Дисертації з теми "Charbon actif – Déchets – Élimination"

Les charbons actifs sont des agents filtrants performants qui permettent de reduire de maniere considerable la pollution. Pour des raisons economiques, il apparait indispensable de les recycler pour les reutiliser. Le but de ce travail est de presenter leur regeneration par induction electromagnetique. Apres une etude des differentes applications du chauffage par induction et des caracteristiques de cette technique, on s'est interesse aux phenomenes mis en jeu dans l'utilisation du charbon actif, a savoir l'adsorption et la desorption. L'analyse des methodes de regeneration existantes et des proprietes du chauffage par induction nous a conduit a etudier le couplage des deux. On s'est d'abord interesse au chauffage de deux types de charbon actif vierge. La distribution de la temperature au sein des deux lits nous a oriente vers le choix de l'adsorbant presentant la granulometrie la plus importante. Ce choix a ete confirme par l'etude de lits satures avec une solution d'ethanol. L'influence de la presence d'un gaz vecteur sur la qualite de la regeneration n'a pas reellement ete prouvee. L'interet de ce procede ayant ete apprehende, on s'est interesse a l'etude de plusieurs cycles d'adsorption/desorption afin d'evaluer le vieillissement du lit. Les resultats obtenus pour des solutions d'ethanol de differentes concentrations ont ete satisfaisants. La necessite de tester la methode sur un produit plus difficilement desorbable nous a conduit a etudier le cas de la cyclohexanone. Les conclusions de ces experiences ont corrobore celles de l'ethanol. On a ensuite etabli un bilan energetique et calcule les rendements correspondants. Les valeurs de ces derniers se sont revelees tout a fait encourageantes. Cette etude a enfin permis de realiser le dimensionnement d'une installation de regeneration de charbon actif par induction electromagnetique de taille industrielle

Cette recherche est consacrée à l'étude des moyens de définir des procédés de stabilisation/solidification de déchets industriels spécifiques. Les déchets étudiés sont un catalyseur usé contenant du vanadium V(V) et un charbon actif pollué par de l'iode. Nous montrons que la capacité d'absorption d'eau liée à la porosité du déchet est le facteur prépondérant pour la mise au point du traitement; le choix du liant adéquat pour ce traitement étant suggéré par les résultats du comportement à la lixiviation du déchet brut. Un procédé de traitement exploitant un liant hydraulique et un protocole mettant en œuvre un liant bitumineux sont mis au point puis testés. Dans les deux cas, il apparaît que les caractéristiques physico-chimiques du liant et les conditions du mélange déchet-liant ont une influence déterminante sur l'efficacité du traitement. Ainsi nous observons que la solubilité des déchets bruts dans les lixiviats du liant hydraulique est liée à l'efficacité de ce dernier à stabiliser chimiquement. Dans le cas du liant bitumineux, le caractère prépondérant vis-à-vis du traitement est sa viscosité. Le protocole de mélange déchet-liant hydraulique, repose sur un ordre précis d’incorporation des constituants et sur le respect d'un rapport de proportions que nous définissons. Le processus de mélange déchet-liant bitumineux s'avère surtout dépendant de la température d'ouvrabilité et du temps de séjour à cette température. Nous proposons une formule empirique qui permet d'évaluer ce dernier. Après traitement des deux déchets, il apparaît que le vanadium bien que réduit en V(IV) par le liant bitumineux n'est pas plus stable ; le liant hydraulique, en intégrant le vanadium dans ses hydrates, est le plus efficace à traiter le catalyseur. L'iode n'est stabilisé chimiquement par aucun de ces liants cependant le liant bitumineux en assurant une plus grande rétention physique constitue le meilleur traitement pour le charbon. Cette méthodologie qui repose sur la relation déchet-liant fournit des résultats acceptables du point de vue de la stabilisation/solidification par les deux liants. Elle ouvre des perspectives intéressantes compte tenu du nombre de liants hydrauliques et bitumineux existants
This research is devoted to the analysis of means used to define stabilization/solidification processes of specific industrial wastes. The selected wastes are a used catalyst containing vanadium V(V) and an activated charcoal polluted by iodine. We have shown that the water absorption capability, which is linked to the waste porosity, is the key factor of a treatment; the choice of the adequate binder for this treatment is suggested by the behavior of the bulk waste during leaching. Two treatment processes, one based on hydraulic binder stabilization and the other based on bitumen stabilization, are developed and tested. In both cases, it appears that the physical and chemical properties of the binder and the mixing of the waste and the binder determine the efficiency of the treatment. Thus we observed that the effectiveness of the hydraulic binder to chemically stabilize the bulk waste is linked to the waste solubility level in the binder leachates. Regarding bitumen, it appears that the treatment efficiency mainly depends on bitumen viscosity. The waste/hydraulic binder mixing process is based on a selected order of constituents’ incorporation and on selected proportions ratio. The waste/bitumen mixing process proved to depend on two parameters: the workability temperature and the residence time at this temperature We propose an empirical model that allows to evaluate the latter. After treatment of the two wastes using both processes, it appeared that although vanadium is reduced in V(IV) by bitumen, it is not more stable. By incorporating vanadium in its hydrates, the hydraulic binder chemically stabilizes the waste. It is therefore more efficient to treat the catalyst. Iodine is not chemically stabilized by these binders. However, by ensuring a greatest physical retention, the bitumen-based process constitutes the best approach for charcoal treatment. This methodology, based on the link between waste and binder, provides acceptable results on the viewpoint of the stabilization/solidification by two different binders. It opens interesting perspectives considering the number of existing hydraulic binders and bitumen

