| Titre : | Effet de la présence des sels métalliques sur l’élimination des composés organiques azotés par des procédés physico-chimiques. Incidence de la minéralisation |
| Auteurs : | Ghecham, Fatima zohra, Auteur ; Saadia Guergazi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2019 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | caféine,histidine,adsorption,coagulation –floculation,sels métalliques,minéralisation |
| Résumé : |
Notre travail de recherche consiste à étudier l’élimination de deux composés organiques
hétérocycliques par deux méthodes distinctes, l’adsorption sur charbon actif en poudre et en grains et la coagulation floculation au sulfate d’aluminium afin d’optimiser leurs rendements d’élimination dans des milieux de minéralisation variable. Différents paramètres réactionnel sont été étudiés. Les résultats obtenus ont bien enregistré quele procédé d’adsorption présente de bons rendements d’élimination de la caféine et de l’histidine qui dépassent les 50%, aussi bien sur charbon actif en poudre que celui en grains. Ces rendements sont couronnés d’une part par une prépondérance du charbon actif en poudre et l’eau de Guedila, d’autre part par un temps d’équilibre assez long dépassant les 60 minutes. L’étude de la cinétique a montré que le modèle pseudo-deuxième ordre a bien enregistré que la quantité adsorbée obtenue expérimentalement est en concordance étroite avec celle obtenue théoriquement. De même, la diffusion intra-particulaire a marqué la présence de deux étapes une rapide suivie par une autre lente. Une très bonne élimination de la caféine et de l’histidine a été observée dans la gamme de pH allant de 2 à 6.La capacité de rétention de l’adsorbant augmente au fur et à mesure avec l’augmentation de la teneur initiale aussi bien pour la caféine que celle de l’histidine que ce soit pour le charbon actif en poudre ou en grains jusqu’à 10 mg/l indiquant une affinité relativement élevée entre l’adsorbat et l’adsorbant, puis une diminution plus au moins importante est établie. Le phénomène d’adsorption est rentable pour des concentrations en adsorbant allant de 0,4 à 1 g que ce soit pour le charbon actif en poudre ou en grains.Les modèles de Langmuir et de Freundlich ont confirméque la caféine et l’histidine obéissent à un phénomène d’adsorption. Dans le même contexte, les résultats obtenus au cours de l’élimination de 10 mg/l de caféine et de l’histidine par coagulation-floculation ont bien montré que les bons rendements sont obtenus en eau de Guedilapour une dose optimale du sulfate d’aluminium de 8 mg/l et 6 mg/l respectivement pour la caféine et l’histidine.Les pH du traitement optimaux sont situés entre 2 et 6, dans cette gamme les espèces hydrolysées prépondérantes de l’aluminium seraient des complexes solubles cationiques qui pourraient conditionner les mécanismes de la coagulation-floculation.L’étude de la variation de la teneur initiale en caféine ou en histidine a abouti à une diminution de l’efficacité du traitement avec l'accroissement de la teneur en caféine ou en histidine.L’utilisation du charbon actif en poudre comme adjuvant améliore les rendements d’élimination de la caféine et de l’histidine aussi bien en eau distillée qu’en eaux minéralisées. L’étude comparative entre le procédé d’adsorption et de la coagulation floculation a bien marqué que la combinaison des deux procédés est plus efficace pour l’élimination de la caféine et de l’histidine. L’utilisation des sels métalliques tels que le fer, le manganèse et le zinc ont marqué une très bonne amélioration pour l’élimination de la caféine et de l’histidine par adsorption sur charbon actif en poudre et en grains en comparaison avec le procédé de la coagulation floculation. |
| Sommaire : |
Sommaire
Introduction générale……………………………………………………………... 1 Références bibliographiques……………………………………………………… 4 Partie I Etude Bibliographique Etat de connaissance sur les composés organiques azotés et Chapitre 1 les sels métalliques dans les eaux naturelles 1-1Introduction…………………………………………………………………… 5 1.2Principales fractions des substances organiques ………………………………... 6 1.2.1Substances humiques ………………………………………………………. 6 1.2.2Acides aminés ………………………………………………………………… 9 1.2.2.1Définition………………………………………………………………….. 9 1.2.2.2Classification des acides aminés selon la polarité de la chaine latérale R à pH neutre………………………………………………………………………………. 13 1.2.2.3Propriétés physico chimiques des acides aminés ……………………………… 13 A-Solubilité………………………………………………………………………… 13 B-Propriétés ioniques (ou Propriétés acido basique des acides aminés……………... 14 1.2.2.4Propriétés spectrales et absorption de la lumière…………………………. 15 1.2.2.5 Méthodes d’étude des Acides aminés …………………………………….... 15 L'histidine……………………………………………………………… 15 1.2.3 Bases azotées ……………………………………………………………… 17 1.2.3.1 bases modifiées dans l'ADN ou l'ARN…………………………………….. 18 1.2.3.2Dérivés des bases …………………………………………………………. 18 1.2.3.3Structure des nucléosides et nucléotides…………………………………… 19 1.2.3.4propriétés physicochimiques des bases puriques et pyrimidiques…………… 20 Caféine……………………………………………………………………… 20 1.3Sources de pollution et comportements des sels métalliques avec les composés organiques …………………………………………………………………………. 21 1.3.1Sels métalliques bénéfiques ………………………………………………… 22 1.3.2Origine et présence dans l’environnement ………………………………….. 22 1.3.3Impact des sels métalliques sur l’environnement…………………………. 22 1.3.4Eléments traces métalliques …………………………………………………. 24 1.3.4.1Fer …………………………………………………………………….. 24 a-Présence de fer dans l’eau……………………………………………………….. 24 b-Prévention du risque lié au fer …………………………………………….. 25 c-Technique d’élimination du fer des eaux de consommation ……………….. 25 1.3.4.2 Manganèse………………………………………………………………… 27 a-Présence de Manganèse dans l’eau ……………………………………………… 27 b-Prévention du risque lié au Manganèse………………………………………… 28 c-Technique d’élimination du Manganèse des eaux de consommation …………. 29 Oxydation chimique par le permanganate de potassium ………………. 29 Oxydation catalytique sur dioxyde de manganèse naturel ……………… 30 Démanganisation biologique …………………………………… 30 1.3.4.3Zinc………………………………………………………………………….. 31 a-Présence de zinc dans l’eau ……………………………………………………… 31 b-Prévention du risque lié au zinc………………………………………………… 31 c-Technique d’élimination du Zn des eaux de consommation …………………… 32 Technique d’adsorption…………………………………………………. 32 Autres techniques d’élimination du zinc………………………………… 32 1.4. Conclusion…………………………………………………………………. 32 Références bibliographiques……………………………………………………… 34 Partie I Théorie du procédé d’adsorption de la matière organique Chapitre 2 2.1. Introduction ................................................................................................. 38 2.2. Définition ……………………………………………………………………… 38 2.3. Types d’adsorption…………………………………………………………… 40 2.3.1. Adsorption physique……………………………………………………….. 40 2.3.2. Adsorption chimique ou chimisorption………………………………………. 40 2.4. Cinétique et isothermes d'adsorption………………………………………….. 41 2.4.1. Cinétique d'adsorption……………………………………………………….. 41 2.4.2. Modèles cinétiques d'adsorption…………………………………………… 42 Modèle cinétique du pseudo-premier ordre (modèle Lagrangien…………. 42 Modèle cinétique du pseudo-second ordre ………........................................ 43 Modèle de diffusion intraparticulaire……………………………………….. 44 2.4.3. Facteurs influençant la cinétique d'adsorption ……………………………….. 46 2.4.4. Isothermes d'adsorption……………………………………………………… 46 2.4.5. Modélisation des équilibres isothermes d'adsorption……………………….. 48 Isotherme de Langmuir …………………………………………………… 49 Isotherme de Freundlich……………………………………………………. 50 2.5. Principaux adsorbants mis en œuvre ……………………………………… 51 2.5.1. Caractère et propriétés d'un adsorbant……………………………………….. 