Évolution des matières en suspension

Le présent chapitre compare dans un premier temps les résultats trouvés avec ceux de la littérature. Ensuite, il présente les résultats obtenus suite aux expériences réalisées. Enfin, une interprétation des ces résultats est émise.
3.1 Comparaison avec la littérature
Les auteurs (Piazza. G.J & McAloon.A.J & Garcia.G.J, 2011), ont étudié l’influence de l’ajout du CKB sur la vitesse de sédimentation des particules de Kaolin en suivant le même protocole expérimental expliqué dans le chapitre 2.
À des intervalles de 1H et de 5H, ils notent qu’aucune concentration de CKB n’a pu réduire la concentration du Kaolin à au moins 1g/L (c\’est-à-dire au moins 75% d’élimination). Par contre une réduction significative du Kaolin a été observée après 24H de sédimentation. La concentration de 2g/L (concentration suffisante pour floculer le Kaolin) a été choisie comme un contrôle pour comparer les autres concentrations de CKB.
Ces résultats, présentés dans le tableau X, ont été retrouvé lors du travail réalisé pour une concentration de CKB égale à 2g/L, une concentration de Kaolin égale à 4g/L et un pH égale à 5,5 à des intervalles de temps de 1H, 5H et 24H de sédimetation.
‎ Tableau 3 1:Variation de la quantité de Kaolin en suspension en présence du CKB

Échantillon B
(Kaolin +CKB)
pH 5,5
Turbidité (UTN) Rendement d’élimination des particules de Kaolin en suspension (%)
Quantité de Kaolin résiduelle (g/L)

Initial 38,6 – –
1H 37,06 4 3,84
5H 30,92 20 3,2
24H 1,76 95 0,2

La réduction du Kaolin en suspension à une concentration ≤1 g/L n’est observée qu’après 24H de sédimentation.
Les auteurs (Piazza. G.J & McAloon.A.J & Garcia.G.J, 2011) affirment donc que le CKB joue le rôle d’un floculant en agissant sur la vitesse de sédimentation des particules de Kaolin en suspension.
Cette affirmation a été vérifié (Voir figure X) en comparant l’échantillon B (Kaolin + CKB) avec un témoin qui est l’échantillon A (Kaolin).

Le graphique (Voir figure X) montre deux droites correspondantes à deux fonctions affines différentes. Ceci démontre que la vitesse de sédimentation est constante en présence et en absence du Kaolin.
Le coefficient de l’équation de chaque fonction présente la vitesse de sédimentation du Kaolin. En effet la vitesse (V) d’une réaction s’exprime comme suit :
V=(-Δmasse réactifs)/Δt
Par analogie au cas présent :

V=(-(y-b))/Δx
Où x correspond au temps (t)
Et Δmasse réactifs = (y-b) = masse résiduel du Kaolin au temps correspondant
Pour le cas de l’échantillon A (Kaolin), qui est le témoin, b= 4,007 g
La vitesse de la sédimentation est VA= 0,060 g/h
Pour le cas de l’échantillon B (Kaolin+CKB), b=3,981
La vitesse de sédimentation est VB= 0,157 g/h
Par conséquent, VB> VA. Donc le CKB augmente la vitesse de sédimentation du Kaolin.
En effet, d’après (Piazza. G.J & McAloon.A.J & Garcia.G.J, 2011), l’activité de floculation des protéines est observée à des valeurs de pH< pH point isolélectrique*. À pH 5,5, les protéines sanguines du sang ont une charge nette positive (puisqu’elles se trouvent à un pH< pH point isoélectrique) ce qui leur permet d’interagir avec le Kaolin, qui porte une charge nette négative à cette valeur de pH. Cette interaction va donner naissance à la formation d’agglomérats plus gros que les particules de Kaolin, qui vont sédimenter plus rapidement.
Pour confirmer que le CKB agit bien comme un floculant en présence du Kaolin, le potentiel zêta a été calculé.

