e n c e d e I a g r a n u l o m 6 t r i e e t d e l a t e m p 6 r a t r u e s u - r l - ' a l f u r e d e s c o u r b e s d e P e r c 6 e ;

_ d e m o n t r e r l e r 6 l e d e l a b i o d 6 g r a d a t i o n d a n s l . 6 l i r n i n a t i o n d e c e s

c o m p o s 6 s . P o u . r a t t e l - n d r e c e t o b j e c t i f , n o u s a v o n s c o n p a r e l e s c o u r b e s t l e p e r c 6 o b t e n u e s a p a r t i r d e f i f t r e s f o n c t i o n n a n t e n p a r a l l 6 l e d a n s d e s c o n d i t i o n s s t 6 r i l e s e t n o n s t 6 r i l e s '

E n f i n , d e s f i l t r a t i o n s s u r s a b l e o n t 6 t 6 e f f e c t u 6 e s d a n s I e c a s d e s a c i d e s m a l 6 i q u e e t s a l i c y l i q u e , d a n s I e b u t d e p r 6 c i s e r f e r 6 1 e d e L ' a d s o r b a n t "

L e t r a v a i l a 6 t 6 r 6 a 1 i s 6 a v e c d i f f 6 r e n t e s f r a c t i o n s g r a n u l o m 6 t r i q u e s

de charbon actif CHEMVIRON F 400 obtenues apras broyage, tamisage,

l a v a g e d 1 ' e a u d i s t i l l 6 e e t s 6 c h a g e a 1 0 5 o c '

2 - p n o r o c o L E E X P E R I M E N T A L

Toutes Ies solutions de produit organique ont 6t6 pr6par6es soit a

D a r t i r d ' e a u d i s t i l l 6 e ( m i c r o p o l l u t i o n ! 0,5 mg 1-' en coT' bacteries : i o O - t o O O m l - t ) , s o i t a p a r t i r d ' e a u o s m o s 6 e ( m i c r o p o l l u t i o n :

= O , 2 - O , 3 m g l - l e n C o T , b a c t 6 r i e s : 1 0 0 0 - 5 0 0 0 m f - ' ) '

2 - l I s o t h e r m e s d ' a d s o r p t i o n

L e s s o l u t i o n s a q u e u s e s d e p r o d u i t p u r ( 1 0 - a o u 2 ' 1 0 - a M ) s o n t m i s e s

en contact avec une quantit6 m de charbon actif en poudre (Chemviron

F 4 0 0 ; l . < 8 0 U m ) d a n s d e s f l a c o n s d e 1 0 0 0 m f - L ' a g i t a t i o n e s t a s s u - r 6 e s o i t p a r u n a g i t a t e u r - s e c o u e u r , s o i t p a r u n a g i t a t e u r r o t a t i f '

Apres un certain temps d'agitation d Ia temp6rature ambiante (48 heures

e n !6n6ral), l a m e s u r e d e l a c o n c e n t r a t i o n d ' 6 q u i l i b r e d u s o 1 u t 6 d a n s 1 a p h a s e a q u e u s e e s t d 6 t e r n i n 6 e d I ' a i d e d ' u n s p e c t r o p h o t o m e t r e t t v

(VnnfeN DMS 90) aprds filtration sous vid'e sur mernbrane 0'22 Um ou' pour

l e s p r o d u i t s v o l a t i l s , a p r d s f i l t r a t i o n s o u s p r e s s i o n s u r c a r t o u c h e O , 2 2 1 t m .

Les experiences ont 6t6 r6alis6es avec des solutions tamponn6es d

D H I o b t e n u e s A l ' a i d e d ' u n t a m p o n p h o s p h a t e s : N a 2 H P o 4 : 3 3 5 o u Z i O ^ q I - I , K ' z p o q : 1 6 o u 3 2 m g I - r . p o u r 6 v i t e r t o u t e b i o d 6 g r a d a t i o n d a n s l e s f l a c o n s , l e s s o l - u t i o n s o n t 6 t 6 s t 6 r i l i s 6 e s p a r a j o u t d e s u l f a t e d ' a r g e n t ( A g : 0 ' 5 a 1 m g I - ' ) "

Filtration sur charbon actif en grains

? - 2 C o u r b e s d e p e r c d e

L e s c o u r b e s d e p e r c 6 e o n t 6 t 6 obtenues d, I'aide d r ^ m o n t a s e s c h 6 m a t i s 6 p a r I a f i g u r e 1 .

b A c h e d ' a l i m e n - p o m p e

t a t i o n ( 4 o C ) p 6 r i s t a l t i q u e

6gout ou collecteur de fractions

Fzgtu'e 1

Ibntage erpdr+mental de filtration sur cy'nrbon actif en grains

L e s c o f o n n e s d e c h a r b o n a c t i f ( s e c t i o n : 0 , 9 5 c r n 2 , h a u t e u r : 2 0 i B 0 c m ) s o n t m a i n t e n u e s d t e m p 6 r a t u r e c o n s t a n t e p a r c i r c u l a t i o n d ' e a u t h e r m o s t a t 6 e d . a n s I ' e n v e r o p p e e x t e r n e . L e s d 6 b i t s d ' a l i m e n t a t i o n f i x 6 s d . 2 m h - l o u i 4 m h - r s o n l a s s u r 6 s p a r d e s p o m p e s p 6 r i s t a l t i q u e s

( G I L S O N Minipuls 2 ) .

L r i n f l - u e n c e d e r a g r a n u r o m 6 t r i e d e 1 ' a d s o r b a n t e t d e r a t e m p 6 r a t u r e s u r l - ' a r l u r e d e s c o u r b e s d e p e r c € e a 6 t 6 6 t u d i 6 e e n u t i r i s a n t d e s m i n i c o l - o n n e s d e c h a r b o n actif e n g r a i n s ( 2 a 5 9) et d partir d e s o l _ u t i o n s s y n t h S t i q u e s d e p r o d u i t p u r s t 6 r i l i s 6 e s p a r a j o u t d e s u r f a t e d ' a r g e n t

( 0 , 5 a 1 , 0 m g l - - ' ) e t t a m p o n n 6 e s d p H 8 ( N a z H p O , + : 3 3 5 o u 670 mg l-1, K H z P o 4 : 1 6 o u 32 mg L-' ). Des pr6ldvements h o r a i r e s o n t d t 6 r 6 a 1 i s 6 s d l - r a i d e d ' u n c o l l e c t e u r d e f r a c t i o n s ( G I L S O N E C 2 2 O ) .