51 2.5.2. Charbons actifs …………………………………………………………….. 52 2.5.2.1. Production du charbon actif………………………………………………… 54 2.5.2.2. Texture du charbon actif ………………………………………………….. 55 2.5.2.3. Structure chimique du charbon actif ……………………………………….. 56 2.5.2.4. Caractère acide ou basique d’un charbon actif …………………………. … 56 2.6. Domaine d’utilisation du charbon actif ………………………………………... 57 2.7. Travaux réalisés sur l’élimination des composés organiques………………… 58 2.7.1 Composés organiques complexes (Substances Humiques) ………………… 58 2.7.2 Composées organiques hétérocycliques ………………………………….. 60 2.8. Conclusion …………………………………………………………………….. 63 Références bibliographiques……………………………………………………… 64 Théorie du procédé de la coagulation floculation de la matière organique Chapitre 3 3.1. Introduction ………………………………………………………………….. 71 3.2. Généralités sur la coagulation -floculation ……………………………………. 71 3.2.1. Définition…………………………………………………………………. 71 3.2.2. Mécanismes de la coagulation floculation …………………………………… 73 3.2.3. Ajout de coagulant ………………………………………………………… 74 3.2.4. Etapes de l’agrégation………………………………………………………. 76 3.2.5. Choix du coagulant ………………………………………………………… 77 3.2.6. Les coagulants et les floculant chimiques…………………………………… 77 3.2.7. Les coagulants de type sels métalliques…………………………………… 77 3.2.8. Mise en œuvre ................................................................................................. 81 3.2.9. Méthode actuellement utilisée sur le procédé de coagulation………………. 82 3.2.10. Les travaux réalisés sur l’élimination des composés organiques ………… 83 3.2.10.1. Composés organiques complexes (substances humiques)……………… 83 3.2.10.2 Composées organiques simples………………………………………… 86 3.2.10. 3 Effet de la minéralisation sur l’élimination des composés organiques par coagulation-floculation……………………………………………………………. 88 3.3. Conclusion …………………………………………………………………… 92 RéférPartie II : Partie expérimentale Protocole expérimentale Chapitre 1 11. Introduction…………………………………………………………………… 97 1.2. Préparation des réactifs……………………………………………………. 97 1.2.1 Préparation des solutions de composés organiques………………………….. 97 1.2.2Préparation des solutions des sels métalliques testés ………………………… 97 1.2.3Caractéristiques générales des composés organiques azotés testés………… 98 1.2.3.1 Caféine ………………………………………………………………….. 98 1.2.3.2 Propriétés physico-chimiques de la caféine…………………………….. 98 1.2.3.3 Histidine …………………………………………………………………… 99 1.2.4 Milieux de dilution ………………………………………………………… 100 1.2.5 Chimismes des eaux testées selon le diagramme de Piper ……………… 101 1.3Méthodes de dosage…………………………………………………………. 102 1.3.1Dosage de l’histidine et la caféine ……………………………………….. 102 1.3.2Dosage physico-chimique des eaux utilisées ………………………………… 103 1.4 Essais d’adsorption et de la coagulation-floculation………………………… 105 1.4.1 Caractéristiques de l’adsorbant et du coagulant utilisés……………………… 105 1.4.2 Description des essais d’adsorption ………………………………………….. 106 1.4.3 Description des essais de coagulation ………………………………………. 106 1.5 Conclusion……………………………………………………………………. 107 Références bibliographiques…………………………………………………….. 109 Adsorption de l’histidine et la caféine Chapitre 2 2 .1. Introduction…………………………………………………………………... 110 2.2 Résultats et discussion…………………………………………………………. 110 2.2.1. Cinétique des essais d’adsorption de la caféine et de l’histidine dans différents milieux de dilutions…………………………………………………… 110 2.2.2. Etude de la cinétique…………………………………………………………. 115 2.2.2.1. Etape dite de « réaction de surface »…………………………………… 116 Modèle cinétique du pseudo-premier ordre …………………………………. 116 Modèle cinétique du pseudo-second ordre …………………………………. 119 2.2.2.2Etape dite de « diffusion intra-particulaire »………………………….. 122 2.2.3. Influence du pH sur l’adsorption de l’histidine et la caféine dans les différents milieux de dilution………………………………………………. 