D’après le Tableau X (chapitre 1), le potentiel zêta de l’échantillon B (kaolin+CKB) est inférieur à 5 mV donc il s’agit bien de condition de floculation. Le CKB agit comme floculant sur la Kaolin suite aux interactions électrostatiques entre les charges négatives portées par les particules de Kaolin et les charges positives apportées par les protéines sanguines du CKB. D’après (Dihang.M, 2007), les forces attractives de Van der Waals dominent le profile de force. Donc, les charges des particules se trouvent à de très courtes distances c\’est-à-dire que le CKB agit comme floculant en rassemblant les particules pour créer des agglomérats plus volumineux, capables de sédimenter rapidement. Il s’agit dans ce cas d’une floculation par neutralisation de charge (poids moléculaire de l’hémoglobine est de 16 KDa < 20 KDa) puisque l’hémoglobine apportée par le CKB a une forte densité de charge (de signe positif) qui lui permet d’interagir avec le Kaolin qui porte des charges de signe contraire (négatives).
L’échantillon A (Kaolin), présente un potentiel zêta supérieur à 30mV. C\’est-à-dire que la suspension de Kaolin est stable (Voir Tableau X). En effet, les particules de Kaolin chargées négativement vont se repousser mutuellement ce qui crée une suspension stable dans le temps. Les forces électrostatiques de répulsion dominent le profile de force dans ce cas ((Dihang.M, 2007).
Donc, le résultat trouvé par (Piazza. G.J & McAloon.A.J & Garcia.G.J, 2011) a été bien vérifié et confirmé en se référant au potentiel zêta et à la turbidité. Le CKB agit comme floculant en présence du Kaolin
3.2 Titre
Dans un deuxième temps, pour tester l’influence du CKB dans un milieu plus complexe, l’eau désionisée a été remplacée tout d’abord par le surnagent d’eau usée puis par l’eau usée totale.
La turbidité a été déterminée à partir du surnagent des différents échantillons après une dilution 10X à des intervalles de temps différents. Le pH étant fixé à 5,5 pour tous les échantillons et la température est ambiante (22°C). Le Tableau X présente les résultats trouvés, exprimés en unités de turbidité néphalométrique (UTN).
‎Tableau 3 2: Variation de la turbidité des échantillons C et D en fonction du temps.
Initial 1H 5H 24H
Échantillon C
(Kaolin+surnagent eau usée+CKB) 280
±15 38
±2 17
±0,5 9
±1,5
Échantillon D
(Kaolin+eau usée+CKB) 330
±13,5 39
±2 21
±2,5 8
±1

Dans l’échantillon C (Kaolin+Surnagent eau usée+CKB), l’eau déionisée a été remplacée par le surnagent d’eau usée (récupéré après une sédimentation de 2H de l’eau usée totale). Ce dernier présente l’eau usée après le prétraitement où les particules volumineuses sont éliminées (sédimenter dans ce cas) ce qui explique que la turbidité initiale est inférieure à celle de l’échantillon D (Kaolin+eau usée+CKB) où l’eau déionisée est remplacée par l’eau usée totale.
En effet la turbidité de l’eau usée est due principalement à la présence de MES et de particules colloïdales. Le surnagent de l’eau usée est obtenu après une sédimentation de 2H. Cette dernière favorise le dépôt des MES grossiers et rend l’eau moins turbide.
Pour vérifier si cette diminution de la turbidité est due à une floculation, le potentiel zêta a été suivi après une sédimentation de 1H, 5H et 24H. La concentration du Kaolin est de 4g/Let celle du CKB est de 2g/L.
Le graphique X illustre la variation du potentiel zêta dans le temps pour l’échantillon C et D. Le pH étant égale à 5,5 et la température est de 22°C.

