sur la biomasse de S. rimosus

Report
Eaux, Déchets & Environnement
EDE4 du 18-20 Décembre 2013
Agadir, Maroc
Eaux, Déchets & Environnement EDE4 du 18-20 Décembre 2013 Agadir, Maroc
Mécanisme de biosorption des cations Zn(II) par
une biomasse inactive de Streptomyces rimosus
Dr Nadia BOUDRIES
[email protected]
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
1. Introduction
Danger
Rejets de métaux
lourds
Organismes
vivants
environnement
Toxicité
Bioaccumulation
Méthodes conventionnelles
Précipitation
Echange d’ions
Floculation
Traitement des
effluents
métallifères
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 utilisés
Batch, Lit fixe, Lit fluidisé.
Problématique et objectifs
Eaux résiduaires
complexe d’electrolyse de
zinc de ghazaouet +
laveries du complexe
minier Zn-Pb de kharset
youcef et d’El Abed
Traitement des eaux
métallifère par
biosorption sur
résidus de
fermentation
Coproduits du complexe
d’antibiotique de Médéa
Une alternative qui concilie les contraintes techniques et économiques
2. Matériel et Méthodes
2.1 Matériel:
Biomasse inactive prétraitée de streptomyces rimosus: bactérie mycélienne grampositive 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 cation
Les 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
Figure 5: Détermination de ΔH° et de ΔS° de biosorption de Zn(II)
sur la biomasse de S. rimosus
ΔH° = -3.81 Kcal/mole
la faible valeur
ΔS° = -11.86 cal/mole/K
biosorption exothermique,
biosorption physique
désordre relativement faible
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

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