128 2.2.4. Influence de la variation de la masse du charbon actif sur l’adsorption de l’histidine et la caféine dans les différents milieux de dilution……………….. 132 2.2.5. Etude des isothermes d’adsorption…………………………………… 134 2.2.5.1. Type d’adsorption …………………………………………………… 134 2.2.5.2. Application des modèles de l’isotherme d’adsorption de Langmuir ou de Freundlich…………………………………………………………………………. 138 2.2.6. Influence de la variation de la teneur initiale des composés organiques azotés testés……………………………………………………………………………….. 145 2.3. Conclusion………………………………………………………………… 148 Références bibliographiques…………………………………………………… 149 Influence de la coagulation-floculation sur l’élimination des composés organiques azotés dans différents milieux de dilution 3.1 Introduction…………………………………………………………………….. 152 3.2 Les conditions d’agitation sur le procédé de la coagulation floculation dans les différents milieux de dilution…………………………………………………….. 152 3.2.1 Influence de la vitesse d’agitation lente sur le procédé de la coagulation floculation………………………………………………………………………. 152 3.2.2 Influence du temps d’agitation lent sur le procédé de la coagulation floculation…………………………………………………………………………... 154 3.3Essai de coagulation floculation de la caféine ou de l’histidine dans les différents milieux de dilution ……………………………………………………………… 156 3.3.1 Influence de la dose de coagulant………………………………………… 156 3.3.2Influence du pH sur l’élimination de la caféine ou de l’histidine par coagulation-floculation…………………………………………………………. 162 3.3.3Influence de la concentration initiale de la caféine ou de l’histidine ………. 165 3.3.4Influence de la variation du CAP sur l’élimination de l’histidine ou la caféine par coagulation floculation en eau minéralisés…………………………………….. 168 3.4 Comparaison entre l’élimination de la caféine et de l’histidine par adsorption et 170 par coagulation floculation………………………………………………………… 3.5. Conclusion…………………………………………………………………… 174 Références bibliographiques…………………………………………………….. 176 Effet des sels métalliques sur l’élimination de la caféine et de l’histidine par adsorption et coagulation floculation 4.1. Introduction……………………………………………………………………. 178 4.2. Effet des sels métalliques sur l’élimination de la caféine et de l’histidine par adsorption sur charbon actif………………………………………………….. 178 4.2.1. Effet de la variation des sels métalliques (fer, manganèse et zinc) sur l’élimination de la caféine par adsorption sur charbon actif dans différents milieux de dilution………………………………………………………………………. 178 4.2.2. Effet du pH de traitement sur l’élimination de l’histidine et la caféine en présence des sels métalliques sur charbon actif…………………………………. 185 4.2.3. Effet de la variation du charbon actif sur le rendement d’élimination de l’histidine et la caféine en présence des sels métalliques ………………………….. 188 4.3 Effet des sels métalliques sur l’élimination de la caféine et de l’histidine par coagulation-floculation………………………………………………………. 192 4.3.1. Effet de la variation des sels métalliques (fer, manganèse et zinc) sur l’élimination de la caféine par coagulation floculation dans différents milieux de dilution……………………………………………………………………………. 192 4.3.2 Effet de la variation du charbon actif en poudre sur l’élimination de la caféine ou de l’histidine par coagulation floculation en présence des sels métalliques dans les différents milieux de dilution ………………… 202 4.3.3 Effet de la variation du pH sur l’élimination de la caféine ou de l’histidine par coagulation floculation en présence des sels métalliques dans les différents milieux de dilution …………………………………………………………………….. 207 4.4 Conclusion………………………………………………………………….. 210 Références bibliographiques………………………………………………… 211 Conclusion générale……………………………………………………. |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0942 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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