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Etablissement Université de Sétif 1 - Ferhat Abbas Affiliation Département de Biochimie Auteur CHEBLI, Derradji Directeur de thèse Saci Nacef (Professeur) Co-directeur Djafer Benachour (Professeur) Filière Génie Chimique Diplôme Doctorat Titre Traitement des eaux usées industrielles: Dégradation des colorants azoïques par un procédé intégré couplant un procédé d’oxydation avancée et un traitement biologique. Mots clés Pseudomonas fluorescens -l‘élimination des colorants Résumé Ce travail avait pour objectif l‘étude de l‘élimination des colorants azoïques présents dans les effluents d‘industrie du textile et de la tannerie par le couplage d‘un procédé d‘oxydation avancée (POA) utilisé comme prétraitement et un traitement biologique conventionnel. Ainsi, cette recherche a comporté deux volets. Le premier s‘est axé sur la dégradation photocatalytique avec trois types d‘irradiations différentes (UV/TiO2, Visible proche du solaire/TiO2 et Visible/TiO2). Dans chaque cas le photocatalyseur, TiO2, était déposé sur de la cellulose non tissée. L‘objectif de ce prétraitement par photocatalyse était de former des sous-produits moins toxiques et plus biodégradables que le polluant initial. Dans la deuxième partie nous nous sommes intéressés à la dégradation biologique des solutions prétraitées pour compléter l‘épuration de l‘effluent. Deux types de microorganisme ont étés testés, une souche pure Pseudomonas fluorescens et des boues activées. Les études réalisées au cours de ce travail montrent que la photocatalyse est efficace pour le traitement des eaux polluées par des colorants azoïques. La dégradation des colorants azoïques est effectuée par l‘action oxydante des OH● produits dans le milieu à traiter. Ces radicaux hydroxyles sont produit uniquement dans le système UV et visible proche du solaire. Les radicaux hydroxyles sont capables de dégrader la quasi-totalité des polluants organiques persistants à cause de leur pouvoir oxydant très élevé, de leur réactivité et de leur non sélectivité vis-à-vis des substances organiques. Dans le visible, un autre mécanisme qui intervient dans le processus de dégradation, soit uniquement un transfert d‘électrons. La photolyse des colorants étudiés, ORII, BS, AR183 et MRSS a donné de très faibles taux de décoloration après une journée d‘exposition des colorants aux UV. Les travaux réalisés ont permis de montrer que tous les systèmes étudiés (TiO2/UV, TiO2/Vis proche du solaire, TiO2/Vis) conduisent tous à une décoloration suivie d‘une minéralisation plus au moins complète avec des mécanismes de dégradations photocatalytique différents. Les colorants azoïques ayant des ions sulfonates dans leurs structures moléculaires ont des vitesses de décoloration et de minéralisation beaucoup plus rapides que celle ne contenant pas d‘hétéroatomes comme le MRSS. En effet, un abattement de la couleur de 29%, 88%, 91% et 92% et une minéralisation de 9.6%, 62.12%, 68.2%, 72.5% en termes de COT sont obtenus après 5 h d'exposition à l‘irradiation UV respectivement pour le MRSS, AR183, ORII et le BS. La minéralisation va dans le même sens que la décoloration mais avec une vitesse plus faible. Un résiduel en COT dans la solution après une décoloration totale du polluant est Conclusion générale 165 expliqué par la vitesse de clivage de la liaison azoïque qui est plus élevée par rapport à la rupture du noyau benzénique ce qui nécessite un temps plus important pour la minéralisation totale. La DCO évolue dans le même sens que le COT, leur rapport (DCO/COT), permet de rechercher donc les conditions optimales d‘irradiation photocatalytique afin d‘éliminer la toxicité et d‘augmenter la biodégradabilité. Pour une concentration initiale de 100 mg L-1, ce rapport est constant pendant la photocatalyse et égal à 3.54 pour l‘ORII, il est légèrement décroissant pour le MRSS, pour le cas du BS, ce rapport est décroissant au début de la photodégradation et tend à se stabiliser vers la fin. L‘azote de la molécule du colorant azoïque se libère sous forme d‘ions ammonium, nitrate et probablement en azote gazeux. La stoechiométrie n‘est pas atteinte en ce qui concerne l‘azote. La proportion en NH4 + par rapport aux NO3 - est de 8.2, 10, 11 et 14,6 fois plus élevée respectivement pour l‘AR183, ORII, MRSS et BS. D‘autre part, les sulfonates sont transformés en SO4 2-. La quantité de sulfate dosé dans la solution d‘ORII est égale à 78%, pour le BS elle est de 71% et pour l‘AR183 elle est égale à 36 % de la stoechiométrie. Le reste des ions sulfates sont probablement adsorbés sur le média catalytique puisque la surface du photocatalyseur (TiO2) aux pH acides est sous forme  2 TiOH . Les ions chlorures de l‘AR183 n‘ont pas montré d‘adsorption sur le média catalytique, tout le chlore de la molécule est dosé dans la solution irradiée sous forme de chlorures. La vitesse de décoloration de l‘ORII dans le visible proche du solaire/TiO2 est nettement très faible que celle obtenue dans le système UV/TiO2. Le temps de décoloration est passé de 7h dans l‘UV/TiO2 à 100 h dans le visible proche du solaire. La tendance globale de décoloration et de minéralisation est la même dans les deux types d‘irradiations sauf que les vitesses sont nettement très différentes. Les ions NH4 + et NO3 - formés en prétraitement dans le visible proche du solaire/TiO2 La dégradation de l‘ORII dans le visible/TiO2 est possible mais avec des vitesses de décoloration et de déminéralisation beaucoup plus lentes comparées aux systèmes (UV/TiO2, TiO2/Visps). Aucune trace en ions NH4 + n‘a été détectée durant l‘irradiation, les ions NO3 - formés se sont ensuite oxydés après avoir atteint un seuil maximal de 0.24 mg L-1 à 95 heures d‘irradiation (soit 0.72% de la stoechiométrie). Le rapport DCO/COT est légèrement décroissant, donc le couplage avec un procédé biologique est favorable. La concentration en SO4 2- libérée dans la solution est inversement proportionnelle au COT résiduel. Les valeurs trouvées pour les trois systèmes après décoloration complète sont : - 8.12 mg L-1 de SO4 2- et 32.0 % COT pour le système Vis/TiO2 Conclusion générale 166 - 14.2 mg L-1 de SO42- et 23.8% COT pour le système VisPS/TiO2 - 17.9 mg L-1 de SO42- et 18.3% COT pour le système UV/TiO2. Cette constatation permet de dire aussi qu‘il reste une quantité de molécules organiques contenant des sulfonates. Décoloration biologiques La non-biodégradabilité des colorants étudiés est confirmée par la valeur nulle en DBO5 trouvée pour tous les colorants. Le traitement biologique a été appliqué après un prétraitement photocatalytique par les trois systèmes photocatalytiques (TiO2/UV, TiO2/Visible proche du solaire et TiO2/Visible). Apres prétraitement photocatalytique dans l‘UV/TiO2 jusqu‘à décoloration complète des colorants, les valeurs en DBO5 obtenues restent très faibles, soit 2 mgO2L-1 pour l‘ORII. Des rapports DBO5/DCO Date de soutenance 2012 Cote TH773 Pagination 210p Illusatration ill Format C.D Statut Soutenue

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