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Rapport de stage sur la teinturerie textile artisanale

S
sexymali

Rapport de stage : Al hHader MAIGA

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RAPPORT DE STAGE
Présenté en vue d'obtenir le diplôme de la LICENCE
PROFESSIONNELLE
SPECIALITE : EAU ET ENVIRONNEMENT
Elaboré par
Al hader MAIGA
Réalisé au sein du
Laboratoire de Génie de Chimique de la FST
Encadré par
M. AdamaTolofoudjé
Réalisé au sein du
Laboratoire de Génie Chimique de la FST
Encadré par
Ing. Dr. Adama TOLOFOUDYE
Année universitaire 2015-2016
THEME
« Décoloration des solutions de bleu de
méthylène par la sciure de bois du
Tectona grandis : application au
traitement des eaux usées des
teintureries textiles artisanales »
Université des Sciences, des Techniques et des
Technologies de Bamako (USTTB)
* * * * * * * * * * * * * * * *
Institut des Sciences Appliquées (ISA)
République du Mali
* * * * * * * * * * * *
Un Peuple-Un But –Une Foi
DEDICACES
A l’humble famille.
A tous ceux qui me sont chers.
Je dédie ce mémoire.
REMERCIEMENTS
Au terme de cette recherche, je ne manquerai pas de remercier toutes les personnes sans
lesquelles le présent travail n'aurait pas pu être produit.
Mes vifs remerciements s'adressent d'une manière particulière à mon Directeur de mémoire
Monsieur Adama TOLOFOUDJE, Professeur de Génie Chimique à l'Université des Sciences,
des Techniques et des Technologies de Bamako (USTTB) qui a accepté de me guider malgré
ses multiples activités.
Je ne pourrai pas terminer ce travail sans remercier sincèrement le personnel du Laboratoire
de Génie Chimique en particulier Monsieur Bakary Dembélé qui a accepté de m’orienter
dans ma recherche malgré ces multiples obligations. Qu’il trouve ici l'expression de mes
sincères remerciements.
Mes sentiments de gratitude s'adressent également à tous les professeurs de l’Institut des
Sciences Appliquées, car l'aboutissement de ce travail est le fruit de leurs efforts.
A mes parents, à mes frères et sœurs, à mes amis et à toute personne qui a manifesté un esprit
de soutien à mon égard au cours de ma formation, je dis grandement merci pour leur
concours inestimable.
Pour tous ceux qui, sans doute diront que j’avais oublié de les citer, je garde dans mon cœur la
chaleur que je n’ai pas pu faire sortir en les citant dans ces quelques lignes.
TABLE DES MATIERES
Dédicaces............................................................................................................................... 2
Remerciements ...................................................................................................................... 3
Table des matières ................................................................................................................. 4
Liste des abréviations ............................................................................................................i5
Résumé .................................................................................................................................. 1
Introduction ........................................................................................................................... 2
Chapitre I : ETUDES BIBILIOGRAPHIQUES
I. La teinturerie artisanale 3
I.1 Historique ...................................................................................................... 3
I.2 Réalisation .................................................................................................... 3
I.3 Evaluation de la quantité des effluents rejetés4
II. Les colorants 4
II.1 Définition....................................................................................................... 4
II.2 Pollution engendrée par les colorants............................................................ 5
III. Le matériau adsorbant 5
IV. L’adsorbat 6
V. Le phénomène d’adsorption 7
V.1 Généralité ................................................................................................. …7
V.2 Description du mécanisme d'adsorption...................................................... ..7
VI. La cinétique d’adsorption 8
VII. Les isothermes d’adsorptions………………………………………………..…..9
Chapitre II : METHODES EXPERIMENTALES
1 Matériels ..................................................................................................... 12
2 Méthodes d’analyses ................................................................................... 12
2.1 Calcul du bleu de méthylène adsorbée ........................................................ 12
2.2 Calcul du pourcentage de décoloration ....................................................... 12
2.3 Effet de masse de l’adsorbant...................................................................... 13
2.4 Effet du pH .................................................................................................. 13
2.5 Cinétique d’adsorption ................................................................................ 13
Chapitre III : RESULTATS ET DISCUSSIONS
1. Effet de masse sur l’adsorption ................................................................... 14
2. Effet du pH .................................................................................................. 15
3. Cinétique d’adsorption ................................................................................ 16
4. Détermination des constantes cinétiques..................................................... 17
5. Isothermes d’adsorption .............................................................................. 19
5.1 Modèle de langmiur .................................................................................... 19
5.2 Modèle de Freundlich.................................................................................. 20
6 Conclusion................................................................................................... 21
Chapitre IV : APPLICATION
1. Impact environnemental des eaux usées produites des teinturières..................... 21
2. Caractérisation des eaux usées de teinturerie .............................................. 21
3. Traitement des eaux usées des colorants textiles………………………………..………23
4. Efficacité du traitement .............................................................................. 25
5. Conclusion générale .................................................................................... 26
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE………………….……………………………..27
LISTE DES ABREVIATIONS
1
n
Paramètre de Freundlich
c0 Concentration initiale du soluté en solution (mg/L)
ce Concentration à l’équilibre du soluté en solution (mg/L)
ct Concentration à un temps t du soluté en solution (mg/L)
k1 Constante de vitesse du pseudo-premier ordre (min-1)
k2 Constante de vitesse du pseudo-second ordre (L/mg/min
𝐾𝑓 constante de Freundlich (mg(1/n)*ln*g-1 )
KL constante de Langmuir L/mg
𝑄𝑒 Quantité adsorbé à l’équilibre (mg/g)
𝑄𝑡 Quantité adsorbé à un temps t (mg/g)
𝑅2
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Rapport de stage sur la teinturerie textile artisanale

  • 1. RAPPORT DE STAGE Présenté en vue d'obtenir le diplôme de la LICENCE PROFESSIONNELLE SPECIALITE : EAU ET ENVIRONNEMENT Elaboré par Al hader MAIGA Réalisé au sein du Laboratoire de Génie de Chimique de la FST Encadré par M. AdamaTolofoudjé Réalisé au sein du Laboratoire de Génie Chimique de la FST Encadré par Ing. Dr. Adama TOLOFOUDYE Année universitaire 2015-2016 THEME « Décoloration des solutions de bleu de méthylène par la sciure de bois du Tectona grandis : application au traitement des eaux usées des teintureries textiles artisanales » Université des Sciences, des Techniques et des Technologies de Bamako (USTTB) * * * * * * * * * * * * * * * * Institut des Sciences Appliquées (ISA) République du Mali * * * * * * * * * * * * Un Peuple-Un But –Une Foi
  • 2. DEDICACES A l’humble famille. A tous ceux qui me sont chers. Je dédie ce mémoire.