L ' i n f r u e n c e d e l a b i o d 6 g r a d a t i o n a 6 t 6 6 t u d i 6 e e n t r a v a i l r a n c a v e c

d e s c o l o n n e s c o n t e n a n t 2 5 g d e c h a r b o n ( C h e m v i r o n F 400 ; O,g _< O :( 1,0 rnm) e t f o n c t i o n n a n t e n p a r a l 1 6 r e d a n s d . e s c o n d i t i o n s s t 6 r i r e s e t n o n s t 6 -

r i l - e s - L e s s o l u t i o n s d r a l - i m e n t a t i o n p r 6 p a r 6 e s a p a r t i r d ' e a u d i s t i l l 6 e e n r i c h i e e n s e l - s ( t a m p o n p h o s p h a t e s e t s e l s n u t r i t i f s ) :

- Na2HPOq

- F e

- M n

1 6 o u 3 2 m s f - r I

. I tampon pH B

3 3 5 o u 6 7 0 m g 1 - r I

0 , 0 5 m g 1 - l s o u s f o r m e d e F e ( N O 3 ) 3

t

: 0 , 0 5 m g l - l s o u s f o r m e d e M n S O a

1 5 2 Sciences de L'eau 3, no 2

N n q +

- A g

0 , 5 m g I - l s o u s f o r m e d e ( N H q ) z S o q 1 0 m g I - 1 s o u s f o r m e d e M g s o 4

: 1 mg l-l sous forme de Ag2 SO4 Pour la s t 6 r i l i s a t i o n d e s s o l u t i o n s .

L e n o m b r e d e b a c t d r i e s d a n s I e s s o l u E i o n s d ' a l i m e n t a t i o n ( 1 0 0 a 1 0 0 0 b a c t S r j - e s p a r m l ) a s s u r e 1 ' e n s e m e n c e m e n t d e s c o l o n n e s '

L e s s o l u t i o n s s o n t p r 6 p a r 6 e s j o u r n e l l e m e n t e t s t o c k 6 e s d 4 o C '

? - 3 M 6 t h o d e s d ' a n a l Y s e

L e s d o s a g e s d e s p r o d u i t s o r g a n i q u e s o n t 6 t 6 e f f e c t u 6 s 6 ' 1 ' a i d e d ' u n s p e c t r o p h o t o m e t r e w ( V A R I A N D M S 9 0 ) . D e s c o n f i r m a t i o n s d ' a n a l y s e s o n t

egafernent 6t6 r6alis6es en chromatographie Iiquide haute pression

(pompes wATERs, injecteur U 5 K, ddtecteur I'IV SPECTRoMoNIToR IlI' c o l o n n e M E R C K C 1 8 ) .

P o u r f e s e x p 6 r i e n c e s d e f i l t r a t i o n , l e c o n t r 6 l e d e l ' a c t i v i t 6 b a c t 6 - r i e n n e a 6 t 6 e f f e c t u 6 e n s u i v a n t :

- l'ewolution de Ia concentration en oxygene dissous avec un oxymctle

( P O N S E L L E O 2 T - C E ) , d I ' e n t r 6 e e t a f a s o r t i e d e s c o l o n n e s ;

- 1'6volution d e l a m a t i E r e o r g a n i q u e ( C ' O . T ' ) e t d e 1 a p r o d u c t i o n d e gaz carbonique (analyseur de carbone : BECKIIIAN 915 A) ' Nous considSrons

que tout Ie gaz carbonique produit est transform6 en carbonates et en

b i c a r b o n a t e s d a n s l a c o l o n n e ( p H > 7 , 5 ) i - l e p H ;

- l'6volution d e l a Population b a c t d r i e n n e , d I ' e n t r 6 e e t i l a s o r t i e d e s c o l o n n e s -

La determination du nodbre de bact6ries (flore totale) a 6t6 mesur6e

p a r l a t e c h n i q u e d ' e n s e m e n c e m e n t e n s u r f a c e s u r b o i t e s d e P 6 t r i , a p r e s 7 2 h e u r e s d ' i n c u b a t i o n i 3 7 "c- La composition d e 1 a g 6 1 o s e , a 6 t 6 I a s u i v a n t e ; t r y p t o n e : 5 g l - r r.extrait d e l e v u r e : 2 , 5 g I

"

g l u c o s e : 1 g 1 - I e t a g a r - a g a r : 1 5 q I - ' -

3 - n E s u t - T A T S E X P E R I M E N T A U X

3 - 1 I s o t h e r m e s d ' a d s o r P t ' i o n

L a f i g u r e 2 r e p r 6 s e n t e l e s i s o t h e r m e s d l a d s o r P t i o n d e s a c l - d e s m a l 6 i q u e

et salicylique, du paranitrophSnol ainsi que de, quelques autres compos6s

o r g a n i q u e s o b t . n o = d I ' 6 q u i l i b r e a p r 6 s p l u s d e 4 8 h e u r e s d ' a g i t a t i o n '

EiLtration sut charbon actif en grains

Les isothermes suivent la loi de Freundlich dans la garnne de concen-

trations 6tudi6e :

r / ^

x / m = k C " " '

x / . y n o r c e g-1

-<;*o'o-olo-'o'{

<

-- s-w - AcLde aaltcvrlque

-/ -s-va-91'- Actde bsnzoique

/ o-o'-4i1''u"-

n.".'.'--:- - ..

1 10 50 100

Figure 2

IsotVermes dtadsorption de quelques pz,oduits puts d pH I (cVnrbon Cherwiron F 400)

Lorsque les concentrations dans la phase Iiquide (Ce) et dans 1a phase

solide (x/m) sont exprim6es respectivement en pmoles 1-1 et en pmoles g-r

Ie calcul des constantes k et n et du coefficient de corr6lation donne

les valeurs suivantes :

K L / n

-l-- ^_a/ Actde orthoPhtalique

^,a-6'- / AcLde Dal6tque

a/'" ./

/t'

. / '

Aciile rnal6ique Acide salicylique Paranitroph6nol

l , ) z

2 1 1 , 5 2 5 2 7 , 8 3

o , 5 7 3 o , 1 4 9 o , 2 1 3

| , 7 4 6 6 , 7 O 7 4 , 6 9 2

0 , 9 9 1 0 , 9 9 8 0 , 9 9 8

Ces rEsultats permettent de montrer les grandes diff6rences dradsor-

babilit€ entre ces trois compos6s. L'acide roalEique, conme un grand

nonbre de compos6s polaires, niest pratiquement pas adsorb6 par le

charbon. Par contLe, Ie paranitroph6nol pr6sente une forte affinit6 et

I'acide salicylique possede une adsorba.bilitd intemddiaire entre les

deux compos6s pr6c6dents.