Le graphique (voir figure X) montre une diminution plus importante du potentiel zêta après une 1H de sédimentation pour l’échantillon D (Kaolin+eau usée+CKB) que pour l’échantillon C (Kaolin+surnagent eau usée+CKB). Le potentiel zêta des deux échantillons présente une valeur moyenne égale à 12 mV. D’après (G.RWiese & T.WHealy, 1975), une valeur de ZP< ±14 mV témoigne de conditions de coagulation favorables. C\’est-à-dire que sur le plan moléculaire, il y a une déstabilisation du système. Ceci est confirmé par le Tableau X, où à des valeurs de ±10 mV <ZP< ±30 mV, il y a une instabilité naissante dans le système.
L’échantillon D, qui contient l’eau usée totale (obtenue sans une décantation de 2H), présente plus de particules (MES, colloïdes, H&Gtot, bactéries…) ce qui explique d’une part une grande valeur de turbidité et d’une autre part une plus importante diminution du potentiel zêta. En effet, les protéines sanguines apportées par la CKB ainsi que les particules colloïdales de l’eau usée et du Kaolin vont interagir selon la théorie DLVO selon des interactions de Van der Waals attractives (protéines sanguines positivement chargées et particules colloïdales négativement chargées) et des interactions électrostatiques répulsives (entre les particules colloïdales de l’eau usée et de du Kaolin).
Le graphique (Figure X) montre que le potentiel zêta augmente au cours de la sédimentation pour atteindre une valeur moyenne de ± 20 mV après 24H pour les deux échantillons C (Kaolin+surnagent eau usée+CKB) et l’échantillon D (Kaolin+eau usée+CKB). C\’est-à-dire que la force électrostatique de répulsion entre les particules augmente et tend vers une valeur caractéristique d’une suspension stable (ZP ≥ 30 mV). En effet d’après (Dihang. M, 2007), le profile exponentiel des forces de répulsion dominent à longue distance. Ce à dire que les charges des particules se retrouvent loin les unes des autres sous l’effet des forces électrostatiques répulsives. Ceci mène à la conclusion qu’en présence de Kaolin et d’eau usée, le CKB agit plutôt comme un coagulant, il déstabilise le système (eau usée+ Kaolin) sans créer d’agglomérats pour faciliter la sédimentation et la clarification de l’eau. Ceci est confirmé par la valeur de turbidité qui présente une moyenne de 10 UTN pour les échantillons C et D, après une sédimentation de 24H, par rapport à une valeur de 1,76 UTN pour l’échantillon B (Kaolin+CKB) et où le CKB joue le rôle d’un floculant. La diminution de turbidité au cours du temps serait due à la sédimentation des particules sous l’effet de la force de gravitation et/ou la différence de densité des particules présentes dans l’eau usée.
Titre

Dans un troisième temps, l’effet du CKB sur l’eau usée en absence du Kaolin a été évalué en gardant toujours les mêmes conditions opératoires c\’est-à-dire une concentration de CKB égale à 2g/L, un pH égale à 5,5 et une température ambiante (22°C).
Le suivi de la turbidité après une décantation de 1H, 5H et 24H a permis de tracer le tableau suivant :
Initial 1H 5H 24H
Échantillon E
(surnagent eau usée+CKB) 102
±6 58
±2,5 43
±2 6
±0,5
Échantillon F
(eau usée+CKB) 130
±9,6 66
±3,2 33
±1,5 7
±0,3

Comme le résultat trouvé précédemment, le surnagent d’eau usée (échantillon E obtenu après une sédimentation de 2H+ CKB), présente une turbidité inférieure à celle de l’échantillon F (eau usée+CKB). Une sédimentation de 2H favorise le dépôt des particules volumineuses et grossières ce qui permet d’obtenir une eau moins trouble donc une valeur de turbidité plus petite.
Le potentiel zêta a été également suivi pour les deux échantillons E (surnagent eau usée+CKB) et F (eau usée+CKB), ce qui a permis de dresser le graphique suivant :

Le graphique X montre un comportement différent du potentiel zêta pour les deux échantillons E et F après une heure de sédimentation. En effet, l’échantillon E (surnagent eau usée+CKB) subit une baisse du potentiel zêta au cours de la première heure de sédimentation (d’une valeur initial égale à 15,25 mV à une valeur égale à 12,55 mV) puis il augmente pour atteindre une valeur de 16,2 mV après 24H de sédimentation. Ceci montre que l’ajout du CKB entraine une déstabilisation du système. D’après (G.RWiese & T.WHealy, 1975), une valeur de ZP< ±14 mV montre qu’il s’agit d’une coagulation. Donc le CKB agit comme un coagulant en déstabilisant le système suite à l’apport des protéines sanguines positivement chargées à pH 5,5 (pH< pH point isoélectrique) et qui vont interagir avec les particules colloïdales, négativement chargées, de l’eau usée. Après la première heure de sédimentation, le potentiel zêta augmente ce qui montre que les forces de répulsion électrostatiques dominent le profile de force. Donc, les charges des particules se trouvent à une longue distance les unes des autres. Par conséquent, le CKB déstabilise le système (surnagent eau usée) sans créer une agrégation des particules pour accélérer la sédimentation ce qui mène à la clarification de l’eau. Ceci est confirmé par la valeur de la turbidité mesurée après 24Hde sédimentation et qui est égale à 6,97 UTN supérieure à celle de l’échantillon B (Kaolin+CKB) (1,76 UTN) où le CKB joue le rôle d’un floculant.
Donc, le CKB à une concentration égale à 2g/L et à pH 5,5 joue le rôle d’un coagulant (ZP 14 mV) dans l’eau usée.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *