Thèse soutenue

Production of colloidal biogenic elemental selenium and removal by different coagulation-flocculation approaches
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Auteur / Autrice : Lucian Staicu
Direction : Eric Van Hullebusch
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
Date : Soutenance le 19/12/2014
Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Erasmus Mundus ETeCoS3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géomatériaux et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) - Laboratoire Géomatériaux et Environnement
Jury : Président / Présidente : Stefan Uhlenbrook
Examinateurs / Examinatrices : Eric Van Hullebusch, Piet N. L. Lens, Giovanni Esposito
Rapporteurs / Rapporteuses : Erkan Sahinkaya, Paul Mason

Résumé

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Le sélénium (Se) est un élément chalcogène avec un domaine de concentration étroit entre essentialité et toxicité. La toxicité est principalement liée à la spéciation chimique du Se qui évolue en fonction des conditions redox du milieu. Les formes oxyanioniques de Se, le sélénite (Se [IV], SeO32-) et le séléniate (Se [VI], SeO42-), sont solubles dans l'eau, biodisponibles et toxiques. En revanche, le sélénium élémentaire, Se(0), est insoluble et moins toxique. Néanmoins, les nanoparticules du Se(0) sont potentiellement dangereuses pour certains groupes des mollusques (comme les bivalves) et aussi pour les poissons. En outre, lorsque le Se(0) est rejeté dans les écosystèmes aquatiques, sa ré-oxydation jusqu'au sélénite et séléniate peut se produire. Le sélénium élémentaire d'origine biogénique Se(0) a été produit par la réduction de SeO42- dans des conditions anaérobies en utilisant un inoculum microbien mixte (boues granulaires) et par la réduction de SeO32- dans des conditions aérobies en utilisant une culture bactérienne pure (une nouvelle souche de Pseudomonas moraviensis identifiée et caractérisée pour la première fois dans cette thèse). Les deux types de Se(0) ont montré une forte stabilité colloïdale dans l'écart de pH variant de 2 à 12. La stabilité colloïdale est due à la charge négative (-15 mV à -30 mV) de la couche de biopolymère qui entoure Se(0) et à la taille nanométrique des particules de Se(0). La taille des particules de Se(0) produite par la boue anaérobie granulaire se situait entre 50 et 300 nm, avec une taille moyenne de 166 nm. A l'inverse, les nanoparticules de Se(0) produites par Pseudomonas moraviensis stanleyae sont caractérisées par un diamètre plus faible (~ 100 nm).Compte tenu des risques pour l'environnement engendrés par le relargage du Se(0) biogénique, des mesures appropriées doivent être mises en œuvre pour la séparation solide-liquide en utilisant une technologie efficace. Le potentiel de séparation solide-liquide de Se(0) généré a été évaluée par centrifugation, filtration, coagulation-floculation et électrocoagulation. Alors que toutes les approches présentent des rendements de séparation de Se(0) variables, l'électrocoagulation en utilisant des électrodes sacrificielles de fer a montré l'efficacité d'élimination le plus élevée (97%)