  • 3. REMERCIEMENTS Au terme de cette recherche, je ne manquerai pas de remercier toutes les personnes sans lesquelles le présent travail n'aurait pas pu être produit. Mes vifs remerciements s'adressent d'une manière particulière à mon Directeur de mémoire Monsieur Adama TOLOFOUDJE, Professeur de Génie Chimique à l'Université des Sciences, des Techniques et des Technologies de Bamako (USTTB) qui a accepté de me guider malgré ses multiples activités. Je ne pourrai pas terminer ce travail sans remercier sincèrement le personnel du Laboratoire de Génie Chimique en particulier Monsieur Bakary Dembélé qui a accepté de m’orienter dans ma recherche malgré ces multiples obligations. Qu’il trouve ici l'expression de mes sincères remerciements. Mes sentiments de gratitude s'adressent également à tous les professeurs de l’Institut des Sciences Appliquées, car l'aboutissement de ce travail est le fruit de leurs efforts. A mes parents, à mes frères et sœurs, à mes amis et à toute personne qui a manifesté un esprit de soutien à mon égard au cours de ma formation, je dis grandement merci pour leur concours inestimable. Pour tous ceux qui, sans doute diront que j’avais oublié de les citer, je garde dans mon cœur la chaleur que je n’ai pas pu faire sortir en les citant dans ces quelques lignes.
  • 4. TABLE DES MATIERES Dédicaces............................................................................................................................... 2 Remerciements ...................................................................................................................... 3 Table des matières ................................................................................................................. 4 Liste des abréviations ............................................................................................................i5 Résumé .................................................................................................................................. 1 Introduction ........................................................................................................................... 2 Chapitre I : ETUDES BIBILIOGRAPHIQUES I. La teinturerie artisanale 3 I.1 Historique ...................................................................................................... 3 I.2 Réalisation .................................................................................................... 3 I.3 Evaluation de la quantité des effluents rejetés4 II. Les colorants 4 II.1 Définition....................................................................................................... 4 II.2 Pollution engendrée par les colorants............................................................ 5 III. Le matériau adsorbant 5 IV. L’adsorbat 6 V. Le phénomène d’adsorption 7 V.1 Généralité ................................................................................................. …7 V.2 Description du mécanisme d'adsorption...................................................... ..7 VI. La cinétique d’adsorption 8 VII. Les isothermes d’adsorptions………………………………………………..…..9 Chapitre II : METHODES EXPERIMENTALES 1 Matériels ..................................................................................................... 12 2 Méthodes d’analyses ................................................................................... 12 2.1 Calcul du bleu de méthylène adsorbée ........................................................ 12 2.2 Calcul du pourcentage de décoloration ....................................................... 12 2.3 Effet de masse de l’adsorbant...................................................................... 13 2.4 Effet du pH .................................................................................................. 13 2.5 Cinétique d’adsorption ................................................................................ 13 Chapitre III : RESULTATS ET DISCUSSIONS 1. Effet de masse sur l’adsorption ................................................................... 14 2. Effet du pH .................................................................................................. 15 3. Cinétique d’adsorption ................................................................................ 16 4. Détermination des constantes cinétiques..................................................... 17 5. Isothermes d’adsorption .............................................................................. 19 5.1 Modèle de langmiur .................................................................................... 19 5.2 Modèle de Freundlich.................................................................................. 20 6 Conclusion................................................................................................... 21 Chapitre IV : APPLICATION 1. Impact environnemental des eaux usées produites des teinturières..................... 21 2. Caractérisation des eaux usées de teinturerie .............................................. 21 3. Traitement des eaux usées des colorants textiles………………………………..………23 4. Efficacité du traitement .............................................................................. 25 5. Conclusion générale .................................................................................... 26 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE………………….……………………………..27
  • 5. LISTE DES ABREVIATIONS 1 n Paramètre de Freundlich c0 Concentration initiale du soluté en solution (mg/L) ce Concentration à l’équilibre du soluté en solution (mg/L) ct Concentration à un temps t du soluté en solution (mg/L) k1 Constante de vitesse du pseudo-premier ordre (min-1) k2 Constante de vitesse du pseudo-second ordre (L/mg/min 𝐾𝑓 constante de Freundlich (mg(1/n)*ln*g-1 ) KL constante de Langmuir L/mg 𝑄𝑒 Quantité adsorbé à l’équilibre (mg/g) 𝑄𝑡 Quantité adsorbé à un temps t (mg/g) 𝑅2 Coefficient de corrélation
  • 7. Résumé L'adsorption du colorant textile rouge bleu de méthylène sur la sciure du bois a été étudiée. La cinétique, et les isothermes d'adsorption ont été utilisées pour identifier les mécanismes de la rétention. Les expériences, menées en réacteur fermé et parfaitement agité, pour la détermination de la cinétique, ont été réalisées après réglage des paramètres influençant le système, tels que le pH, la masse d'adsorbant et la concentration initiale en colorant. Les résultats obtenus ont été modélisés suivant les équations cinétiques du pseudo-premier ordre, pseudo-second ordre. Les résultats expérimentaux de la réaction globale sont parfaitement ajustables au pseudo-second ordre, avec de très grands coefficients de régression. Les isothermes d'adsorption prédisent le passage d'une réaction de surface exothermique, de type chimiosorption, avec rétention des molécules de bleu de méthylène en monocouches organisées sur la surface de l'adsorbant. Mots clés : Bleu de méthylène, Tectona Grandis, adsorption, cinétique, isothermes.
