Etude de l’abattement des charges organiques et minérales des eaux chargées de type lixiviats par adsorption sur un composite argile-charbon actif

Study of the removal of organic and mineral loads from leachate-type wastewater by adsorption on a clay-activated carbon composite

• Auteur / Autrice : Taba To'ora Kaga
• Direction : Geneviève Feuillade, Kwamivi Nyonuwosro Segbeaya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Eau, sol, environnement
• Date : Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Limoges en cotutelle avec Université de Lomé (Togo)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Eau Environnement Limoges
• Jury : Président / Présidente : Gnon Baba
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Pallier, Komi Edem Koledzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Younes Abouliatim, Momar Ndiaye
• DOI : 10.70675/2b85cb12z9ad9z43adzbbf7z90ce81c9d29e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Composites

Charbon actif

Argile

Mots clés libres

Matériau composite

Caractérisation

Lixiviat

Clay

Activated carbon

Composite

Characterization

Adsorption

Leachate

Résumé

Alors que la qualité des eaux naturelles et des eaux usées ne fait que susciter de nouvelles questions sur les enjeux et les solutions, ce travail s’inscrit dans cette thématique et a pour objectif de développer un nouveau matériau adsorbant composite. Ce nouveau matériau est préparé à partir d’argiles togolaises et de charbon actif issus des noyaux d’avocats. Il est développé pour l’élimination de la pollution organique et minérale des eaux usées de type lixiviats de déchets ménagers, et son comportement est étudié en batch et en colonne. Parmi les liants testés, le psyllium s’est révélé meilleur en termes de tenue mécanique des grains composites, tout en conservant de bonnes capacités d’adsorption. La caractérisation des matériaux adsorbants a été effectuée au travers de diverses analyses telles que l’analyse élémentaire, la fluorescence X, la diffraction aux rayons X, la spectroscopie infrarouge, la méthode de Boehm, la surface BET, l’observation au microscope électronique à balayage et l’analyse thermogravimétrique thermodifférentielle. Les propriétés adsorbantes des matériaux ont été évaluées par l’étude de l’adsorption du phénol, de l’acide salicylique et de l’abattement de la demande chimique en oxygène de lixiviats stabilisés. Les paramètres choisis comme indicateurs du processus d’adsorption étaient la concentration initiale d’adsorbat, la dose d’adsorbant, le temps de contact. Les résultats ont montré que les cinétiques du modèle du pseudo-second ordre et les isothermes de Freundlich décrivent mieux les processus étudiés justifiant l’existence de liaisons fortes entre les molécules d’adsorbat et les surfaces hétérogènes des matériaux adsorbants, avec des énergies d’adsorption variées. Des essais d’adsorption en colonne ont complété l’étude afin de simuler le comportement du matériau composite en lit filtrant. L’étude s’est faite par l’évaluation des performances d’adsorption de l’acide salicylique sur des grains composites argile – charbon actif fabriqués en laboratoire. Les résultats montrent que ces composites seraient de bons adsorbants pour l’élimination de la charge organique et minérale des eaux fortement polluées. Ce travail demande à être complété pour valider le transfert à l’échelle industrielle.

Quality of natural water and wastewater raises new questions about the issues and the solutions of water treatment. This works aims at developing a new adsorbent material that could answer to a part of new solutions offer for water treatment. This new material is prepared from Togolese clays and activated carbon from avocado. It is developed for the retention of organic and mineral pollution from household waste leachate. Its behavior is studied in batch and in column. Among the binders tested, psyllium proved to be better in term of mechanical strength of the composite grains, while proving efficient adsorption capacities.The characterisation of adsorbent materials was carried out using various analyses such as elemental analysis, X-ray fluorescence, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Boehm's method, BET surface, scanning electron microscope observation and thermogravimetric thermodifferential analysis. The adsorption properties of the materials were evaluated by studying the adsorption of phenol, the adsorption of salicylic acid and the removal of the chemical oxygen demand of stabilized leachates. The parameters chosen as indicators of the adsorption process were the initial concentration of adsorbate, the dose of adsorbent and the contact time. The results showed that the kinetics of the pseudo-second-order model and the Freundlich isotherms better describe the studied processes, justifying the existence of strong bonds between the adsorbate molecules and the heterogeneous surfaces of the adsorbent materials with varying adsorption energies. Column adsorption tests completed the study in order to simulate the behavior of the composite material in a filter bed. The study was carried out by evaluating the adsorption performances of salicylic acid on clay-activated carbon composite grains manufacturated in the laboratory. The results show that these composites would be excellent adsorbents for removal of organic and mineral load from heavily polluted waters. This work needs to be completed to validate the transfer on an industrial scale.