Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du 18-20 Décembre 2013

Agadir, Maroc

Dr Nadia BOUDRIESnboudries@yahoo.fr

Universite de Liège, Gembloux Agro-Bio Tech. Laboratoire de qualite, sécurite et analyse des produits agroalimentaires

Ecole Normale Supérieure de Kouba. Département de chimie. Laboratoire de recherche sur les produits bioactifs et valorisation de la biomasse

Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du 18-20 Décembre 2013 Agadir, Maroc

Mécanisme de biosorption des cations Zn(II) parune biomasse inactive de Streptomyces rimosus

1. Introduction

Rejets de métaux lourds

Danger Organismes

vivantsenvironnem

ent

ToxicitéBioaccumul

ation

Traitement des effluents métallifères

Méthodes conventionnellesPrécipitation

Echange d’ionsFloculation

Electrodéposition

Biosorption

Définition de la biosorption

La biosorption correspond soit à:

l’adsorption d’éléments métalliques et des radionucleides dans les cellules

l’adsorption ou complexation sur les parois cellulaires

Les microorganismes: bactéries, champignons, levures, algues.

Domaine d’application de la biosorption

Détoxication des eaux usées métallifères,Décontamination des eaux usées radioactives,Récupération des métaux précieux en solutions diluées,Récupération des métaux dans les eaux de traitement des minerais.

Avantage des procédés de biosorption

Adsorption les métaux en très faibles concentrations,Adsorption sélectivement un métal,Sélectivité,Adsorption en présence de contaminants organiques ou minérals,Régénération du biosorbant,Valorisation facile des métaux adsorbé,Biosorbant disponible et bon marché.

Procédés utilisésBatch, Lit fixe, Lit fluidisé.

Problématique et objectifs

Eaux résiduaires complexe

d’electrolyse

de zinc

de ghazaouet +

laveries du complexe

minie

r Zn-Pb de kharset youcef et d’E

l Abed

Coproduits du complexe

d’antibiotique de Médéa

Traitement des eaux

métallifère par

biosorption sur résidus

de fermentation

Une alternative qui concilie les contraintes techniques et économiques

2. Matériel et Méthodes

2.1 Matériel:

Biomasse inactive prétraitée de streptomyces rimosus: bactérie mycélienne gram-

positive du groupe des actinomycète , synthétise la streptomycine et

l’oxytetracycline (4 à 5 T/100m3 de fermentation)

2.2 Essais:

Biosorption de zinc(II) en batch dans les conditions optimales :

Temps de contact: 4h

pH libre

T: 20°C

Vitesse d’agitaion: 250 t/min

Concentration du biosorbant: 0.3g/100ml

Granulométrie: 140-250 µm

Concentration de zn(II): SAA de marque PERKIN ELMER modèle 3030B, λ=213.9nm

3. Résultats et Discussion

3.1 Equilibre de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

Figure 1: Isotherme de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus à 20°C

Adsorption en monocouche jusqu’à saturation des sites actifs

Modèle de Langmuir:

R2 = 0.98

Capacité ultime : qm= 27.4mg/g,

Constante de dissociation KD=1.45 mM

Modèle de Freundlich

R2= 095

N= 0.68,

K= 0.54

3.2 Evolution du pH au cours de la biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

Figure 2: Evolution du pH et de la capacité de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus au cours du temps

Acidification du milieu et augmentation de q Echange de cationLes groupement fonct. (amines, hydroxyles, carboxyles…) de la paroi libèrent les H+

Figure 3: Spectre infrarouge de la biomasse inactive de S. rimosus

Hydroxyles OH (3200-3600cm-1),

Amines NH (1643 cm-1 amine secondaire, primaire masquée),

Phosphorés (1155 cm-1 acide téchoïque)

3.3 Cinétique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

Equilibre chimique est atteint après 3h

Cinétique contrôlée par 6 étapes,

la diffusion intra-granulaire et la diffusion à travers le film sont limitantes

Log (qe-q)/qe =f(t) droite ordre 1

Kv= 2.5 10-4 s-1 cinétique relativement lente

Figure 4: Détermination du coefficient de transfert de matière externe selon le modèle de R.T.M.E. et de McKAY

Le coefficient de transfert de matière externe βL

Modèle de R.T.M.E βL= 1.07 10-6 m/s.

Modèle de McKAY βL = 1.2 10-6 m/s

cinétique dépend de la diffusion intra-particulaire

3.2 Thermodynamique de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

Equation de VANT’HOFF Ln Kc = ΔS°/R - ΔH°/RT

ΔH° = -3.81 Kcal/mole biosorption exothermique, la faible valeur biosorption physique

ΔS° = -11.86 cal/mole/K désordre relativement faible

Figure 5: Détermination de ΔH° et de ΔS° de biosorption de Zn(II) sur la biomasse de S. rimosus

4. Conclusion et Perspectives

Le rendement d’élimination des cation métallique est de 75%

L’isotherme de biosorption suit le modèle de monocouche de Langmuir et

Freundlich et donne une capacité ultime de 27.4mg/g meilleure que celle obtenue par

divers micro-organismes testés (Rhizopus arrhizus 13.4mg/g)

La cinétique est d’ordre 1 et relativement lente à cause des phénomène de diffusion

L a diffusion intra-particulaire est l’étape limitante

Le biosorbant se comporte en partie comme un échangeur de cation

Phénomènes mis en évidence sont l’adsorption et l’échange d’ion cependant la

biosorption pourrait impliquer la compléxation et autres.

La biotechnologie avatar moderne apporte grâce à la biosorption

une alternative aux procédés de détoxication des eaux métallifères.

Cette contribution a permis de monter les performances de rétention

de Zn(II) de cette bactérie qui pourraient être améliorée par contrôle

du pH, activation de la biomasse.

Merci de votre attention