L'elimination de sulfure d'hydrogene et de mercaptans par adsorption et oxydation catalytique sur charbons actifs a ete etudiee dans le cadre du traitement des emissions industrielles. Cette etude comprend trois parties: adsorption et oxydation catalytique de sulfure d'hydrogene, puis de mercaptans (methylmercaptan) et enfin adsorption et oxydation catalytique des deux composes sur charbons actifs modifies. La capacite d'adsorption du sulfure d'hydrogene sur charbons actifs est tres limitee. L'oxydation catalytique de ce compose devient importante a partir de 160c. Elle conduit au soufre elementaire et au dioxyde de soufre. La selectivite de la reaction depend de la temperature et de la pression partielle de l'oxygene. Il est donc possible d'optimiser les conditions de reaction de facon a minimiser la production du dioxyde de soufre. Un tel procede peut fonctionner efficacement aux alentours de 200c. La capacite d'adsorption du methylmercaptan est nettement plus elevee. Son oxydation catalytique commence a des temperatures tres basses et devient predominante a partir de 110c. Le produit de la reaction est essentiellement du dimethyldisulfure jusqu'a 240c et la pression partielle de l'oxygene n'a pas d'influence sur la selectivite. Le procede le mieux adapte a l'elimination de mercaptans est donc l'adsorption. Les modifications de charbons actifs par oxydations en phase liquide ameliorent dans certains cas la capacite d'adsorption ou l'activite catalytique des charbons mais peuvent entrainer egalement une degradation de leur structure. Le traitement par le permanganate de potassium introduit dans les charbons du dioxyde de manganese qui presente des proprietes interessantes pour l'adsorption des deux sulfures

Cette étude a été réalisée afin de déterminer les conditions optimales de synthèse decharbons actifs (CAs) dérivés de Sargassum (sp) qui constitue une algue invasive et dela coque de galba (Galaba calophilum L.) generée après l’extraction de l’huile cosmétique.Les charbons actifs sont utilisés pour une adsorption efficace des résidus polluants telsque la caféine (Caf), la tétracycline (Tc), la pénicilline (Pen), l’érythromycine (Ery) etle bleu de méthylène (BM). La préparation des CAs a été effectuée en suivant un pland’optimisation de Doehlert à trois facteurs et deux niveaux (la température de pyrolyse, lerapport de masse entre l’agent activant et le précurseur et le temps de pyrolyse) suivis dela méthodologie de surface de réponse. Ensuite les CAs donnant les adsorptions optimalessont utilisés pour préparer un support catalytique à base d’oxyde de fer par différentesméthodes d’imprégnation. L’étude de l’effet catalytique des charbons magnétiques (CAM)a été réalisée pour la dégradation de l’acide para chlorobenzoïque (pCBA) et la stabilitédes matériaux après plusieurs cycles d’utilisation a été testée. La dégradation des antiobiotiques après saturation des CAM sous ozone a été évaluée.Les CAs obtenus ont été caractérisés en utilisant différentes techniques, l’analyse thermogravimétrique, la chimie de surface à savoir le pHpzc et l’acidité/basicité des groupesde surfaces par la méthode de Boehm, la spectroscopie de photoélectron X, l’infrarougeà transformée de Fourier et la diffraction des rayons X, les propriétés texturales ont étédéterminées par la mesure de l’adsorption/désorption d’azote, la microscopie éléctroniqueà balayage.Les capacités d’adsorption ont atteint des valeurs de 329, 579, 150 et 223 mg g-1 sur le CAoptimisé à base de sargasse et de 384, 607, 249, 314 mg g-1 sur le CA optimisé à base degalba pour Caf, Tc, Pen et BM, respectivement. Les mesures d’adsorption sur les CAMont permis de sélectionner les meilleurs matériaux pour tester les procédés d’oxydation.Il est démontré que le processus d’oxydation avancée utilisant l’ozonation couplée avecles CAs comme support catalytique est efficace pour l’élimination des polluants avec unpourcentage d’élimination supérieur à 96 % pour l’Ery, et supérieur à 99 % pour la Penet la Tc. Ces études ont montré une très grande stabilité de certains CAM même aprèsplusieurs cycles d’utilisation à la fois pour l’adsorption et la dégradation des polluants
This study was carried out in order to determine the optimal conditions for synthesisof activated carbons (ACs) derived from Sargassum (sp), which is an invasive alga, andfrom cockle of galba (Galaba calophilum L.) generated after extraction of cosmetic oil.Activated carbons are used for efficient adsorption of pollutant residues such as caffeine(Caf), tetracycline (Tc), penicillin (Pen), erythromycin (Ery) and methylene blue (MB).The preparation of the CAs was performed following a three-factor, two-level Doehlertoptimisation design (pyrolysis temperature, mass ratio of activating agent to precursorand pyrolysis time) followed by response surface methodology. Then ACs giving optimaladsorptions are used to prepare an iron oxide catalytic support by different impregnationmethods. Catalytic effect of magnetic carbons (MAC) was studied for degradation of parachlorobenzoic acid (pCBA) and stability of materials after several cycles of use was tested.Degradation of antiobiotics after saturation of the MAC under ozone was evaluated.The obtained MAC were characterised using different techniques, thermogravimetric analysis, surface chemistry namely pHpzc and acidity/base of surface groups by Boehmmethod, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared and X-ray diffraction, textural properties were determined by nitrogen adsorption/desorption measurement,scanning electron microscopy.Adsorption capacities were found to be 329, 579, 150 and 223 mg g-1 on the optimisedsargassum-based AC and 384, 607, 249, 314 mg g-1 on the optimised galba-based AC forCaf, Tc, Pen and MB, respectively. Adsorption measurements on MAC allowed selection ofthe optimum materials for testing the oxidation processes. It is shown that the advancedoxidation process using ozonation coupled with ACs as a catalytic support is effective forthe removal of pollutants with a percentage removal of over 96 % for Ery, and over 99 %for Pen and Tc. These studies have shown a very high stability of some MAC even afterseveral cycles of use for both adsorption and degradation of pollutants

Le respect des normes de rejets aqueux industriels imposées par la directive cadre sur l’eau (échéances en 2021) concernant les micropolluants, et notamment les phtalates, nécessite la mise au point de procédés de traitement innovants. L’étude du procédé basé sur le couplage ozone/charbon actif a ainsi été effectuée. Après la détermination des propriétés chimiques et texturales des charbons actifs testés, l’efficacité de ce couplage pour l’élimination des phtalates a été éprouvée selon plusieurs critères : cinétique d’élimination des polluants cibles, évolution de la minéralisation et de la toxicité au cours du traitement. La comparaison des résultats obtenus avec ceux de méthodes classiques (ozonation et adsorption seules) a mis en évidence le fort potentiel du couplage ozone/charbon actif, qui permet d’obtenir une élimination rapide des polluants ainsi qu’une minéralisation et une détoxification avancées dans toutes les conditions expérimentales testées. Ce couplage c’est aussi révélé efficace lors du traitement de matrices plus complexes, telle qu’une eau de sortie de station d’épuration. En outre, cette étude a permis de déterminer les propriétés chimiques et texturales du charbon actif favorisant ce procédé. Il a aussi été montré que ce matériau joue un rôle d’initiateur et de promoteur de radicaux libres (les réactions sont très majoritairement de nature radicalaire) ainsi que de support réactionnel. Enfin, cette étude a montré qu’une régénération in situ du matériau, économiquement très intéressante, pourrait être obtenue au cours du traitement
In order to comply with the standards governing the discharge of industrial effluents (Water Framework Directive, target date 2021) concerning micropollutants, in particular phthalates, innovative wastewater treatment processes have to be used. The present research addresses this issue through a study of ozone/activated carbon coupling. After determining the textural and chemical properties of several activated carbons, the efficiency of this coupling for the removal of phthalates was tested according to the following criteria: degradation kinetics of the target pollutants and evolution of both toxicity and mineralization during the process. Compared to the classical methods (ozonation or adsorption used separately), coupling proved to be highly efficient. It enables the fast removal of pollutants with a significant decrease in mineralization and toxicity. Coupling also proved to be efficient for the treatment of more complex matrices such as municipal wastewater treatment outflow. Moreover, the activated carbon properties which favour the process have also been determined. It is shown that, in this coupling, the material acts as a radical initiator and promoter (the reactions are mainly radical in nature) and as a reaction support. Lastly, the study also shows that in situ regeneration of the activated carbon, which would be economically attractive, could be achieved during the process

Le traitement thermique de déchets industriels dangereux à forte teneur en soufre peut engendrer des difficultés de conduite des installations d'incinération du fait des brusques variations de charges en soufre. Ce travail de thèse a pour objectif l'optimisation de la formation d'espèces minérales soufrées stables à haute température lors de l'incinération de déchets dangereux. Les mécanismes de décomposition thermique de deux déchets (le Mancozeb et un charbon actif soufré) sous air et sous azote ont dans un premier temps été élucidés en thermogravimétrie. La connaissance des espèces soufrées émises en fonction de la température lors de la décomposition thermique a permis la sélection de composés minéraux dits "piégeants" pour capter le soufre sous forme solide. Des modélisations thermodynamiques par minimisation de l'enthalpie libre du système ainsi que des essais en four à moufle ont pour cela été conduits. Les conditions de piégeage du soufre par la chaux ont par la suite été optimisées dans un four horizontal de laboratoire. Pour chacun des deux déchets, la formation et la conservation au cours du temps d'espèces réductrices au sein du lit de déchet permet de piéger le soufre sous forme de sulfure de calcium à 1100 °C sous air. Des essais dans un pilote de laboratoire équipé d'un four à grille ont permis de confirmer les résultats obtenus au laboratoire et ont produit suffisamment de résidus pour soumettre le mâchefer contenant les sulfures à des tests de lixiviation selon la norme NF-EN 12457-2. Ils révèlent que le mâchefer produit est admissible en centre de stockage de déchet ultime de classe 1 conformément à la réglementation en vigueur
Thermal treatment of dangerous wastes with high sulfur contents may lead to difficulties in thermal treatment unit control because of strong variation in sulfur contents. This work aims at favoring the in-situ formation of high temperature stable minerals in which sulfur is trapped. Thermal decomposition mechanism of two dangerous wastes (Mancozeb and a soiled activated carbon) have been investigated under both air and nitrogen atmosphere through thermogravimetric analysis. Knowing the temperature of gaseous emissions and the speciation of emitted sulfur compounds, made it possible to simulate the reactivity of sulfur with several calcium based products using the Enthalpy minimization model. Tests were then performed in a horizontal laboratory furnace to optimize the formation of sulfur minerals from lime and wastes, at 1100°C under air atmosphere. The occurrence of reducing conditions in some parts of the load leads to the formation of calcium sulfide, stable provided the reducing conditions are kept locally. Upscale tests were then performed in a grid furnace and confirmed the obtained at laboratory scale : sulfur is trapped by lime in calcium sulfide only in default of oxygen. The obtained sulfide containing residues were submitted to standardized leaching test NF-EN 12457-2. These residues respect the prevailing regulations concerning its admission in dangerous ultimate wastes storage center

Lors du processus d'incinération de déchets, les polluants gazeux présents dans les fumées tels que l'acide chlorhydrique et le mercure doivent être éliminés avant d'être rejetés dans le milieu extérieur. Une étude menée sur les fumées d'usines d'incinération de déchets ménagers (température des fumées : 200-250°C) ou de déchets industriels spéciaux (t = 350-400°C), teste quatre réactifs alcalins dans deux procédés de traitement des fumées par voie semi-humide, en vue de neutraliser l'acide chlorhydrique. Les réactifs sont la chaux hydratée, la soude, le bicarbonate et le carbonate de sodium. Les solutions alcalines, pulvérisées en fines gouttes, absorbent et neutralisent ainsi HCl, conduisant à la formation d'un résidu solide. En parallèle a ce travail, une étude de l'adsorption du mercure gazeux sur un charbon actif à base de noix de coco est réalisée sur un réacteur pilote a lit fixe. La fumée d'incinération prélevée (débit 2000 l/h) passe dans le dispositif à des températures variant entre 150 et 200°C. Différentes durées d'exposition sont testées pour déterminer la saturation du charbon actif par le mercure. Un modèle d'évaporation et un modèle d'absorption de HCl sont appliqués et représentent de façon satisfaisante les évolutions expérimentales des taux d'absorption de HCl en fonction du débit du liquide ou du facteur stœchiométrique. Un modèle d'adsorption du mercure par le charbon actif est appliqué pour la détermination du coefficient de transfert global et de la constante d'équilibre d'adsorption.