  • 8. Introduction L’eau est à l’origine de la vie sur la terre. Pourtant, diverses activités humaines au Mali: industrielles, urbaines ou agricoles, provoquent sa pollution. A titre d’exemple, les teintures synthétiques utilisées en industrie textile ou artisanales au Mali sont déversées directement dans l’environnement aquatique sans aucun traitement préalable. Face à cette grande menace de l’environnement, de nombreux travaux ont été réalisés sur la dépollution de l’eau au cours de ces dernières années. Plusieurs techniques de dépollution sont développées, dont l’adsorption est la plus employée. Des chercheurs ont ainsi montré qu’une grande variété de matériaux d’origine naturelle ou biologique avait l’aptitude de fixer des quantités importantes en polluants organiques présents dans l’eau. À ce titre, nous citons les noyaux de dattes (HAZOURLI et al., 2007), la pulpe d’olive (BANAT et al., 2007), le bois (HO et MCKAY, 1998), la fougère d’arbres (HO et al., 2005), le kudzu (ALLEN et al., 2005) la fibre des palmiers (OFOMAJA, 2007), la noix de coco etc. A l’heure actuelle, le charbon actif est considéré comme l’un des adsorbants les plus polyvalents et de nombreux travaux font ressortir son efficacité, mais son utilisation reste limitée à cause des difficultés de sa régénération et de son coût élevé. Une solution alternative consisterait à utiliser d’autres matériaux adsorbants efficaces et plus économiques d’où l’objet de notre travail. Notre choix a porté sur la sciure de bois de teck, un matériau qui se trouve en abondance dans quelques ateliers d’ébénisteries de Magnambougou (Bamako)
  • 10. I. LA TEINTURERIE ARTISANALE I.1- Historique La teinture est une tradition ancienne dont les premières traces sont mentionnées avant le Xème siècle, à l’époque de l’empire du Ghana. Lors de la chute de ce dernier, les migrations des populations ont favorisé la dispersion de cette pratique. Les premières teintures sont réalisées à partir de composés minéraux, comme l’argile. Les tissus colorés par cette méthode sont appelés bogolans. En Bambanan le terme « bogo » signifie terre, boue. L’islamisation progressive du pays a permis l’essor d’autres techniques de teinture. En effet, porter un vêtement composé de terre n’est pas compatible avec la notion de propreté que met en avant cette religion. La teinture à base de végétaux, et notamment l’utilisation de l’indigo s’est développée. A l’époque coloniale de nouveaux produits plus variés sont apparus ce qui a entraîné un léger déclin de la teinture. L’essor des produits chimiques à partir des années 1970, a engendré le développement de colorants synthétiques, et donc l’abandon des produits d’origine locale. Par exemple la potasse à base de cendre a été remplacée par la soude caustique, également appelé ségé, et par de l’hydrosulfite (DJIRE N., 1988). Les nombreux avantages que confèrent les composés chimiques ont conduit à la généralisation de leur utilisation. En effet, ils permettent un travail plus rapide, moins fatiguant, et donc une production plus importante avec des colories plus vives et variées. I.2- Réalisation Le colorant choisi, la soude caustique, et l’hydrosulfite sont dissous, dans une eau préalablement chauffée (figure 1). Ces deux derniers produits permettent, par réaction chimique une meilleure tenue du colorant sur le coton. Après imprégnation le Bazin est lavé à l’eau froide plusieurs fois, puis séché au soleil (figure 2). Il est ensuite recouvert d’une pâte d’amidon également appelé gomme, (figure 3), et tapé pour devenir lisse et brillant. Avant la teinte de la couleur principale du tissu, des motifs de différentes couleurs peuvent être réalisés à l’aide de nombreuses méthodes : cire de bougie, des noeuds…. Le batik utilise la cire de bougie fondue, et des tampons en bois sculptés (cf. figure 5). Après application de la cire, le tissu est séché à l’ombre, trempé dans la teinture, puis rincé dans de l’eau
  • 11. chaude afin d’enlever la cire. Dans certain cas des colorants peuvent être directement ajoutée à de la cire. Des presses constituées de deux plaquettes en bois peuvent également être employées. Le plangi est une méthode de nouage de tissus qui consiste à ligaturer le Bazin avec de la ficelle. Un tissu pré brodé peut aussi permettre d’obtenir une coloration beaucoup moins marquée sous les broderies. Figure 1 : préparation bain de teinture Figure 2 : bazin au soleil Figure 3 : tampons en bois sculptés - Le rapport de bain Le rapport du bain constitue un des paramètres le plus important en teinturerie. Il s’agit du rapport poids entre la matière sèche et la solution totale. Ce paramètre est fortement influencé par la quantité d’eau, l’énergie consommée et par le taux d’épuisement du bain. En teinturerie artisanale, le rapport de bain varie fortement d’une teinturière à une autre, d’un colorant à un autre. Par exemple pour teindre une pièce ou 30 yards de « bazin riche » en « rouge - bordeau », la préparation du bain exige près de 25 litres d’eau ville, près 1,75 kg de mélange de colorants (70g/L), près de 0,350 kg bisulfite de sodium (14g/L) et près de 1 kg de soude caustique (40g/L) et 10 kg de charbon de bois. Des produits comme le carbonate de sodium, le bicarbonate de sodium, le sulfate de sodium et le chlorure de magnésium sont également utilisés. Ce bain est chauffé dans une tasse en fer galvanisé de zinc à peu près à 60 °C. Après trempage du tissu, l’épuisement du bain en colorant atteint 50%. Ce bain épuisé est encore réutilisé en apportant encore 50 % d’additifs (colorants, soude, bisulfite de sodium). I.3- Evaluation de la quantité des effluents rejetés dans la teinturerie artisanale (cas de Dianéguela) Peu de teinturières sont capables de fournir précisément la quantité d’eau et de produit utilisés. Afin d’estimer le volume des effluents, la quantité de tissus produits, ainsi que le nombre de personne travaillant dans l’entreprise a été relevés. En générale le bazin blanc est acheté par balle, chaque balle contient 20 pièces, elles mêmes composées de 6 coupons d’une longueur de 5 mètres. Le coupon permet de réaliser une tenue traditionnelle complète. Ils sont teints séparément, il est donc intéressant de connaître le volume d’eau, et la quantité de produit nécessaire pour colorer un coupon. On remarque que le volume d’eau qui doit être utilisé est cohérent avec la quantité de tissus produite. Un rapport entre la quantité d’eau et de tissus peut être réalisé afin d’estimer, le volume d’effluent généré par les teinturiers n’ayant pas répondu à cette question. Le volume
  • 12. d’eau utile pour teindre un coupon est donc calculé à l’aide du tableau 1, qui regroupe les réponses de 10 teinturiers qui ont à la fois estimé la quantité d’eau et de tissus produits, en mètres et en coupons. Tableau 1 : volume moyen d’eau utile pour teindre un coupon Volume d’eau (L) Quantité de tissus (m) Coupon (5m) Volume d’eau par coupon (L) 630 750 150 7,29 Source :Enquête personnelle Le volume d’eau moyen pour teindre un coupon est d’environ 7,29 L. II. LES COLORANTS II.1- Définition Un colorant est une matière colorée par elle-même, capable de se fixer sur un support. La coloration plus ou moins intense des différentes substances est liée à leur constitution chimique Les matières colorantes se caractérisent par leur capacité à absorber les rayonnements lumineux dans le spectre visible (380 à 750 nm). La transformation de la lumière blanche en lumière colorée par réflexion sur un corps, par transmission ou diffusion, résulte de l’absorption sélective d’énergie par certains groupes d’atomes appelés chromophore. La molécule colorante étant le chromogène (l’arrangement complet d’atomes qui donne naissance à la couleur observée). Plus la facilité du groupe chromophore à donner un électron est grande et plus la couleur sera intense (groupes chromophores classés dans le Tableau 2). D'autres groupes d'atomes du chromogène peuvent intensifier ou changer la couleur due au chromophore : ce sont les groupes auxochromes. De manière générale, les colorants consistent en un assemblage de groupes chromophores, auxochromes et de structures aromatiques conjuguées (cycles benzéniques, anthracène, perylène, etc). Tableau 2 : Principaux groupes chromophores et auxochromes, classés par intensité croissante GROUPES CHROMOPHORES GROUPES AUXOCHROMES Azo (-N=N-) Amine primaire (-NH2) Nitroso (-N=O) Amine secondaire (-NHR) Carbonyl (=C=O) Amine tertiaire (-NR2) Vinyl (-CH=CH-) Hydroxyl (-OH) Nitro (-NO2) Alkoxyl (-OR) Sulfure (>C=S) Donneurs d’électrons (-Cl) II.2- Pollution engendrée par les colorants L’augmentation de la couleur rend l’eau impropre aux usages domestiques ou industriels, ceci limite la croissance des plantes aquatiques, et entraîne des effets nuisibles sur le pouvoir d’auto-épuration, provoquant indirectement des préjudices pour la pisciculture. Cependant, les colorations plus ou moins intenses des eaux, font apparaître la pollution plus importante qu’elle ne l’est en réalité. La toxicité des colorants est due à la présence de groupements phtalogènes, de cyanures, des sels de baryum et de plomb, dans leurs molécules.
  • 13. Les groupements cancérogènes, sous forme électrophiles ou radicalaires, attaquent les bases puriques et pyrimidiques de l’ADN, et causent par conséquent une altération du code génétique avec mutation et risques de cancer. III. LE MATERIAU ADSORBANT La sciure de bois utilisée dans ce travail est obtenue à partir du bois de teck, employé par des artisans d’ébénisterie de Magnambougou (Bamako). Elle se présente sous forme de copeaux ondulés et de longueurs variables. La fibre brute a été séchée à l’air libre. En effet, Le teck est une espèce d'arbres à croissance lente ou rapide, selon les circonstances. Son tronc est droit et cylindrique et peut atteindre un diamètre de 1,5 m pour une hauteur de 27 à 30 m avec 10 à 20 m sous branches et un houppier arrondi pouvant culminer à 46 m. Les feuilles du teck sont opposées et mesurent 30 à 60 cm de longueur. Elles sont larges- elliptiques, veloutées. Il fleurit chaque année à partir de l'âge 20 ans. Les fleurs sont groupées en cyme, blanches, odorantes. Le fruit est une drupe ronde et comestible produite en abondance. Les graines peuvent rester en dormance pendant de nombreuses années avant de germer. La couleur du bois varie de jaune pâle à bronze ou beige rougeâtre au veinage sombre. L'aubier est blanc. C'est un bois mi-dur, qui se travaille facilement. Sa masse volumique est de 600 à 800 kgm-3. IV. L’ADSORBAT Le Bleu de méthylène Le bleu de méthylène, colorant cationique, est une molécule organique appartenant à la famille des Xanthines. Elle est choisie comme modèle représentatif des polluants organiques de taille moyenne. L'adsorption du bleu de méthylène est utilisée depuis longtemps en vue d'évaluer les performances du charbon actif avant son emploi dans une installation d'épuration des eaux. C'est une molécule qui est utilisée aussi pour tester les pouvoir adsorbants des solides, et pour déterminer leur surface spécifique (indice du bleu de méthylène). Tableau 3 : Fiche technique sur le bleu de méthylène FICHE TECHNIQUE Figure 4 : Photographie d'un bois du Tectona grandis Figure 5 : Photographie de la sciure du bois du Tectona grandis
  • 14. Formule (colorant basique) C16H18ClN3S Masse molaire 319,852 ± 0,022 g/mol C 60,08 %, H 5,67 %, Cl 11,08 %, N 13,14 %, S 10,03 %, V. LES PHENOMENES D’ADSORPTION V. 1- Généralité L’adsorption est un phénomène de surface, qui résulte de l’existence des forces attractives non compensées dans la surface, où une substance (soluté ou adsorbat) présente dans une solution est extraite de la phase liquide et concentrée dans la surface d’un matériau solide (ou adsorbant). Selon la nature des forces mises en jeu, on peut distinguer deux types d’adsorption :  adsorption physique (ou physisorption) : Elle est due à la force électrostatique entre les molécules du soluté et la surface du solide. Il peut s'agir : - d'interaction ou de répulsion entre espèces chargées, - d'interaction entre dipôles - d'interaction de type Van Der Waals, - des liaisons hydrogène. La physisorption est rapide, réversible et n'entraînant pas de modification des molécules adsorbées.  adsorption chimique (ou chimisorption) : Elle met en jeu une ou plusieurs liaisons chimiques covalentes ou électrostatiques entre l'adsorbât et l'adsorbant. La chimisorption est généralement irréversible, produisant une modification des molécules adsorbées. Ces dernières ne peuvent pas être accumulées sur plus d'une monocouche (couche d'une molécule d'épaisseur). La distinction entre les deux types d'adsorption n'est pas toujours facile. En effet, les énergies mises en jeu dans les physisorptions fortes rejoignent celles qui interviennent dans les chimisorptions faibles. La cinétique d’adsorption décrit la diminution de la concentration de l’adsorbat dans la solution en fonction du temps de contact. L’adsorption de molécules de solutés initialement présentes en solution sur des adsorbants solides poreux en fonction du temps comprend les quatre étapes suivantes : V.2- Description du mécanisme d'adsorption :
  • 15. La cinétique d’adsorption décrit la diminution de la concentration de l’adsorbat dans la solution en fonction du temps de contact. L’adsorption de molécules de solutés initialement présentes en solution sur des adsorbants solides poreux en fonction du temps comprend les quatre étapes suivantes : 1) Le transport des solutés de la solution jusqu’à la couche limite ou film superficiel qui entoure la particule de l’adsorbant ; 2) Le transport des solutés à travers la couche limite jusqu’à l’extérieur de la particule de l’adsorbant ; 3) La diffusion des solutés à l’intérieur des pores ; 4) Et la réaction (physique ou chimique) des solutés dans la surface interne de l’adsorbant. Figure 6 : Description du mécanisme d'adsorption VI. Cinétique de l’adsorption Il a été rapporté dans la bibliographie que la chimisorption est un processus fréquent dans l’adsorption des colorants sur les biosorbants (HO et MCKAY, 1998; HO et al., 2005; OFOMAJA, 2007). La réaction se passe entre les groupements fonctionnels de la surface du bioadsorbant et les ions du colorant basique portant une charge positive (cations) en solution aqueuse, à travers la complexation ou l’échange cationique avec les charges négatives de la surface de l’adsorbant. La réaction chimique est donc une étape importante dans la détermination du taux de transfert de masse. Cette hypothèse n’empêche pas d’envisager d’autres processus régissant l’interaction entre les molécules du colorant et l’adsorbant, qui pourraient se dérouler simultanément en faisant intervenir le transport du colorant à partir du volume de la solution vers la surface du solide, la diffusion du film liquide entourant les particules de l’adsorbant ou encore la diffusion intraparticulaire (HO et MCKAY, 1998). L’ordre de la réaction est un paramètre très important dans la détermination des mécanismes réactionnels. Les ordres concernant l’adsorption sur les biomasses les plus cités dans la littérature sont : L’ordre de la réaction est un paramètre très important dans la détermination des mécanismes réactionnels. Les ordres concernant l’adsorption sur les biomasses les plus cités dans la littérature sont : - Le pseudo-premier ordre exprimé par l’équation de Lagergren: Adsorbant Colorant Eau liquide
  • 16. 𝑑𝑞 𝑑𝑡 = 𝑘1(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) Après intégration entre t = 0 et t, d’une part, et 𝑞𝑡 = 0 et 𝑞𝑡, l’équation devient : ln(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) = ln(𝑞𝑒) − 𝑘1 2,303 𝑡 Le tracé de ln(qe − qt) vs. t donne la droite avec la pente égale à k1 2,303 et l’ordonnée à l’origine égale à 𝑙𝑛(𝑞𝑒). - Le pseudo-second ordre exprimé par l’équation 𝑑𝑞 𝑑𝑡 = 𝑘2(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡)2 Après intégration entre t = 0 et t, d’une part, et 𝑞𝑡 = 0 et 𝑞𝑡, on obtient la forme linéaire : Les constantes peuvent être déterminées en traçant la droite 1 qt vs. t Avec 𝑞𝑡 et 𝑞𝑒 : les quantités adsorbées aux temps t et à l’équilibre. 𝑘1, 𝑘2 : Constantes de vitesse du processus d’adsorption de pseudo-premier ordre et pseudo- second ordre. VII. ISOTHERMES D'ADSORPTION L'isotherme d'adsorption représente la quantité adsorbée en fonction de la concentration du soluté à l'équilibre à une température donnée. VII.1- Classification des isothermes Il existe plusieurs formes d’isothermes d’adsorption selon les propriétés des surfaces adsorbants et des adsorbats. La première classification générale des isothermes d’adsorption a été proposée par Ostwald et Izaguirre en 1922 pour d’écrire l’adsorption à partir des solutions diluées. Plus tard, en 1944, Brunauer en définit cinq types pour l’adsorption à l’interface gaz- solide (Giles et al., 1960). Concernant l’adsorption à l’interface liquide-solide, la classification de référence toujours utilisée aujourd’hui, est celle de Giles et al. (1960). Elle distingue tout un ensemble de courbes regroupées en quatre classes connues sous les appellations d’isothermes de type S (Sigmoïde), L (Langmuir), H (Haute affinité) et C (partition Constante); elles sont schématisées dans la figure ci-dessous :
  • 17. Après cette description nous abordons l'interprétation des différentes classes d'isothermes. Nous commençons par la plus fréquente : l'isotherme de Langmuir. a - Classe L Les isothermes de classe L présentent, aux faibles concentrations de la solution, une concavité tournée vers le bas qui traduit une diminution des sites libres au fur et à mesure de la progression de l'adsorption. Ce phénomène se produit lorsque les forces d'attraction entre les molécules adsorbées sont faibles. Elle est souvent observée quand les molécules sont adsorbées à plat, ce qui minimise leur attraction latérale. Elle peut également apparaître quand les molécules sont adsorbées verticalement et lorsque la compétition d'adsorption entre le solvant et le soluté est faible. Dans ce cas, l'adsorption des molécules isolées est assez forte pour rendre négligeable les interactions latérales. b- Classe S Les isothermes de cette classe présentent, à faible concentration, une concavité tournée vers le haut. Les molécules adsorbées favorisent l'adsorption ultérieure d'autres molécules (adsorption coopérative), Ceci est dû aux molécules qui s'attirent par des forces de Van Der Waals, et se regroupent en îlots dans lesquels elles se tassent les unes contres les autres. Ce comportement est favorisé, d'une part, quand les molécules de soluté sont adsorbées verticalement comme c'est le cas des molécules possédant un seul groupe fonctionnel et d'autre part, quand les molécules se trouvent en compétition d'adsorption forte avec le solvant. c- Classe H La partie initiale de l'isotherme est presque verticale, la quantité adsorbée apparaît importante à concentration quasiment nulle du soluté dans la solution. Ce phénomène se produit lorsque
  • 18. les interactions entre les molécules adsorbées et la surface du solide sont très fortes. L'isotherme de classe H est aussi observée lors de l'adsorption de micelles ou de polymères formées à partir des molécules de soluté [15]. d- Classe C Les isothermes de cette classe se caractérisent par une partition constante entre la solution et le substrat jusqu'à un palier. La linéarité montre que le nombre de sites libres reste constant au cours de l'adsorption. Ceci signifie que les sites sont crées au cours de l'adsorption. Ce qui implique que les isothermes de cette classe sont obtenues quand les molécules de soluté sont capables de modifier la texture du substrat en ouvrant des pores qui n'avaient pas été ouverts préalablement par le solvant. VI.2- Types d’adsorption Plusieurs lois ont été proposées pour l'étude d'adsorption, elles expriment la relation entre la quantité adsorbée et la concentration en soluté dans un solvant à une température donnée, nous citons ci-dessous les deux principaux types. a. Isotherme de Langmuir C'est le modèle le plus utilisé pour commenter les résultats trouvés au cours de l'adsorption des composés organique en solution aqueuse. A une température constante, la quantité adsorbée q est liée à la capacité maximale d'adsorption 𝑞𝑚, à la concentration à l'équilibre Ce du soluté et à la constante d'affinité 𝐾𝐿 par l'équation : 𝑞𝑒 = 𝑞𝑚𝐾𝐿 𝑐𝑒 1+𝐾𝐿 𝑐𝑒 La transformée linéaire de ce modèle a pour équation : 𝑐𝑒 𝑞𝑒 = 1 𝑞𝑚 𝑐𝑒 + 1 𝐾𝐿 𝑞𝑚 . En portant 1 𝑄 en fonction de 1 𝐶𝑒 on obtient une droite de pente 1 𝐾𝐿 𝑄𝑚 et d'ordonnée à l'origine 1 𝑄𝑚 , cela permet la détermination des deux paramètres d'équilibre de l'équation 𝑄𝑚 𝑒𝑡 𝐾𝐿. b. Isotherme de Freundlich C'est une équation empirique largement utilisée pour la représentation pratique de l'équilibre d'adsorption. Elle se présente sous la forme : Q = 𝐾𝑓 𝐶𝑒1/𝑛𝑓 Où Q : Quantité adsorbée par gramme du solide. Ce : Concentration de l'adsorbât à l'équilibre d'adsorption. Kf et 1/nf : constantes de Freundlich caractéristiques de l'efficacité d'un adsorbant donné vis- à-vis d'un soluté donné.
  • 19. La transformée linéaire permettant de vérifier la validité de cette équation est obtenue par passage en échelle logarithmique : Ln Q = Ln Kf + 1/nf Ln Ce En traçant Ln Q en fonction de Ln Ce, on obtient une droite de pente 1/nf et d'ordonnée à l'origine Ln Kf
  • 21. 1. Matériels Dans ce travail nous avons utilisé les matériels suivants : - Un spectrophotomètre uv-visible de marque YK1006081 ; - Un pH-mètre de marque pH/cond33320set1 ; - Des béchers ; - Des erlens-Meyer ; 2. Méthode d’analyse La détermination de la concentration des colorants est effectuée par dosage spectrophotométrique dans le domaine du visible, en utilisant la loi de Beer-Lambert : 𝐴 = 𝐿𝑜𝑔 𝐼0 𝐼 = 𝜖. 𝐶. 𝐿 Avec: A : Absorbance 𝜖: Coefficient d'extinction spécifique du soluté. L : L'épaisseur de la cellule optique ; C : La concentration du soluté. 2.1 Calcul de la quantité du bleu de méthylène adsorbé La relation suivante permet de calculer la quantité du bleu de méthylène adsorbé pour chaque prélèvement et dans différents temps, selon la relation suivante : La quantité de colorant adsorbé exprimé en mg de sorbant par g de solide de l’adsorbant 𝑸𝒕 = (𝒄𝒊 − 𝒄𝒆). 𝐯 𝑴 Où Qt : quantité du colorant par gramme d’adsorbant (mg/g) ; Ci : concentration initiale du colorant (mg/L) ; Ce : concentration résiduelle à l’équilibre (mg/L) ; V : volume de la solution (L); M: masse de l‘adsorbant (g). 2.2 Calcul du pourcentage de décoloration P(%) = 100 (𝑐𝑖−𝑐𝑒) 𝑐𝑖 où - P : pourcentage de la décoloration - 𝒄𝒊 initiale en 𝑚𝑔/𝐿
  • 22. 2.3 Effet de la masse de l’adsorbant Les essais ont été réalisés par agitation de 100 mL de solutions de colorant à 20mg/L avec différentes masses de sciure de bois, dans des béchers de 250 mL, sous une vitesse d’agitation constante de 150 tr•min-1, pendant une semaine à une température de 25°C. Un volume de 2 mL de chaque échantillon ont été soutirés, filtrés et la concentration résiduelle du colorant a été déterminée à l’aide d’un spectrophotomètre (doté de cellules en tube cylindrique, Ø = 10 mm) à la longueur d’onde (λ = 650 nm). 2.2 Effet du pH L’effet du pH a été étudié en utilisant un pH-mètre Des échantillons de sciure de bois de masses toutes égales à 5 g ont été mélangés avec des volumes 100 mL de solutions de bleu de méthylène à 20 mg•L-1, dans des béchers de 250 mL. Le pH des solutions a été ajusté sur les valeurs suivantes : 3,09; 4,22; 5,09; 7,12; 9,14 et 10,56 en ajoutant soit quelques gouttes de solutions concentrées de HCl ou NaOH 0,1 M. Les mélanges ont été ensuite agités pendant 150 min à 150 tr•min-1, à 25 °C. Les concentrations résiduelles du colorant ont été déterminées par spectrophotométrie UV-Visible à la longueur d’onde λ= 650nm. 2.3 Cinétique d’adsorption Les essais de cinétique ont été réalisés en mélangeant des volumes de 100 mL de solutions de colorant à des concentrations de 20, avec des masses de 5 g de sciure de bois dans 5 béchers de 250 mL à 25 °C au pH initial de 6,9. L’homogénéisation des mélanges est assurée par un agitateur à barreau magnétique avec une agitation constante de 150 tr•min-1 (MITTAL et al., 2007). Des prélèvements ont été effectués à différents intervalles de temps : 30mn, 60mn, 90mn, 120mn et après séparation adsorbant-adsorbat, la concentration du colorant a été déterminée par spectrophotométrie.
  • 24. 1. EFFET DE LA MASSE DE L’ADSORBANT Pour mettre en évidence la capacité extractive de la sciure de teck sur le bleu de méthylène nous avons examiné l’effet de la masse du support sur le pourcentage de décoloration, en fixant le volume du soluté à 100 mL et en variant la masse de l’adsorbant introduite. L’évolution du rendement de décoloration des solutions de bleu de méthylène en fonction de la masse de l’adsorbant sont présentée dans le tableau 3. Tableau 3 : Résultat effet de la masse sur le rendement Echantillons Masse de bois (g) Absorbance (650 nm) Concentration équivalente Pourcentage de décoloration (%) 1 5 0,140 0,58 97,09 2 10 0,184 0,82 95,91 3 15 0,327 1,58 92,08 4 20 0,337 1,64 91,81 5 25 0,353 1,72 91,38 Graphique 1 : Effet de masse de la sciure de bois sur l’adsorption bleu de méthylène en solution aqueuse. Concentration = 20 mg•L-1; Temps = 60mn ; Vitesse d’agitation = 150 tr•min-1; pH = 6,9. L’influence de la masse de l’adsorbant a été étudiée dans l’intervalle 5 – 25 g. La courbe du graphique 1 montre qu’une masse de 10 g de sciure est capable de fixer un maximum de colorant de l’ordre de 95,91%. Les quantités de colorant fixées doivent être en accord avec les doses d’adsorbant en solution pour assurer un nombre équivalent de sites d’adsorption. Au- delà d’une certaine masse, le taux de rétention diminue légèrement indiquant probablement la présence d’un autre type d’interaction entre colorant et sciure de bois. Il s’agirait peut-être d’une compétition entre les fibres retenant des fractions de colorant et les fibres libres de l’adsorbant qui attirent celui-ci, le faisant revenir en solution. Il est donc utile de travailler avec des doses d’adsorbant ≤ 10 g et d’éviter un surdosage inefficace. Dans la suite du travail et pour déterminer les capacités d’adsorption en saturant tous les sites probables, nous avons choisi de travailler avec des masses d’adsorbant de 5 g. 2. EFFET DU PH SUR L’ELIMINATION DU COLORANT 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 Pourcentage de décoloration(%) masse de l'adsorbant (g) Series1
  • 25. Le pH de la solution a un effet important sur le processus d’adsorption. Il peut affecter la charge superficielle du support et les structures moléculaires des adsorbats. Ce qui rend l’étude de l’effet de ce facteur sur la capacité de rétention indispensable. L’optimisation de pH a été réalisée par l’examen de la variation de la capacité de rétention du bleu de méthylène par la sciure de bois en fonction du pH de la solution allant de 3 à 11. Tableau4 : Effet du pH sur le rendement Echantillons pH initial Absorbance (650 nm) Concentration équivalente Pourcentage de décoloration (%) 1 3.09 0,185 0,82 95,9 2 4,22 0,21 0,95 95,25 3 5,09 0,271 1,28 93,06 4 9,14 0,337 1,63 91,85 5 10,56 0.58 2,92 85,4 Graphique 2 : Effet de pH sur l’adsorption du bleu de méthylène par la sciure de bois. Masse d’adsorbant= 5 g;Concentration= 20 mg•L-1;Temps =150min; Vitesse d’agitation = 150 tr•min-1; pH initial=6,9 L’influence du pH initial des solutions sur l’adsorption a été étudiée dans l’intervalle de pH=3 à pH=11. Les quantités de colorant retenues par l’adsorbant à partir de différentes solutions ont été trouvées en relation étroite avec la valeur du pH initial de la solution (graphique2). Les taux de rétention sont appréciables entre les valeurs de pH comprises entre 2 et 4, avec un pic de rétention vers pH=5, puis une légère diminution d’efficacité est observée avec l’augmentation du pH jusqu’à pH=11. 3. Cinétique d’adsorption Les tests de décoloration du bleu de méthylène par adsorption sur la sciure de bois sont réalisés en fonction de temps de contact dans une gamme de 0 à 150 min. Un mélange de 100 mL de colorant de concentration initiale 20 mg/L. Le mélange est ensuite laissé sous agitation magnétique à température. Tableau 5 : Effet du temps sur le rendement Echantillons Temps de Concentration quantité du bleu Pourcentage de 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 Pourcentage de décoloration(%) pH
  • 26. contact en mn équivalente (mg/L) de méthylène adsorbé mg/g décoloration (%) 1 30 0,796 3,8408 96,02 2 60 1 3,8 95 3 90 1,322 3,7356 93,39 4 120 1,332 3,7336 93,34 5 150 1,414 3,7172 92,93 Graphique 2 : Effet du temps sur le rendement . Masse d’adsorbant = 5 g; Concentration = 20 mg•L-1; Temps = 150 min; 4. DETERMINATION DES CONSTANTES CINETIQUES D’ADSORPTION 4.1 Cinétique de pseudo premier ordre La cinétique d'adsorption peut être étudiée selon Gupta et al à l'aide d'une équation cinétique du premier ordre dite de Lagergren : 𝑑𝑞 𝑑𝑡 = 𝑘1(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) Après intégration entre t = 0 et t, d’une part, et 𝑞𝑡 = 0 et 𝑞𝑡, l’équation devient : ln(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) = ln(𝑞𝑒) − 𝑘1 2,303 𝑡 Les constantes du pseudo-premier ordre ont été déterminées par extrapolation du tracé de ln(qe-qt) en fonction de t. La valeur de la quantité adsorbée qe, la constante de pseudo- premier ordre k1 et le coefficient de régression r2 pour la concentration utilisée est donnée sur le tableau 6. La valeur de r2 a été trouvée relativement faible (0,52) par rapport à celui du pseudo-second ordre. Le calcul de qe montre que la quantité de colorant adsorbée est plutôt faible par rapport à la quantité expérimentale. Ces observations nous mènent à dire que l’adsorption du bleu de méthylène sur la sciure de teck n’exprime pas un processus de diffusion contrôlée puisqu’il ne suit pas l’équation du pseudo-premier ordre, donnée par Lagergren. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 30 60 90 120 150 180 Pourcentage de décoloration (%) Temps (mn) Series1
  • 27. Graphique4 : Courbe de Lagergren pour les constantes de vitesse d'adsorption du bleu de méthylène Tableau 6:Constantes de la cinétique de l’adsorption pseudo premier ordre 4.2 Cinétique de pseudo second ordre Le pseudo-second ordre est exprimé par l’équation 𝑑𝑞 𝑑𝑡 = 𝑘2(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡)2 Après intégration entre t = 0 et t, d’une part, et 𝑞𝑡 = 0 et 𝑞𝑡, on obtient la forme linéaire : Les constantes peuvent être déterminées en traçant la droite 1 qt vs. t Ainsi,la figure 5 montre l’application du modèle de cinétique de pseudo-second ordre aux résultats obtenus pour l’adsorption du bleu de méthylène. La constante de pseudo-second ordre k2 et le coefficient de régression r2 pour la concentration utilisée est donnée sur le tableau 5. La valeur de r2 est très élevée et est supérieure à 0,99 et dépasse de loin celle obtenue avec le modèle du pseudo-premier ordre. La quantité fixée à l’équilibre qe qui est de l’ordre de 3,70 est très proche de la valeur retrouvée expérimentalement (3,75mg/g). Ces dernières constatations nous amène à penser que le processus d’adsorption suit le modèle de pseudo-second ordre. Le tracé de la droite t/q en fonction de t nous permet de déterminer, par extrapolation, les constantes du pseudo-second ordre, à différents temps de contact : 𝑡 𝑞 = 0,269x - 0,187 y = -0.0261x - 0.5967 R² = 0.7171 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0 50 100 150 200 ln(qe-qt) Temps( min) Series1 Linear (Series1) Pseudo premier ordre Pseudo second ordre 𝑸𝒆 𝒓𝟐 𝒌𝟏 𝑸𝒆 𝒓𝟐 𝒌𝟐 0,52 0.717 0,06 3,70 0,999 0,35
  • 28. Ainsi, la quantité adsorbée à l’équilibre ne dépendra que de la concentration initiale en colorant et le temps appliqué, comme a été rapporté par certains auteurs (HO et MCKAY, 1999). Graphique 5 : Application du modèle de pseudo-second ordre pour l’adsorption du bleu de méthylène par la sciure de bois 5. Isothermes d’adsorption L’étude des isothermes d’adsorption permet de déterminer la capacité d’adsorption des adsorbats du bleu de méthylène sur la sciure de teck et le type de mécanisme d’adsorption. Pour cela notre étude est réalisée avec une concentration initiale de 20 mg/L pendant 150 min d’agitation à une température de 25°C. Le graphique6 illustre la variation de la quantité adsorbée à l’équilibre en fonction de la concentration d’équilibre Qe = f(Ce). R² = 0.9999 y = 0.2696x - 0.1873 R² = 0.9999 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Temps de contract (min) t/q
  • 29. Graphique 6: Effet de la concentration initiale sur la capacité d’adsorption du bleu de méthylène sur la sciure de teck. 5.1 Modèle de Langmuir Graphique 7 : Représentation linéaire du modèle de Langmuir d’adsorption du bleu de méthylène 5.2 Modèle de Freundlich Graphique 8 :Représentation linéaire du modèle de Freundlich d’adsorption du bleu de méthylène par la sciure de teck. Les valeurs des constantes de chaque modèle (tableau 7), indiquent que le modèle de Langmuir représente parfaitement le processus d’adsorption des deux colorants, avec une valeur de coefficient de corrélation proche de l’unité (0,98). La quantité adsorbée maximale obtenue par le modèle de Langmuir bleu de méthylène est 3,59mg/g est très proches de celles obtenues expérimentalement 3,75 mg/g. Ainsi, les molécules du y = -0.0147x + 0.2785 R² = 0.9826 0.259 0.26 0.261 0.262 0.263 0.264 0.265 0.266 0.267 0.268 0.269 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1/Qe 1/ce y = 5.0963x - 6.525 R² = 0.4341 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.24 1.26 1.28 1.3 1.32 1.34 ln(Qe) ln(ce)
  • 30. colorant pourraient être adsorbées en monocouches, sans qu’il y ait d’interactions colorant-colorant. Tableau 7 : Valeurs des constantes des modèles des isothermes d’adsorption de Langmuir et de Freundlich. Isothermes Paramètres Valeurs Langmuir R2 0,98 KL 12,39 Qm 3.59 Freundlich R2 0,43 KF 0,0014 nf 0,70 6. CONCLUSION L’étude des mécanismes de l’adsorption du bleu de méthylène sur la sciure de bois a fait l’objet de ce travail. Les résultats obtenus relatifs à la cinétique et les isothermes d’adsorption ont été exploités pour éclaircir le mode de fixation du colorant sur l’adsorbant. L’étude de l’influence de la concentration initiale sur la cinétique a montré que le processus d’adsorption suit le modèle de pseudo-second ordre. La capacité d’adsorption d’une masse de sciure de bois augmente avec l’augmentation de la concentration initiale du colorant dans la solution. Le modèle de Langmuir exprime mieux le type d’adsorption; les molécules du colorant sont alors adsorbées en monocouches, sans qu’il y ait d’interactions colorant-colorant, ce qui fait augmenter l’ordre de leur distribution sur la surface du bioadsorbant.
  • 32. APPLICATION 1. Impact environnemental des eaux usées produites par des teinturières La teinture artisanale devient une activité de plus en plus importante dans la ville de Bamako. Au Mali, les sites de teintureries artisanales occupent les rues, les bords des caniveaux, des collecteurs et ceux du fleuve Niger. En 2006 on dénombrait, dans la seule commune V de Bamako, 304 teinturières recensées à Bamako parmi lesquelles 204 jetaient leurs eaux usées dans les rues, 24 dans le fleuve Niger, 69 dans les collecteurs et caniveaux et 7 seulement dans les puisards. Plus de 16 000 m3 d’eaux usées de colorants textiles artisanales sont déversées annuellement dans le fleuve Niger ou dans la nature sans traitement. Les effluents de colorants textiles sont des mélanges complexes de produits chimiques. Leurs valeurs élevées de pH, des matières en suspensions, et de la température sont parfois très préjudiciables pour le milieu environnemental en particulier pour les écosystèmes aquatiques. Des mordants métallifères sont très souvent utilisés pour la fixation plus durable des colorants des fibres naturelles (coton) notamment les sulfates de fer, de cuivre et le bichromate de potassium. Ces eaux usées contiennent des colorants difficilement biodégradables de nature diverse (acide, basique, dispersifs…) et non identifiés. La pollution des eaux usées de teintureries textiles est visuelle (colorants non fixés) et organique (grandes variétés de produits chimiques utilisés (acides, bases, sels, détergents)). Ces eaux usées de teinturerie textile contiennent également des métaux lourds comme le cuivre, le zinc et le chrome dont la teneur dépasse 0,1mg/L. Elles sont également caractérisées per leur pH variant de 3 à 12, leur DCO (Demande Chimique en Oxygène) élevée également entre 250 et 31750 mg/L et leur DBO5 qui peut atteindre 9000mg/L. leur teneur en sels minéraux peut atteindre 6kg/m3. Une concentration de 10 à 50 mg/L de colorant dans une eau peut réduire la pénétration de la lumière pouvant ainsi influencer l’effet de photosynthèse. 2- Caractérisation des eaux usées de teintureries textiles artisanales Un échantillon d’eau usée de colorant textile par le centre de teintureries textiles en commune V a été analysé. Les résultats des paramètres physicochimiques sont donnés en tableaux 8 et 9.
  • 33. Tableau 8 : Paramètres physico-chimiques des rejets des eaux de teintureries textiles en commune V Tableau 9: Concentrations des métaux présents dans les rejets des eaux de teintureries textiles en commune V L’échantillon d’eau usée analysé est caractérisé par sa forte DCO et sa forte DBO5 dépassant 10 fois les valeurs des normes maliennes de rejets qui sont de 150 ppm et 50 ppm respectivement pour la DCO et la DBO5. Cet échantillon doit donc être traité avant son rejet. Paramètres physico chimiques Turb Temp. pH Cond TDS MES DBO5 DCO Cl- HCO3 - CO3- PO4 - SO4- NO3 Unités - - ms/cm g/L mg/L mg/L mg/L g/L g/L g/L mg/L g/L mg/L Valeur 1077,66 29,34 11,64 96,016 48,62 0,35 413,4 25941 497 74 85 0 1,46 0 Normes maliens de rejets <40 6,5-9,5 <2,5 - <30 50 150 <1,2 - - <10 <1 <30 Métaux Fe Zn Cu Cr Ni Pb Cd Mn K Na Unités mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Valeurs 5,67 <0,002 1,20 23,17 16,67 1,03 0,08 23,17 341,50 7384,17 Normes maliens de rejets <2 <2 <2 0,2 0,05
  • 34. 3. Procédées de traitement des eaux usées des teintureries textiles artisanales Les eaux usées de teintureries textiles peuvent être traitées par plusieurs procédées : - microbiologique ; - membranaire ; - photocatalyse ; - d’adsorption ; - flottaison ; - floculation/décantation. Pour un procédé moins coûteux, nous avons choisi l’adsorption sur des matériaux locaux dont la sciure de bois afin de réduire les colorants dans les rejets des eaux usées de teintureries textiles artisanales. L’adsorption des eaux usées de colorants textiles sur sciure de bois et charbon actif permet en priorité de réduire les colorants et les métaux. Elle permet également d’abaisser la DCO et la DBO5. Le traitement final par les filtres plantés permet d’éliminer les métaux lourds. Le traitement est effectué sur un dispositif comprenant : - un bassin de stockage (4mx4mx1, 5) muni d’une pompe ; - un bassin de prétraitement (4mx4mx1, 75) muni également d’une pompe contenant des couches d’adsorbants constituées de sciures de bois, de charbon actif et du sable fin ; - quatre filtres cylindriques de charbon actif ; - une aire de filtres plantés d’eucalyptus ; Pour un problème de réduction d’odeur le bassin de stockage est dallé à 50 cm de sa surface pour contenir du charbon local. BS BT F F PILOTE DE TRAITEMENT EXISTANT Filtres plantés P P F F Schéma du Pilote de traitement existant
  • 35. Où BS : Bassin de stockage ; BT : Bassin de traitement ; F : Filtre ; P : Pompes ; 4. Efficacité du traitement Nous avons suivi l’efficacité du traitement du pilote tout en mesurant le taux de rabattement des paramètres comme la DCO, la DBO5 et la conductivité des eaux usées à l’entrée et à la sortie du pilote. Les résultats sont groupés dans le tableau 10. Tableau 10 : taux de rabattement de la DCO, de la DBO5 pH DCO DBO5 %Cnd %DCO %DBO5 %Cnd Entrée 11,64 25941 413,4 96,01 40 60,01 50 Sortie 11,5 15564,6 165,3 48 Le résultat montre que le pilote n’est pas efficace et mérite un lavage de filtres.
  • 36. 5. CONCLUSION GENERALE Au cours de cette étude, la réduction de la coloration d’une solution de bleu de méthylène sur la sciure de Tectona grandis a été suivie. La cinétique et les isothermes d’adsorption ont été étudiées à température ambiante pour éclaircir le mode de fixation du colorant sur l’adsorbant. Les résultats obtenus montrent que le type d’adsorption est celui de Langmuir. C'est-à-dire que les molécules du colorant sont adsorbées en monocouches sans qu’il ait d’interactions colorant-colorant. L’étude de l’influence de la concentration montre que le processus d’adsorption suit le modèle du pseudo-second ordre. Les taux de retentions sont très appréciables entre les valeurs de pH comprises entre 2 et 4 pour une dose d’adsorbant inférieur ou égale à 10mg. Une application de la décoloration des eaux usées a été testée par l’équipe du laboratoire de Génie Chimique. Le pilote est constitué de filtres de sciure de bois et d’autres adsorbants tels que le charbon actif et le sable. Le taux de rabattement en DCO et la DBO5. Après analyse de ces résultats nous pouvons conclure que le pilote de traitement que nous avons conçu en utilisant la sciure de bois du Tectona Grandis a donné des réultats peu satisfaisant.