1 5 4 Sciences de L'eau 3, no 2

S i n o u s c o m P a r o n s I ' a d s o r p t i o n d u p a r a n i t r o p h 6 n o l e t d e I ' a c i d e s a l i -

cylique par rapport aux cl6riv6s aromatiques monosubstitu6s poss6dant

l e s g r o u p e m e n t s N o 2 , O H o u C O O I I , n o u s o b t e n o n s I ' o r d r e d ' a d s o r b a b i l i t 6 a p H I c i - a p r d s :

cooH

/\ cooH

\-,,

OH

cooH

o 'o'""io

cet ord.re, obtenu avec des compos6s aromatiques simples poss6dant des

rnErsses mol-aires du m6me ordre de grand.eur, confirme les r6sultats p u b l i 6 s d a n s l a l - i t t 6 r a t u r e ' e n p a r t i c u l i e r :

- une meiller:re adsorption des composSs peu solubles (exemple : nitro-

benzEne) ;

- une diminution d e l . a d s o r p t i o n p o u r l e s m o l 6 c u f e s i o n i s a . b l e s ; I e d e g r 6 d e d i s s o c i a t i o n d e c e s c o m p o s 6 s d 6 p e n d a n t d e l e u r c o n s t a n t e d ' a c i - dit6 et du pH du milieu. La pol-arit6 du groupement COOE explique ainsi

Ia s6quence obtenue avec les d6riv6s aromatiques carboxyliques '

3 - 2 C o u r b e s d e Perc6e

3 - 2 - 1 F i l - t r a t i o n e n n i T i e u s t d r i f e

L e s m a n i p u l a t i o n s r 6 a l - i s 6 e s d a n s c e s c o n d i t i o n s o n t e u p o u r b u t d e m e s u r e r 1 a c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d u c h a r b o n a c t i f e n g r a i n s u t i l i s 6 e n

fittration et de montrer f influence de Ia granulon6trie et de la temp6-

r a t u r e s u r I ' a l l u r e d e s c o u r b e s d e p e r c 6 e .

a. Influence de la granulom6trie du charbon actif

pour des conditions exp6rimentales identiques (masse d'adsorbant

5 , O g , v i t e s s e d e p a s s a g e : 4 m h - r ' t e m P 6 r a t u r e 2 0 " C ) ' 1 e s c o u r b e s d e p e r c 6 e o b t e n u e s a p a r t i r d e s o l u t i o n s a q u e u s e s d ' a c i d e s a l i c y l i q u e n e t t e n t e n 6 v i d e n c e l , i n f l u e n c e d e l a g t r a n u l o m 6 t r i e ( f i g u r e 3 ) . E n

raison de Ia cin6tique d'adsorption du solut6 sur I'adsorbantr la

fuite apparait beaucoup plus rapidement dans ]e cas du charbon ayant

I a p l u s g r o s s e g r a n u l o m 5 t r i e ' D e p l u s , I ' a t t e i n t e d e I ' 6 q u i ' 1 i b r e ( c ^ / c ^ = 1) se fait p l u s r a p i d e m e n t a p r 6 s l ' a p p a r i t i o n d e I a f u i t e aais ie cas du charbon plus finement divis6 '

P a r a i l l e u r s , I e s q u a n t i t e s < 1 ' a c i d e s a l i c y l i q u e a d s o r b 6 e s p a r l e s

c o l o n n e s d e c h a r b o n a p r € s a t t e i n t e d e 1 ' 6 q u i l i b r e , c a l c u l 6 e s i P a r t i r d e s c o u r b e s d e p e r c 6 e ( F 4 O O O , 2 O O - 0 , 3 1 5 n r n z 4 2 8 , 4 1 - t m o l e s g - I ; F 4 O O 0 , 8 - 1 , 0 0 r n m t 4 2 4 , 3 'tmoles g-I ) , sont pratiquement i d e n t i q u e s - i c e l l e o b t e n u e d p a r t i r d e f i s o t h e r m e d e F r e u n d l i c h ( 4 2 O , O p m o l e s g ' ) .

Filtratlon sw cLwrbon actif en gz'a'tns

cs L , 4

" - o 6 t O , 2 O O - O , 3 1 5 , M ; 5 ' O g - 4 , 1 7 m h - 1 q - = 405,7 ml h-r

Figt'ee 3

CotLt'bes de percde de L'acide salicglique : influence de La granuLomdtrie et de La tenpdrature ( C h e m t s i r o n F 400 : 0,2 - 0,315 ftrn et 0'B - 1'00 ntn)

b. rnfluence de la temP6rature

L o r s q u e I ' 6 q u i l i b r e d ' a d s o r p t i o n e s t a t t e i n t p o u r d e s c o n d i t i o n s d e

filtration donn6es, toute variation de la temp6rature conduit d un

n o u v e l 6 t a t d ' 6 q u i l i b r e q u i s e t r a d u i r a p a r u n e p h a s e d ' a d s o r p t i o n o u d e d e s o r p t i o n .

Ainsi, la figure 3 montre qu'une 6l6vation de temp6rature de 5 "C Q O e 2 5 o C ) , lors de la filtration s u r I a c o l o n n e d e c h a r b o n a c t i f d e g r a n u l o m 6 t r i e c o m p r i s e e n l r e 0 , 2 0 0 e t 0 , 3 1 5 m n , c o n d u i t a u n e a u g m e n t a - t i o n t r 6 s b r u s q u e d e I a f u i t e ( c s / c o p a s s a n t d e 1 , 0 e l ' 4 ) c o n s d c u t i v e

i une d6sorption du produit organique. Une augmentation de Ia temp6ra-

t u r e d i m i n u e d o n c l a c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d u c h a r b o n e n r a i s o n d ' u n e m e i l l e u r e s o l u b i l i t 6 d u s o l u t e d a n s l - ' e a u . D a n s I e c a s d e _ l ' a c i d e s a l i - c y l i q u e , l a c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d i m i n u e d e 1 6 U m o l e s g - ' p o u r u n e c o n c e n t r a t i o n . d ' 6 q u i l i b r e d a n s I a p h a s e a q u e u s e ( C " ) 6 9 a 1 e d

1 0 0 p n o l e s I - ' , c e q u i r e p r e s e n t e u n e d i m i n u t i o n d e 3 , 8 I d e l a c a p a -

cit6 pour une 6l6vation de temp6rature de 5 oC.

Des variations de capacit6 de cet ordre de grandeur sont' 6galement

obtenues avec le paranitroph6nol (figure 4) : ! 4 E 5 E pour une varia- t i o n d e + 5 o c "

Nous noterons que Ia capacit6 d'adsorption obtenue en dynanique

( L 437 Umol-es 9-]) c o r r e s p o n d d c e l - I e o b t e n u e e n s t a t i q u e ( 1 4 0 8 U m o l e s g - r ) .

3 - 2 - 2 I n f l u e n c e d e 7 a b i o d d g t a d a t i o n

L ' i n f l u e n c e d e l a b i o d 6 g r a d a t i o n a 6 t 6 € t u d i 6 e e n t r a v a i l l a n t a v e c d e s c o l o n n e s f o n c t i o n n a n t e n p a r a l l e l e , d a n s d e s c o n d i t i o n s s t 6 r i l e s e t n o n s t 6 r i l e s . D e s t e m p s d e c o n t a c t d e I ' o r d r e d e 1 0 n r - i n u t e s ( e n c o l o n n e v i d e ) e t u n e v i t e s s e d e f i l - t r a t i o n v o i s i n e d e 4 m h - r e n v i r o n o n t 6 t 5 u t i l i s 6 s .

t D o

Seiences de Lteau 3, no 2

I II I

I I

loo l - e

''"f '4r'

",J

"'1

"''f

",rf

\ r

4.

i ^o.

t \ t "

t*3' - - - --.-'l -' -'''\"-

i l t t

;" L-*f

/ : 0 , 8 - 1 , 0 m ; 3 , O g - 4 , 2 1 n h - l q : 4OO nI h-I

2(X) h6uea

Figure 4

Courbes de penede du pananitrop@rnl :

influence de La tanpdrature (Chermiron F 400 : 0,8 - 7,00 nn)

Durant le fonctionnement, des 6chantillons sont pr6lev6s et stock6s

a 4 oC apres acidification dans Ie cas du paranitroph6nol et a - 18 oC d a n s I e c a s d e s a c i d e s mal6ique et salicylique, a f i n d , a r r € t e r l a b i o d 6 -

gradation avant I'analyse du produit en chromatographie tiquide haute

p r e s s i o n ,

a. Elimination du paranitroph6nol

Les courbes pr6sent6es par les figures 5 et 5 rapportent les r6sultats

obtenus lors des filtrations r6aLis6es avec des solutions de paranitro-

p h 6 n o l d 1 0 0 p m o l e s I - I ( 7 , 2 m g l - t e n c . o . T . ) .

La figure 5 indique que l'6quitibre d'adsorption est atteint apr€s un

P a s s a g e d e 4 0 0 l i t r e s d e s o l u t i o n s u r l a c o l o n n e s t 6 r i l e . L a q u a n t i t 6

de paranitroph6nol_ adsorb6e, mesurde par int6gration graphique

( = 1 410 pmoles g-r) e s t e n a c c o r d a v e c l a q u a n t i t E t h 6 o r i q u e

( = I 408 pmoles g-I). e n c e q u i c o n c e r n e l a c o l o r m e n o n s t 6 r i l e , n o u s obtenons une courbe de perc6e simil_aire jusqu'5 une fuite de 70 5 g0 t.

L'6cart observ6 entre les deux colonnes (5 a 10 litres pour un m€me

pourcentage de fuite) provient du fait que la quantite de produit pur

introduite dans ra colonne non st6rile. a 6tE prus faible en raison d'une

l6gEre biod6gradation du produit qui a 6t6 ddcel6e sur de courtes

p6riodes, en amont de Ia colonne. par Ia suite, apr€s un passage de

3 8 0 l i t r e s d e s o l u t i o n , s o i t a p r E s 3 8 j o u r s d e f o n c t i o n n e m e n t , n o u s obtenons une diminution de Ia fuite due au d6marrage de Ia blod6grada-

tion. Cette phase est confirn€e par I'augmentation de 1a consomation

d'oxygEne et de la production d.e gaz carbonique, ainsi que par une

diminution du C.O.T. Nous pouvons noter que la concentration en oxyg€ne

dissous peut devenir un param€tre limitant pour Ie d6vetoppement des

b a c t 6 r i e s a 6 r o b i e s , c a r e l L e d e s c e n d e n d e s s o u s d e 1 r n g l - ' . C e t t e f o r t e

consonmation d'oxygene rSsulte de Ia biod6gradation du substrat entrant

dans Ia colonne, mais dgalement de celui gui a 6t6 adsorbE durant les

3 8 p r e m i e r s j o u r s d e f i l t r a t i o n .

FiLtration sur cy'nrbon actif en grains 1 5 7

c "

; ac o ' t

E L . L . L _ 1 - o , m g I

o t a f ^ . ^ - a - ^ -

- . - ' - r : r - r 7 i - l l 1 - 1 - r - 0 2 ( c

o o ^ n L ,

'*"i1

f l tih - \ \

PNP (c' st''ly'a

i"\Np (c. non st.)

i l l o -

4OO 45O 5OO 5SO volume fLltr€ I

FiLtration sur cLnrbon o"ttf a'!)lZ\3tiro", synth\tt)que d.e nitnoph,lnol

duoLution rles concentrations en paranitrophdnol (PNP) et en orygDne dissous, d. La sortie des colonnes stdr,iLes (C. st.)

e t n o n s t d z , i l e s ( C , n o n s t . ) .

o o - o c o T ( e n t r E e )

a - a - a

Ipdanttropb€not lChenviron F 4OO

l " = o , o o ' t ' - 1

I E B C T = 9 n t n _ , [ q = 1 o , 2 r J -

o---JS r-lg (sortie)

o-o-o v

C . n i n ( e n t r 6 e ) v

.v-v- v

-v-y- v-v v-v-t-t- tJ- t-v'

v o l u n e fi.ltr€ l

Figtue 6

FiLtrat'Lon ste eha.v,bon actif dtune solution de paxanitz,ophdnol :

d u o l u t i o n d e s e o n c e n t r a t i o n s e n C . 0 . 7 . e t e n C . m i n d r a L d L t e n t z ' d e et d. La sortie de La coLonne ensemencde

Ce phenomene de bior6g6n6ration du charbon actif est mis en 6vidence

par 1es courbes pr6sent6es par Ia figure 7, obtenues pour 1a fil-tration d ' u n e s o l u t i o n d e p a r a n i t r o p h 6 n o l d 1 6 , 6 6 l . t m o l e s I - 1 ( 1 , 2 m g c . o . T . I - I ) s u r u n e c o l o n n e c o n t e n a n t 2 5 ' O g d e c h a r b o n p r 6 a l a b l e m e n t " s a t u r 6 " e n

paranitroph6nol. Pour une concentration d'6quilibre dans la Phase aqueuse

6 g a l e i 1 5 , 6 5 Umoles I-r, I a q u a n t i t 6 a d s o r b 6 e e s t 6 g a l e d 9 6 1 p m o l e s g - I

: C = 1 O O unoles I

0 , 3 - r , o ^ / _{\ o}

-=;-'o: '3'-:---eJ

S c i e n c e s d e L t e a u J , n o 2

( 6 9 , 2 m g C , o . T . g - ' ) d ' a p r d s I ' i s o t h e r m e d ' a d s o r p t i o n . L a " s a t u r a t i o n "

a 6 t 6 r 6 a l i s 6 e d a n s u n f l a c o n d e 1 l i t r e c o n t e n a n t 2 5 , O g d e c h a r b o n e L 2 4 O 4 O Umofes de paranitroph6nol e n s o l u t i o n a p H L A p r d s 4 8 h d r a g i t a t i o n ( a g i t a l e u r i r e t o u r n e m e n t ) , I ' a d . s o r b a n t a a l o r s 6 t 6 p l a c 6 d a n s l a c o l o n n e ,

A-A\

C 0 T ( e n t r c e )

Figw:e 7

F i L t z ' a t d o n d t u n e s o l u t i o n d e p a r a n i t o o p h , i n o T d 1 6 , 6 6 ltmoles L-r ( C . O . r . = 7,2 mg L-') s u . y u n e c o l o n n e d e c h a r b o n a c t i f t t s a t u r d t l

Les r6sultats obtenus montrent que Ia biod6gradation conduit i une

p r o d u c t i o n d e g a z c a r b o n i q u e ( 3 , 5 a 3,6 mg l-^) q u i e s t n e t t e m e n t s u p 6 - r i e u r e d . l a c o n c e n t r a t i o n e n c . O . T . d a n s I ' i n f l u e n t ( = 1 , 5 d 1 , 7 n g 1 - r ) .

L e d 6 v e l o p p e m e n t b a c t 6 r i e n p e r m e t d o n c d ' o b t e n j - r u n e b i o r 6 g 6 n 6 r a t i o n

du charbon actif. Nous noterons 6galement que le temps n6cessaire au

d 6 m a r r a g e d e l a p h a s e d e b i o d 6 g r a d a t i o n ( 1 5 j o u r s e n v i r o n ) e s t p l u s c o u r t q u e l o r s d e s m a n i p u l a t i o n s r e p r 6 s e n t 6 e s p a r l e s f i g u r e s 5 e t 5 . C e c i e s t p r o b a b l e m e n t d O a u n e d i f f 6 r e n c e d e I a q u a l i t 6 b a c t 6 r i o l o g i q u e d e s e a u x a y a n t s e r v i d p r 6 p a r e r l e s s o l u t i o n s . L e s r 6 s u l t a t s r a p p o r t 6 s p a r l e s f i g u r e s 5 e t 6 o n t 6 t 6 o b t e n u s d p a r t i r d e s o l u t i o n s p r 6 p a r 6 e s a v e c d e I ' e a u d i s t i 1 l 6 e - s t o c k 6 e a u l - a b o r a t o i r e ( C . O . T . = 0 , 5 m g 1 - r ; b a c t 6 r i e s 1 0 0 - 1 0 0 0 m f - ' ) . D a n s I e c a s d e I a f i l t r a t i o n s u r d u c h a r b o n

" s a t u r 6 " , d e l - ' e a u d e v i l l e a y a n t s u l c i u n e f i l t r a t i o n s u r d u c h a r b o n a c t i f ( d 6 c h l - o r a t i o n ) p u i s une osmose inverse, a 6 t 6 u t i l i s 6 e ( C . O . T . : 0 , 2 a 0 , 3 m g f - l ; b a l t 6 . i " s : 1 O O 0 a 5 O O O m I - I ) .

A

\ r o ' a l

\ / c Drodurt

\ / o - o - o - o - o m r n '

\ t l

\/

, l

I A

f u i t e P N P % _ 0 2 c o n s o m m 6

o / o g o - t *

I

FiLtration sur charbon actif en gt'ains 1 5 9

b . E l i m i n a t i o n d e I ' a c i d e s a l i c y l i q u e

L e s c o u r b e s r e p r 6 s e n t 6 e s p a r l a f i g u r e I d o n n e n t l e s 6 v o f u t i o n s d e l a c o n s o m m a t i o n d ' o x y g e n e e t d e I a p r o d u c t i o n d e g a z c a r b o n i q u e ( e x p r i - m 6 e e n m g d e c a r b o n e l - t ) o b t e n u e s . f o r s d e t a f i l t r a t i o n d e s o l - u t i o n d ' a c i c l e s a l i c y l i q u e d 5 0 p m o l e s 1 - 1 ( 4 , 2 m g L - r e n C ' o ' T ' ) '

a n r n n g r

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" -o-o

tr't'gttre B

FiLty,ation suy cl.,atbon actif d-tune soLution d'acide saLicyltque d S 0 V m o l e s L - ( C . O . T , = 4"2 mg L-r) : d t t o l u t i o n d e L a c o n s o r m n a t t o n d t o n y g d n e e t d . e L a p r ) a " . t ; L " i e C . m i n d r a l ; ( o i t e s s e : 4 , 2 m h - r ) .

c o m p t e t e n u d e I a t r e s c o u r t e p 6 r i o d e d ' a d a p t a t i o n d e s b a c t 6 r i e s a u s u b s t r a t ( 2 a 3 jours), I a f u i t e e n a c i d e s a l i c y l i q u e a t o u j o r : r s 6 t 6 n u l l _ e d a n s 1 ' e f f l u e n t . c o r u n e d . a n s 1 e c a s d u p a r a n i t r o p h d n o l , l e s

propri6t6s adsorbantes du charbon permettent d'6liminer le produit

durant Ia premiCre partie de fonctionnement du filtre' Apres Ie d6mar-

r a g e d e I a b i o d 6 g r a d a t i o n , v e r s I e d e u x i E m e o u I e t r o i s i E m e j o u r d e f i l t r a t i o n , n o u s o b t e n o n s , d u r a n t t r o i s j o u r s , u n e f o r t e c o n s o r u n a t i o n d ' o x y g a n e e t u n e f o r t e p r o d u c t i o n d e g a z c a r b o n i q u e , d u e s p l i n c i p a l e m e n t d l a p 6 r i o d e d e b i o r 6 g 6 n 6 r a t i o n d e I a c o l o n n e ' E n f i n , a p r d s 6 d 7 j o u r s

de fonctionnement, Ia colonne atteint son 6quilibre qui se traduit par

r:ne production de 2 e 2,2 mg I-1 d.e carbone min6ral et une consonnation d e 7 i 7 , 5 m g 1 - r d ' o x y g c n e p o u r u n e 6 l i m i n a t i o n t o t a l e d e I ' a c i d e s a l i c y l i q u e ( 4 , 2 n g f - ' e n C . O . T . ) .

D a n s l e c a s d . e f ' a c i d e s a l i c y l i q u e , u n e f i l t r a t i o n r 6 a l i s € e e n p a r a l - l d l e s u r u n e c o l o n n e d e s a b l e ( g r a n u l o m 6 t r i e 0 , 8 5 1 m m ) a p e r m i s d ' o b t e n i r f e s r 6 s u l t a t s p r S s e n t 6 s s u r I a f i g u r e 9 '

1 6 0 Sciences de L'eau 3, no 2

Figuu,e g

F i L t r a t i o n s u y s a b l e d ' u n e s o l u t i o n d , a c i d e s a l i e y l i q u e d S 0 Woles L - r r i u o l u t i o n d e L a c o n c e n t z , a t i o n d , a c i d e s a l i c y L i q u e , ( e n %)., de La consonrnation dtorygDne et de La production de C. min1ral

( u i t e s s e : 4 , 2 m h - L ) .

D u r a n t I a p 6 r i o d e d ' a d a p t a t i o n d e s b a c t 6 r i e s , I a f u i t e e n a c i d e s a l i - c y l i q u e e s t d e 1 0 0 B d a n s I e cas d'un support n o n a d . s o r b a n t . p a r compa- r a i s o n a v e c l a c o r o n n e d e c h a r b o n actif, n o u s n o t e r o n s q u e l a - p r o d u c t i o n d e c a r b o n e n i n 6 r a l - d 1 ' 6 q u i l i b r e e s t i d e n t i q u e e e 2 , 1 m g I - r ) . p a r c o n t r e , l a c o n s o m m a t i o n d'oxygdne e s t u n p e u p l u s f a i b l e ( 6 a 6,5 mg 1-I c o n t r e 7 e 7 , 5 m 9 1 - ' ) . c e t t e d i f f 6 r e n c e , d . e l r o r d r e d e 1 m g 1 - r , p e u t

6tre expliqu6e par une consonmation d'oxygBne par le charbon actif lui-

m e m e ( P R O B E R , 1 9 7 5 ) . Ce ph6nomEne d'adsorption, q u i p e u t s e d d r o u l e r d u r a n t d e l o n g u e s p 6 r i o d e s , e s t t r e s v i s i b l e d u r a n t l e s d e r : _ - , o u t r o i s

premiEres heures Ce foncf-ionnenent du filtre, p6riode durant Iaquelle

n o u s a v o n s o b s e r v e une concentration e n o x y g d n e d i s s o u s d a n s l - r e f f l u e n t i n f 6 r i e r : r e d 1 m g r 1 - l ( f i g u r e 8 ) .

c . E l i m i n a t i o n d e 1 ' a c i d e m a l 6 i q u e

E n c e q r r i c o n c e r n e l r a c i d e m a 1 6 i q u e , n o u s o b s e r v o n s q u e l e s c o u r b e s

de percde obtenues dans des conditions st6riles et non st6riles se

s u p e r p o s e n t e n d 6 b u t d e f o n c t i o n n e m e n t ( f i g u r e 1 0 ) . r , a q u a n t i t 6 d ' a c i d e m a l 6 i q u e a d s o r b 6 e p a r I a c o l o n n e st6rile ( 1 3 5 a 140 pmoles g-I) e s t e n a c c o r d a v e c l a q u a n t i t 6 t h 6 o r i q u e ( 1 3 3 p m o l e s g - r ) .

La biod6gradation dans la col-onne non st6rire permet une 6rimination

presque compldte de l_a matidre organique par une min6ratisation de

I ' a c i d e m a 1 6 ! q u e ; les productions d e c a r b o n e m i n 6 r a l 6 t a n t d e I , o r d . r e d e 5 , 5 m g l - r e t 3 , 5 . S f - t p o u r d e s c o n c e n t r a t i o n s e n a c i d e r o a l 6 i q u e d 1 ' e n t r 6 e r e s p e c t i v e m e n t 6 g a 1 e s d , 7 , 2 e t 4 , 8 m g I - I e n C . O . T . L e C . O . T . m e s u r 6 d I a s o r t i e d e I a c o l o n n e ( 1 d 1,5 mg 1-r) p e u t c o r r e s p o n d r e a u x

produits de biod6gradation ainsi qu'd la micropollution organique

p r 6 s e n t e d . a n s 1 ' e a u d i s t i L l { e ( 0 , 5 a 1 , 0 r n g l - r ) .

Filtration su.r cy'nrbon actif en grains 1 6 1

coT

m 1 n

o^

10

a

6

4

2 h g l -

C o = L s O p n o l e s l.-1 c o = l o o u n o l e s l - 1

fr ooo = ,r,o .

I V = 4 . d m h

_,

| ,r." = n 'r.

_1

l c = 1 o , 1 l J - L n = 6 5 c n

o - * - o o - - o - v o _ A

I 6

AI

t

I I

t^ ">-_

€o:. o o

-v-v...L-V-o o

100

A c . n a l ; B o r t l e O ^ a o r t l e C h 1 n C . n o n a t . C O T a o r t l e

m

a c . 8 t . I C . € t . v cntr6e a C . B t .

3(P llt.es

A C . n o n o t . O C . n o n s t . v s o r t l e o c . n o n a t .

Figut'e 10

EiLtz,ation sur cha.?bon actif dtune solution dtacide maLdtcrue (150 puis L00 ltnoles L-') : duoLution des concent?ations

d'acide malAique (en %), de C.0.7., de C. mindral et d'orygbne dissous;

( u i t e s s e : 4 , 4 m h - L ) .

De tels rendements de min6ralisation ont 6t6 6galement obtenus l-ors de l-a f:Itration sur sable a 2 n h-l (figure 11).

4 - o r s c u s s r o N D E s R E s u L T A T s

4 - 1 C a p a c i t € s d ' a d s o r p t ' i o n

Les capacit6s d'adsorption mesur6es en r6acteur statique avec du

charbon actif en poudre, et en dynamique avec du charbon.en grains sont

identiques. CeIa est en accord avec les r6sultats obtenus par d'autres

auteurs (PEEL, 1980) et indique, en particulier, que Ie broyage du

c h a r b o n a c t i f e n g r a i n s n e m o d i f i e p a s 1 e s c a p a c i t 6 s d ' a d s o r p t i o n .

Les fjltrations sur de petites quantit6s de charbon en grains r6atis6es

dans des conditions steriles montrent que Ia teml€rature influe peu sur

Ia capacit€ d'adsorption (environ I t par oC pour I'acide salicylique et

Ie paranitroph6nol). Par contre, une roodification de la temtr€rature,

1 6 2 Sc'iences de Lteau 3

n o t a J r u n e n t l o r s q u e I a c o l o n n e a d 6 j d a t t e i n t s o n 6 t a t d ' 6 q u i l i b r e ' p e u t c o n d u i r e d d e s v a r i a t i o n s t r d s i m p o r t a n t e s d e I a c o n c e n t l a t i o n a u n i v e a u d e l a f u i t e . c e s m o d i f i c a t i o n s d e c o n c e n t r a t i o n c o r r e s p o n d a n t i d e s

phases de d6sorption (augmentation de la temp6rature) ou dradsorption

(diminution de la temp6rature) d6pendront, en particul-ier, du volume

d ' a d s o r b a n t , d e s d 6 b i t s d e c i r c u l a t i o n , d e I ' a m p l i t u d e d a n s l a v a r i a - t i o n d e t e m p 6 r a t u r e , a i n s i q u e d e I a c i n 6 t i q u e d ' a d s o r p t i o n o u d e

d6sorption. Nous pouvons donc penser que des fluctuations de temp6ra-

t u r e d e q u e l q u e s d e g r 6 s , a u n i v e a u d e s f i l t r e s i n d u s t r i e l s , p e u v e n t

conduire i des modifications de 1a composition chimique des eaux

f i l t r 6 e s .

f O O v o . I u m e filtr6 I

Figute 11

FiLtxation su? sabLe d'une soLut-ion d'acid.e malbique d 150 Vmoles L-r ( 7 , 2 m g L - L e n C . O . T . ) : d o o L u t i o n d e s c o n c e n t ? a t i o n s

de soytie en acide maldique (en %, L), en C.0.1'. (O), e n C . m i n d z , a l ( Y ) e t n n o * y g A r * F ) ; ( o i t e s s e : 2 ' 1 5 m h - r ) .

4 - 2 I n f l u e n c e d e l a b i o d 6 q r a d a t i o n

Les filtrations r6alis6"] .,,, faboratoire sur des colonnes fonctionnant en parallC1e, dans des conditions st6riles et non st6riles. nous ont permis de montrer lrinfl-uence de Ia biod6gradation sur 1'6limination de trois compos6s biod6gradables : le paranitroph6nol' I'acide salicylique e t I r a c i d e m a 1 6 i q u e .

coT c

m I n

o ^

Filtration sur: charbon actif en grains

D a n s l e s c o n d i t i o n s s t 6 r i 1 e s , I ' 6 l i m i n a t i o n d e l a m a t i d r e o r g a n i q u e e s t r 6 a l i s 6 e u n i q u e m e n t p a r a d s o r p t i o n d u s o l u t d s u r I ' a d s o r b a n t . L a c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d e l a c o l o n n e p e u t d o n c € t r e c a l c u l 6 e d p a r t i r d e l r i s o t h e r m e d t a d s o r p t l o n . P a r a i l l e u r s , l e s r 6 s u l t a t s o b t e n u s m o n t r e n t q u e l ' a d d i t i o n d e s e l d ' a r g e n t ( 0 , 5 a 1 rng I-^) d a n s l e s s o l - u t i o n s d ' a l i m e n t a t i o n ( a b s e n c e de chlorure) n e r o o d i f i e p a s I a c a p a - c i t 6 d ' a d s o r p t i o n d a n s l e c a s d e f i l t r a t i o n s r 6 a l i s 6 e s s u r d e l o n g u e s p 6 r i o d e s .

D a n s l e s c o n d i t i o n s n o n s t 6 r i l e s , I ' 6 l i m i n a t i o n d e I a m a t i C r e o r g a - nique d6pendra de Ia nature du solut6 (adsorbabilj-t6' biod6gradabilit€)

et de Ia qualit6 bact6riologique des eaux (souches bactdriennes

p r 6 s e n t e s ) " D a n s 1 e c a s d e n o t r e t r a v a i l , n o u s p o u v o n s c l a s s e r l e s s o l - u t 6 s 6 t u d i 6 s e n t r o i s c a t 6 q o r i e s :

- paranitroph6nol : compos6 tr€s adsorbable et moyennenent biod6-

grada.ble ;

- acide salicylique : compos6 moyennement adsorbable et trCs biod6-

gradable ;

acide mal6ique : compose peu adsorbabl-e et trEs biod6gradable.

Les rdsultats obtenus montrent que les colonnes de charbon actif

adsorbent la matidre organJ-que durant une premidre phase de fonctionne-

m e n t d u f i l t r e . E n s u i t e , a p r E s u n c e r t a i n t e m p s d e f l f t r a t i o n ' c o r r e s -

pondant au temps d'adaptation des bactdries, Iar biod6gradation conduit

a une 6limination importante, voire total-e, du substrat introduit dans

l a c o l o n n e . C o r n n e i l a 6 t E m o n t r 6 d a n s l e c a s d e l a f i l t r a t i o n d e I ' a c i d e s a l i c y l i q u e e t d u p a r a n i t r o p h 6 n o l , p a r d e s m e s u r e s d e p r o d u c -

tion de gaz carbonique, Ia biod6gradation conduit, apr6s son dSmarrage,

d u n e b i o r 6 g 6 n 6 r a t i o n d u c h a r b o n a c t i f . A i n s i , d a n s I e c a s d e l a f i l t r a - t i o n d e L ' a c i d e s a l i c y l i q u e ( f i g u r e 8 ) , n o u s p o u v o n s d i r e q u e t o u t e p r o d u c t i o n d e g a z c a r b o n i q u e s u p 6 r i e u r e d l a p r o d u c t i o n d ' 6 q u i l i b r e

( 2 r O - 2 , 2 n g l - - ! e n c a r b o n e m i n 6 r a l ) c o r r e s p o n d d 1 a b i o d 6 g r a d a t i o n d e l - ' a c i d e s a l i c y l i q u e q u i a 6 t 6 a d s o r b 6 d u r a n t I a p h a s e d ' a d a p t a t i o n d e s b a c t e r i e s . L e r e n d e m e n t d e m i n 6 r a l i s a t i o n 6 t a n t d e l - ' o r d r e d e 5 0 I

( 4 , 2 r y I - 1 d e c . o . T , d o n n a n t 2 , 1 m g 1 - l d e c . m i n 6 r a l ) , r a m e s u r e d e

1a surproduction de gaz carbonique (environ 50 mg) pennet de montrer

q u e I a b i o r 6 g 6 n 6 r a t i o n d e I a c o l o n n e e s t p r a t i q u e m e n t c o m p l e t e ( C . O . T . a d s o r b 6 I e n v i r o n 1 0 5 m g ) . E n c e q u i c o n c e r n e l e s m a n i p u l a t i o n s a v e c

le paranitroph6nol, la grande quantit6 de produit adsorb€ durant 1a

phase d'adaptation (figures 5 et 7) implique des p6riodes de bior696-

n6ration beaucoup plus longues.

En ce qui concerne J-e processus de biordg6ndration du charbon, Ie

m6canisme, qui est encore tr6s mal connu' peut 6tre expliqu6 par une

biod6gradation directe du substrat adsorb6 d f int6rieur du grain de

charbon et principalement dans les macropores, ou par une biod6grada-

tion apres une 6tape de desorption du substrat. Nous pouvons penser'

par ailleurs, qurune diminution de Ia concentration en produit dans Ia

phase liquide par biod6gradation. d un niveau donn6 de la colonne,

conduira localement i la d6sorption d'une certaine quantit6 de produit,

j u s q u ' a a t t e i n t e d ' r : n n o u v e l 6 t a t d ' 6 q u i 1 i b r e . S i a u c u n p a r a m 6 t r e n e L i m i t e I e d 6 v e l o p p e m e n t b a c t 6 r i e n ' l a c o n c e n t r a t i o n d ' o x y g E n e d i s s o u s e n p a r t i c u l i e r , I a b i o d 6 g r a d a t i o n d u s u b s t r a t a i n s i l i b 5 r 6 v a a c c 6 l 6 r e r

1e processus cle d6sorption des produits biod6gradabl-es. Cette d6sorp-

tion pourrait 6galement €tre favoris6e par Ia production de produits

de biod6gradation adsorbables en raison des ph6nomdnes d'adsorption

comp6titive "

1 6 4 Sctences de Lteau 3, no 2

Lorsque Ies colonnes d.e charbon actif ont atteint leur €quilibre de

f o n c t i o n n e m e n t , c o m r o e d a n s l e c a s d e I a f i l t r a t i o n d e f ' a c i d e s a l i c y - l - i q u e e t d e I ' a c i d e m a l 6 i q u e , l e c a 1 c u l d e s r e n d e m e n t s d e m i n 6 r a l i s a - t i o n d o n n e d e s v a l e u r s c o m p r i s e s e n t r e 4 5 e t 5 0 B a v e c l ' a c i d e s a l j - - c y l i q u e , e t e n t r e 7 0 e t 8 0 I a v e c l r a c i d e m a l d i q u e . E n c e q u i c o n c e r n e l e s c o n s o u m a t i o n s d ' o x y g E n e , I e s v a l e u t s s o n t c o m p r i s e s e n t r e 7 1 6 e t 1 , 7 m g d r O 2 p a r m g c . O . T . 6 l i m i n 6 d a n s I e c a s d e l r a c i d e s a l i c y l i q u e e t e n t r e 0 , 9 e t l , l r r y d t o 2 p a r n g c . o ' T ' 6 l i n i n 6 d a n s l e c a s d e l ' a c i d e m a l 6 i q u e .

Les colonnes de filtration du paranitroph6nol n'ayant pu atteindre

I e u r 6 q u i l i b r e d e f o n c t i o n n e m e n t , i l n ' a p a s 6 t 6 p o s s i b l e d e c a l c u l e r les rendements de min6ralisation.

L e s n a n i p u l a t i o n s d e f i l t r a t i o n s u r s a b l e r 6 a l i s 6 e s a v e c I ' a c i d e s a l i - rylique et I'acide mal6ique ont conduit d des rendements de nin6ralisa-

tion et i des consommations globales d'oxyg€ne semlclables A ceux obser-

v6s sur charbon actif. comPte tenu du fait que des rendements d'6lini- nation de 100 * en acide mal6ique et en acide salicylique par filtra- tion srir un support non adsorbant ont 6t6 obtenus avec un temps de

contact rdel 5. f int6rieur de Ia colonne extr6mement faible, nous

pouvons dire que Ia vitesse de r6tention du substrat entrant dans la

colonne sur le film biotogique est excessivement rapide.

5 - cot'tct-usIoNS

L a c o m p a r a i s o n d . e s c o u r b e s d e p e r c 6 e ( e n p r o d u i t , e n c . o . T . , e n

carbone min6ral, en Oz dissous) obtenues lors de la filtration sur du

charbon actif en grains dans les colonnes fonctionnant en parallele,

dont l'une en conditions st6riles' nous a permis de mieux comprendre

I e r 6 l e d e I ' a d s o r p t i o n e t d e I a b i o d d g r a d a t i o n d a n s I ' 6 l i m i n a t i o n d e

trois compos6s biod6gradables : Ie paranitroph6nol, lracide sallcylique

e t 1 ' a c i d e m a l 6 i q u e .

D a n s 1 e s c o n d i t i o n s s t 6 r i l e s , l a c a p a c i t 6 d ' a d s o r p t i o n m e s u r 6 e A partir des courbes cle percde est identique d celle qui peut 6tre dEduite

de Irisotherme d'adsorption obtenu i partir de manipulations en statique.

Bien que cette capacit6 varie faiblement en fonction de la tentr#rature (environ 1 t par "C pour les compos6s 6tudi6s), nous avons pu trontrer

qtt'une l6gEre variation de temp6ratr:re de I'influent Peut entrainer des

variations trCs importantes au niveau de la qualit6 de I'effluent.

Les r6sultats obtenus avec des colonnes de charbon actif utilis6 en

filtration biologique montrent que Ie charbon joue un r6le d'adsorbant

dans une prerni€re phase de fonctionneroent du filtre correspondant a

lradaptation des bact6ries au substrat. AprCs Ie d6narrage de la biod6-

gradation, Ie d6veloppement bact€rien peut permettre une bior€g6n€ra-

tion de la colonne de charbon actif durant une p€riode al6Pendant de

Ia quantit6 de substrat d dliminer et des conditions de filtration

(concentration en substrat 5 Itentr6e, concentration d'oxygEne dispo-

n i b l e . . . ) .

FiLtrat'ton sut: cVnrbon aetif en arairg

Cette phase de biod6gradation condu-it d. une min6raLisation importante

d e 1 a m a t i € r e o r g a n i q u e ( 4 5 a 50 ? dans l-e cas de I'acide s a l i c y l i q u e , 7 0 a 8 0 B d a n s 1 e c a s d e I ' a c i d e m a l - 6 i q u e ) , a i n s i q u ' d d e s c o n s o m m a - t i o n s i m p o r t a n t e s d r o x y g d n e .

R E F E R E N C E S B I B L I O G R A P H I O U E S

BOURBIGCI M.M., IJTERTTIER R., BENEZET- TOULZE M. Traiterent biologique de I ' e a u p o t a b l e . ! 4 e s u r e d e I ' a c t i v i t e b a c t 6 r i e n n e d a n s l e s n i l i e u x f i l t r a n t s . T . S . M , , t 9 A L , 1 2 , 6 3 9 - 6 4 A .

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