La présence de micropolluants à l’entrée des opérations d’épuration d’effluents industriels induit des problèmes au cours du traitement par des procédés biologiques, certaines molécules n’étant pas nécessairement biodégradées. Les substances prioritaires les moins volatiles sont aussi les plus hydrophobes (ex : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et ont tendance à s’adsorber majoritairement sur les matières organiques et les boues. A l’inverse, les molécules moins hydrophobes mais très volatiles comme les Benzène, Toluène, Ethylbenzène et p-Xylène ont une forte propension à être transférées dans l’atmosphère lors des phases d’aération. Dans le projet ANR HYBIOX « Procédés biologiques hybrides pour l’amélioration de la dégradation de xénobiotiques », il s’agit d’évaluer des bioréacteurs hybrides reposant sur l’addition de supports mobiles et adsorbants dans des procédés à boues activées de manière à mieux fixer ces polluants et à faire co-exister flocs et biofilms au sein du même réacteur. Le couplage entre les phénomènes physico-chimiques et biologiques a été étudié dans un réacteur séquencé. La modélisation de ces phénomènes permet de tester des hypothèses, de prévoir les conditions opératoires optimales pour appréhender un processus, et aide à l’interprétation de résultats. Un modèle d’adsorption sur support hétérogène, développé sous Matlab® et un modèle intégrant le couplage des phénomènes en dynamique, développé sous Aquasim® ont été étudiés. Les simulations réalisées concordent avec les résultats expérimentaux et permettent de conclure que les mécanismes d’élimination abiotiques jouent un rôle très important dans les « performances épuratoires » du procédé de traitement biologique aérobie. Les transferts de BTEX de la phase liquide vers le compartiment gazeux sont significatifs (>99% en 2 heures) et les quantités d’HAPs détectées dans la fraction solide sont importantes (élimination moyenne >65% lors de la décantation primaire). Le réacteur hybride présente de nombreux avantages. D’une part l’addition de charbon actif en grain dans des procédés à boues activées permet de fixer les polluants ciblés et d’augmenter leur temps de séjour dans le procédé. D’autre part, la réduction de leur concentration à un niveau non inhibiteur permet l’absorption des variations de charges qui sont fréquentes dans les effluents industriels. Pour les Composés Organiques Volatiles (ex : BTEX), l’ajout de particules adsorbantes et l’analyse des modes opérationnels minimisant le transfert dans la phase gaz sont les points prépondérants. Il s’agit alors d’évaluer avec quelle dynamique l’adsorbant peut se biorégénérer dans le système
One of the main challenges currently facing environmental conservation is to reduce the discharge of organic micropollutants from industrial liquid outflows. Biological aerobic treatment is the most commonly used treatment, but conventional systems were not conceived with the idea of eliminating micropollutants, these molecules not necessarily being biodegraded. Among the selected substances, the least volatile molecules are also the most hydrophobic (PAHs) and tend to be absorbed mostly on suspended solids or sludge. Conversely, the less hydrophobic but highly volatile molecules, such as BTEX, have a strong tendency to be transferred into the atmosphere during the aeration phase. In the project ANR HYBIOX « hybrid biological practices for improving the breakdown of xenobiotics », hybrid bioreactors based on the addition of mobile and absorbent surfaces in the activated sludge processes are evaluated, so as to better pinpoint these pollutants and to allow flocs and biofilms to co-exist within the same reactor. The coupling of physicochemical and biological phenomena was studied in an SBR. Modelling these phenomena allows us to test hypotheses, predict the optimal operating conditions for stopping a process, and helps with the interpretation of the results. We drew on a model of adsorption on heterogeneous surfaces, developed under Matlab®, and on a model integrating the coupling of phenomena, developed under Aquasim®. The simulations carried out correspond with the experimental results and allow us to conclude that the abiotic elimination mechanisms play a very important role in the “purification results” of the biological aerobic treatment process. Over the course of the treatment, the transfer of BTEX from the liquid phase to the gas compartment was significant (>99% in two hours) and the quantities of PAHs detected in the solid fraction were considerable. The hybrid reactor presents a number of advantages over a classic biological process. On the one hand, the addition of activated carbon grains in the activated sludge process allows us to pinpoint the targeted pollutants and increase their residence time within the process. On the other hand, to reduce their concentration to a non-inhibitory level (if this is the case), and finally to allow the absorption of variations in charge which are common in industrial outflow. For more volatile and less hydrophobic molecules (ex : BTEX), the addition of absorbent particles and the analysis of operational modes which minimize the transfer in the gas phase are the predominant points. We will therefore have to evaluate with which dynamic the adsorbent can bioregenerate in the system

Des analyses thermogravimétriques de la décomposition thermique de la cellulose ont été réalisées. Un modèle cinétique de type Prout-Tomkins est adapté à la pyrolyse de la cellulose. L'énergie d'activation correspondante à la cellulose, la lignine et le xylane a été identifiée en mode dynamique. Le charbon actif produit à partir du bois et de ses principaux constituants de base a été caractérisé par BET et adsorption en solution aqueuse. Des mesures simultanées d'ATD et d'ATG ont servi à comparer les thermicités et les vitesses de décomposition de ces différents constituants. La thermocompression a permis de conférer au bois une densité deux fois supérieure à celle du bois brut. L'activation chimique a permis d'obtenir des surfaces spécifiques élevées ainsi que de bonnes capacités d'adsorption. Des mesures de capacité d'adsorption d'ions métalliques donnent des résultats importants. Une loi cinétique pseudo ordre 2 simule correctement l'adsorption de Cr(VI) en solution
The kinetics of cellulose pyrolysis were studied from thermogravimetric data. The kinetic model of Prout-Tomkins type is adapted to the pyrolysis of cellulose. The energy of activation corresponding to cellulose, lignin and xylan has been identified in dynamic mode. The activated carbon produced from wood and its basic components have been characterised by BET and adsorption from aqueous solution. Simultaneous measurements of DTA-TGA allowed to compare the heat of reaction and the decomposition rate of the wood components. Its Chemical activation by KOH and H3PO4 produce AC with height surface and adsorption capacity. Thermocompression confer to the wood a density two times larger than its initial density. Chemical activation with KOH results in a high surface area with a good adsorption capacity AC. The measurements of adsorption capacities of metal ions provide relevant results. The kinetics of the sorption process are found to follow the pseudo-second order law

Les avancées scientifiques dans les plantes, les technologies de transformation, les biotechnologies permettent d’envisager à terme que des produits de la chimie verte du carbone renouvelable, substituables et compétitifs, remplaceront ceux issus des matières fossiles. En effet, l’un des grands thèmes de recherche actuelle en chimie est la chimie dite "propre". Dans ce cadre, le projet proposé vise une double valorisation de déchets issus de la filière "bois". La première valorisation concerne l’isolation de molécules extractibles, qui sont présentes en très faible quantité dans les matériaux lignocellulosiques, donc des produits à forte valeur ajoutée. La seconde valorisation concerne la transformation du résidu, après isolation des extractibles, en charbon actif, autre matériau à forte valeur ajoutée. Le procédé proposé concerne donc le secteur de la « chimie verte » avec une approche intégrée de « valorisation des déchets ». Nous avons utilisé comme matière première des déchets de pin maritime des Landes sous forme de sciure, à partir desquels nous avons extrait les composés volatils à partir de différents procédés intensifiés tels que les microondes et les ultrasons. L’huile obtenue a été caractérisée en déterminant sa quantité (rendement), sa composition, sa capacité antioxydante, la quantité en polyphénols qu’elle renferme, sa microstructure, etc. Afin que la valorisation de ces déchets soit totale, les résidus solides ont subi une pyro-activation physique avec du CO2 et de la vapeur d’eau comme agents activants pour produire du charbon actif. Une optimisation a été effectuée à partir des réponses suivantes : la surface BET, la taille des pores par adsorption d’azote à 77 K et les propriétés d’adsorption du charbon actif en phase aqueuse (paramètres de Langmuir et Freundlich)
The scientific advances in plants, processing technologies, biotechnology allow considering that the products of renewable carbon green chemistry, substitutable and competitive will replace the products issued from fossil material. In this framework, this project concerned a double valorization of waste from wood sector. The first valorization concerned the isolation of extractable compounds which are present in low quantities and could be considered as a high added value product. The second valorization deals with the transformation of the residue in another high added value product : the activated carbons. Thus, the proposed process concerns the sector of "green chemistry" with an integrated approach of "waste valorization". In the framework of this study, we used as raw material sawdust of maritime pine (pinus pinaster) from Landes area from an isolation of volatiles extracted by some intensified processes such as microwave and ultrasounds. The obtained oil was characterized by determining the quantity (yield), the composition, the antioxidant capacity, the polyphenols content and by studying the microstructure. To achieve a total valorization the residues were submitted to a pyro-activation with CO2 and water vapor as activating agents to produce an activated carbon. An optimization was carried out according to different responses as the BET surface, the pores size by nitrogen adsorption at 77 K and the adsorption properties of activated carbon in aqueous phase (Langmuir et Freundlich parameters)

L'objet de cette étude vise à définir les conditions de mise en œuvre d'un procédé de décontamination par voie biologique d'effluents aqueux contaminés par des composés organiques marqués au 14C. En particulier, diverses études paramétriques ont permis d'estimer l'intérêt et les limites d'une méthode de dépollution basée sur l'emploi de boues activées. Les boues activées participent à la dépollution de l'effluent radioactif, d'une part par biosorption, attribuée aux interactions électrostatiques induises par les propriétés de surface des cellules et modélisable par une loi de Freundlich, d'autre part par métabolisation, ce qui provoque le transfert des contaminants vers des structures cellulaires solides ou vers une phase gazeuse (14CO2). Afin d'améliorer les performances de l'épuration, le système de décontamination par boues activées a été couplé à un système de traitement par charbon actif. Les études relatives à un tel couplage démontrent la forte complémentarité des deux matériaux épurateurs sélectionnés. L'ensemble de ces résultats ont été vérifiés sur une échelle d'expérimentation semi-pilote. Les expériences entreprises sur l'installation semi-pilote ont permis de démontrer que le procédé proposé est performant. Il permet en effet d'aboutir à des solutions liquides règlementairement rejetables, et ne génère que des volumes réduits de déchets solides finaux.

L'objectif de ce travail est la valorisation de sous-produits agricoles ou d'autres déchets issus de la biomasse végétale de la Caraïbe par la production de charbon actif (CA) en vue du traitement de l'eau. Des CAs ont été produits par activation physique à la vapeur d'eau avec des rendements de 13% (RV), 11 % (bagasse) et 21 % (turbinaria), puis par activation chimique avec l'H3P04 dont les rendements sont de 48% (RV), 47% (bagasse) et 49% (turbinaria). Les CAs produits ont une structure poreuse mixte, mais essentiellement mésoporeuse. Les échantillons activés physiquement sont basiques, tandis que ceux activés chimiquement sont acides. Une nouvelle méthode de calcul de la surface spécifique en fonction de 0 et de KF a pu être établie: avec 0 SOS 0. 2 L'adsorption du phénol et du bleu de méthylène (SM) en phase liquide par les CAs produits a été testée. Par ailleurs, des essais d'adsorption d'un composé métallique, le chrome ont été aussi réalisés sur la turbinaria brute et comparés à des essais réalisés sur ses CAs dérivés. Une relation pouvant être utilisée pour déterminer la surface occupée par les molécules de soluté sur la surface d'un charbon a pu être établie: avec 0. 01 < bLCe< 0. 3 et 1/n < 0. 2 Enfin, l'estimation des coûts de production pour l'établissement éventuel d'une unité de production de charbons actifs en Hani à partir d~ RVa été réalisée. Cette estimation montre que la méthode d'activation chimique sera plus économique: dollard 1. 00 à dollard 1. 12/kg contre dollard 1. 27/kg pour la méthode physique d'activation
Three agricultural by-products or biomass waste of the Caribbean: vetiver roots (Vetiveria zizanioides), sugar cane bagasse (Saccharum officinarum L. ) and a marine macro algae (Turbinaria turbinata) are used as activated carbon (AC) precursors. ACs were produced by steam activation with ACs yields of 13% (vetiver roots), 11% (sugar cane bagasse) and 21% (turbinaria), on the other hand by phosphoric acid activation, the ACs yields are 48% (vetiver roots), 47% (sugar cane bagasse) and 49% (turbinaria). Nitrogen adsorption at 77 K shows that, a mixed microporous and mesoporous structure of the ACs. A new method of calculating the specifie surface area depending of the 0 and KF has been established for 0 values between 0 and 0. 2: Steam activation provides basic ACs, while chemical activation by phosphoric acid provides acidic ACs. Phenol and methylene blue (MS) were used to characterize liquid phase adsorption. In addition, chromium (Cr+6) adsorption were also studied on raw turbinaria and its derived ACs. Ln addition, the combination of the Freundlich and BET isotherms in liquid phase allowed to establish a relationship that can be used to determine the area occupied by the solute molecules on ACs surface: with 0. 01 < bLCe < 0. 3 and 1 1n <0. 2 Finally, manufacturing costs ofvetiver roots ACs in Haiti were estimated. This estimation showed that chemical activation will be more economical: dollard 1. 00 to dollard 1. 121kg against dollard 1. 27/kg for the steam activation

Ce travail de thèse se développe dans le cadre d'un projet dont l'objectif général de proposer une approche innovante pour la dépollution des eaux contaminées par les pesticides organochlorés par une technique d'adsorption sur charbons actifs issus des noyaux des dattes (espèce : Phoenix dactylifera, types : Ajwa, Anbari et Khudri). Ensuite d'étudier la capacité de rétention de ces matériaux sur colonne en laboratoire avec des applications sur sites contaminés (effluents agricoles et rejets de la station d’épuration). La préparation de meilleurs charbons actifs à partir des noyaux de dattes par un procédé simple de pyrolyse précédé d’une imprégnation chimique à l’acide phosphorique. Le procédé sera optimisé sur la base de l’analyse du rendement massique et de l’indice d’iode. Plusieurs paramètres seront étudiés afin de déterminer les conditions optimales de l’adsorption tels que la dose du charbon actif, le pH de la solution, la concentration initiale des pesticides et le temps du contact, étant donné que la capacité d’adsorption d’un charbon actif dépend en partie de l’adéquation entre la dimension des pores et la dimension des molécules adsorbées, il s’avère donc indispensable d’optimiser la production du charbon actif
The objective of this thesis is to propose an innovative approach for the depollution of contaminated water by organochlorine pesticides used an adsorption technique on activated carbons from date stones (species : Phoenix dactylifera, types : Ajwa, Anbari et Khudri). Then, study the retention capacity of these column materials in the laboratory with applications on contaminated sites (effluents of agriculture and wastewater treatment plants).The preparation of better activated carbons from date stones by a simple process of pyrolysis preceded by a chemical impregnation with phosphoric acid. Several parameters will be studied in order to determine the optimal conditions of the adsorption such as dose of the adsorbent, pH of the solution, initial concentration of pesticides and time of contact, since the adsorption capacity of an activated carbon depends in part on the capability between the pore size and the dimension of the adsorbed molecules. Therefore, it is essential to optimize the production of activated carbon

Les charbons actifs sont des matières carbonées ayant subi un traitement chimique et/ou physique spécifique leur conférant une porosité très développée, et par conséquent un certain pouvoir adsorbant. Le modèle industriel de production de charbons actifs passe nécessairement par une phase dite d'activation qui demande un investissement lourd engendré non seulement par la complexité des installations mais aussi par la spécificité des procédés. L’étude consiste à utiliser des matières premières peu onéreuses (résidus d'exploitations agricoles, taillis à courte rotation) pour la production de charbons ayant des propriétés requises pour une application en traitement d'eau usée et cela sans recours aux procédés d'activation. Afin de palier à une moindre efficacité par rapport aux charbons actifs commerciaux et dans un souci de rendre la filière bien plus attractive, la faisabilité de la dégradation thermique des polluants, associée à celle d'une récupération de l'énergie des charbons ont été étudiées. Des charbons végétaux sont produits par pyrolyse conventionnelle simple. Une étude de l'influence des paramètres de traitement a été réalisée, en vue d'une maximisation de la capacité des produits à adsorber des polluants aqueux. Le pouvoir adsorbant de ces matières carbonées activées (MCA) obtenues, est caractérisé par la surface spécifique et les indices (d'adsorption) d'iode et de bleu de méthylène. Des tests d'abattement de polluants modèles ou réels ont permis d'estimer les performances des MCA en dépollution d'effluents réels. Les résultats obtenus montrent que les charbons de bois, produits par pyrolyse conventionnelle ont des performances approximativement moitié de celles des charbons actifs commerciaux destinés au traitement en milieu aqueux. La co-valorisation par combustion des MCA consiste à incinérer les polluants pièges via un mélange tri-phasique solide/liquide/gaz (mousse chargée en charbon pollué). L'énergie ainsi générée peut être utilisée à d'autres fins. Les essais réalisés dans ce sens ont permis d'atteindre des niveaux élevés de solide dans la mousse et une destruction quasi-totale des polluants adsorbés. Les approches économiques réalisées à partir d'étude de cas réels, aussi bien pour la production que pour l'utilisation des MCA (en dépollution et génération d'énergie), affichent des résultats prometteurs.

Un suivi de deux filtres granulaires pleine échelle a été fait à une des usines de production d’eau potable de la Ville de Québec qui a une capacité de production de plus de 220 000 m3/jour. Un des filtres contient du sable et de l’anthracite, et l’autre du sable et du charbon activé en grains (CAG). Les deux filtres, qui sont précédés d’une inter-ozonation, ont été opérés dans les mêmes conditions pendant l’étude. Les qualités de l’eau brute, décantée, ozonée et filtrée ont été suivies pendant 32 semaines, de mai à décembre 2011, à raison de 2 échantillonnages dans un cycle de filtration à chaque deux semaines. Cette période correspond à peu près à la deuxième année d’opération après le changement des milieux filtrants dans cette usine. Le filtre avec CAG s’est avéré plus performant pour presque tous les paramètres de qualité d’eau considérés, en particulier en termes d’enlèvement de la matière organique biodégradable et non-biodégradable. Par contre, et contrairement à ce qui a été observé antérieurement, la réduction de la turbidité a été plus forte dans le filtre avec anthracite. Une analyse économique préliminaire et partielle montre que le meilleur enlèvement de la matière organique réalisé par le filtre avec CAG pourrait amener une économie significative due à une réduction de la demande en chlore mais que celle-ci serait masquée par le coût d’achat très élevé du CAG par rapport à l’anthracite.
A water quality monitoring was conducted on two full scale granular filters of the biggest water treatment plant of Québec City. One of the filters contains anthracite and sand layers, while the other contains granular activated carbon (GAC) and sand layers. Both filters, which are preceded by an inter-ozonation step, were operated in the same conditions during the study which happened during the second year of operation of these filters. The qualities of raw water, settled water, ozonated water and filtered water were monitored for 32 weeks, from May to December 2011, two times in a filtration cycle every two weeks. Globally, the GAC filter exhibited better organic matter removal performances but a lower turbidity removal performance than the anthracite filter. This allows a potential reduction in chlorine consumption for the GAC filter but this economy is shadowed by the very high cost of this filter media.