Développement d'un procédé hybride d'oxydation électrolytique et d'éléctrocoagulation pour le traitement des eaux usées non connectées à des infrastructures communautaires.

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF. Les eaux usées domestiques (EUD) et de restaurant (EUR) provenant des régions isolées contiennent des quantités de polluants organiques, inorganiques et bactériens de nature et de concentrations différentes. Le manque de traitement approprié ou le rejet direct de tels effluents dans l'environnement sans traitement préalable est à l'origine d'une contamination des eaux de surface et des eaux souterraines. Étant donné que les normes environnementales deviennent de plus en plus strictes dans le domaine de l'assainissement des eaux, les recherches s'orientent de plus en plus à identifier des techniques de traitement simples, moins coûteuses et qui assurent une meilleure efficacité d'élimination des différents contaminants. En vue de répondre à ces exigences, les méthodes électrochimiques (électrocoagulation (EC), électrooxydation (EO), électroréduction (ER)) deviennent de plus en plus intéressantes dans les dernières décennies puisque qu'elles permettent d'éviter quelques inconvénients des méthodes conventionnelles de traitement (notamment les techniques physico-chimiques et biologiques). L'objectif principal de ce projet est de développer un procédé hybride d'oxydation et de coagulation par voie électrolytique (ER-EC ou EO-EC) pour éliminer à la fois les polluants solubles et insolubles (de type organique, inorganique et microbien) des eaux usées non connectées à des infrastructures centralisées de traitement d'effluent. Le procédé ER-EC favorise la production d'un agent coagulant (Fe2+/Fe3+ ou A13+) et un agent oxydant (H202). Le procédé EO-EC permet de générer dans un même réacteur un agent coagulant (Fe2+/Fe3+ ou A13+) et un agent oxydant (HelO). L'application de ces technologies (ER-EC ou EO-EC), dans un même réacteur, assure une dégradation des polluants organiques et inorganiques, une désinfection et une clarification efficace de l'effluent. Deux cellules électrolytiques (parallélépipédique et cylindrique) ont été utilisées pour le traitement des EUR et EUD. Une caractérisation des cellules en termes de leur capacité de production d'agent coagulant (Fe2+/Fe3+ ou Al3+) et d'agent oxydant (H202 ou HCIO) a été effectuée. Des concentrations de 4.2 mg L-1 et de 1.6 mg L-1 de peroxyde d'hydrogène ont été obtenues en utilisant respectivement à la cathode le carbone vitreux et le graphite. Un taux de production de chlore actif de 57 mg h-1 A-1 a été obtenu en appliquant une densité de courant de 0.91 à 4.55 mA cm-2 et pour une concentration initiale des. ions chlorures de 30 mg L-1. L'évaluation de la performance du procédé EO-EC pour le traitement des EUR à l'aide d'une cellule parallélépipédique a été basée sur une série d'optimisation de certains paramètres opérationnels, tels que l'intensité de courant imposée, le choix de l'anode, la durée de traitement, l'effet de l'ajustement du pH et de l'ajout de l'électrolyte. À l'aide de cette méthodologie de travail, une intensité optimale de 0.4 A, une durée de traitement de 90 min, un ajustement de pH à 7 et une décantation assistée à l'aide d'un polymère cationique LPM 3135 (10 mg L-1), a conduit à un abattement maximal de la demande chimique en oxygène (DCOr) de 91%, un taux d'enlèvement de la demande biochimique en oxygène (DBO5) de 86%, un réduction de la turbidité de 98%, un taux d'élimination des huiles et des graisses (H&G) allant jusqu'à 98% et une déphosphatation de 88%. Une méthodologie de surface de réponse basée sur l'élaboration d'un plan factoriel et un plan central composite a été utilisée pour optimiser le traitement des EUD par un procédé EO-EC. Les conditions optimales de traitement qui ont été retenues correspondent à l'utilisation d'une électrode d'aluminium fonctionnant à une intensité de courant de 0.7 A pendant 39 min. Un abattement de 80% de la DCOT a été obtenu dans ces conditions. L'ensemble de ces essais a permis d'élaborer et de tester une chaîne complète de traitement hybride (électrolyse ER-EC, décantation et filtration sur sable) pour l'épuration des EUD

Développement d'un procédé d'oxydation photoéléctrocatalytique innovant utilisant des électrodes nanostructurées de Ti/TiO₂ pour le traitement des effluents contaminés par des résidus médicamenteux.

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF. Depuis un certain nombre d'années, une attention scientifique particulière est portée sur l'émergence et le devenir dans l'environnement de composés organiques persistants d'origine urbaine et industrielle. Ces composés ne sont pas généralement éliminés dans les filières conventionnelles de traitement des eaux usées et s'accumulent ainsi dans le milieu récepteur. Ils provoquent des bouleversements significatifs sur la faune et la flore ainsi que sur la santé humaine. Plusieurs espèces animales et végétales sont en voie de disparition à cause des composés nocifs présents dans l'environnement. Au cours de ces dernières années, de nombreuses technologies ont été développées pour faire face à ces polluants d'intérêt émergent. De ce point de vue, les procédés d'oxydation photoélectrocatalytique sont particulièrement intéressants. L'intérêt de ces techniques réside dans leur aspect non polluant et leur facilité d'automatisation. L'objectif de ce projet est d'évaluer l'efficacité de l'oxydation photoélectrocatalytique utilisant une électrode nanostructurée de Ti/Ti02 dans le traitement des effluents contenant des composés organiques persistants tel que la chlorotétracycline et la carbamazépine. Le développement d'un procédé d'oxydation photoélectrocatalytique mettant en synergie les procédés électrochimiques et les techniques photo catalytiques pourrait constituer une avenue potentielle de traitement des composés organiques persistants. Le procédé photo catalytique est une technologie basée sur l'irradiation d'un catalyseur, en général un semi-conducteur (Ti02) qui peut être photo excité pour former des sites électro-donneurs (h⁺) et des sites électro-accepteurs d'électrons (e⁻) induisant ainsi des réactions d'oxydo-réduction. L'application des radiations UV ayant une énergie supérieure au gap d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction favorise le passage des électrons de la bande de valence à la bande de conduction créant ainsi des pairs d'électron-trou (e⁻/h⁺). La durée de vie de ces paires d'électron-trous (e⁻/h⁺) est de l'ordre de nanoseconde. Le potentiel externe appliqué dans un procédé photoélectrocatalytique constitue un facteur clé puisqu'il est capable de retarder la recombinaison d'électron-trou e⁻/h⁺ photogénéré. Cet effet de synergie permet de produire in situ des espèces oxygénées réactives très puissantes telles que les radicaux hydroxyles ayant la capacité de dégrader efficacement les composés organiques jusqu'à sa minéralisation. Le Ti02 est le semi-conducteur le plus utilisé comme photoanode dans les réactions photocatalytiques. Néanmoins, cette activité photo-catalytique de Ti02 se limite souvent à l'utilisation des rayonnements ultra-violets (λ < 384 nm) qui représentent seulement 3 à 5% des radiations solaires. L'exploitation des radiations visibles en présence de Ti02 dopé à l'azote serait une alternative pour l'application du procédé d'oxydation photoélectrocatalytique à grande échelle. Le matériel photoélectrocatalytique utilisé afin de réaliser cette étude est composé d'une cellule photoélectrocatalytique à électrode rectangulaire de Ti/Ti02 (dopé ou non-dopé à l'azote) et alimenté par des radiations UV (ou des radiations visibles), ce qui a permis à l'échelle du laboratoire, d'évaluer et d'optimiser le procédé. Les travaux préliminaires ont d'abord consisté à évaluer le potentiel d'oxydation d'un procédé photoélectrocatalytique. Pour ce faire, la p-nitrosodimethylaniline (RNO) a été utilisé pour évaluer la capacité de production des espèces oxygénées réactives telles que l'ozone et les radicaux hydroxyles. Un taux de blanchissement de RNO allant jusqu'à 22.6 10-3mM h-1 a été obtenu en appliquant une intensité de courant de 0.1 A sous irradiation UV-254 nm et en utilisant la forme anatase de Ti02 comme photo anode et le carbone vitreux à la cathode. Ces résultats permettront ultérieurement d'exploiter cette technique pour le traitement d'une solution synthétique contaminée par un polluant organique persistant tel que la chlorotétracycline, puis pour le traitement des effluents réels artificiellement contaminés par la chlorotétracycline. À titre de comparaison, la carbamazépine a été étudié. L'évaluation de la performance d'une cellule d'oxydation photoélectrocatalytique pour le traitement des eaux usées synthétiques contaminées par la CTC a été basée sur une série d'optimisation de certains paramètres opérationnels. Les différents paramètres inhérents à ce procédé tels que l'intensité de courant, le temps de traitement, la structure cristallographique de Ti02, le type de cathode, le pH et la concentration initiale du polluant ont été évaluées en termes d'efficacité de dégradation du polluant et de coût énergétique. Le recours à l'utilisation d'un logiciel de plan d'expérience en premier lieu a permis de décrire les différents processus de dégradation et d'évaluer les effets propres à chaque paramètres ainsi que les interactions éventuelles. Cette étude a permis également à partir des modèles mathématiques issus du plan d'expérience de déterminer les conditions opératoires optimales. L'étude de la dégradation de la chlorotétracycline par un procédé d'oxydation photoélectrocatalytique a permis de mettre en évidence l'effet de chaque paramètre et de mieux comprendre les mécanismes de dégradation mis enjeu. Des taux de dégradation de la chlorotétracycline de 99.6% et des taux d'élimination de 92.5%±O.26% et de 90.3%±1.1 % de carbone organique total et d'azote totale ont respectivement été enregistrés, après 180 min du temps de traitement, sous radiation visible, en imposant une intensité de 0.6 A et en utilisant le Ti02 dopé à 3.4 at.% d'azote et en présence d'une cathode de carbone vitreux. L'analyse des sous-produits de dégradation de la chlorotétracycline a permis de proposer un mécanisme réactionnel de dégradation. Une fois les conditions optimales de dégradation du chlorotétracycline déterminées, celles-ci ont été appliquées pour le traitement d'effluents réels issus de station d'épuration et artificiellement contaminés par ce polluant. Un rendement de degradation totale de la chlorotétracycline (99.1 %±0.1 %) a été enregistré après 180 min du traitement photoélectrocatalytique utilisant le Ti02 dopé à l'azote et une intensité de courant de 0.6 A. Des taux d'élimination de 85.4% ±3.6%, 87.4%±3.1 % ainsi que de 55.7% ± 2.9% ont respectivement été enregistrés pour le carbone organique total, pour l'azote total et pour l'azote ammoniacal. Une meilleure efficacité de désinfection (94.8%; abatement > 1.2-log units) a été également obtenue dans les conditions optimales du traitement d'oxydation photoélectrocatalytique. Le coût de traitement photoélectrocatalytique a été estimé à $4.17 ± 0.01 m-3

Photosonochemical degradation of butyl-paraben: Optimization, toxicity and kinetic studies

The objective of the present work is to evaluate the potential of a photosonolysis process for the degradation of butyl-paraben (BPB). After 120 min of treatment time, high removal of BPB was achieved by the photosonolysis (US/UV) process (88.0 ± 0.65%) compared to the photochemical (UV) and the conventional ultrasonication (US) processes. Several factors such as calorimetric power, treatment time, pH and initial concentration of BPB were investigated. Using a 24 factorial matrix, the treatment time and the calorimetric power are the main parameters influencing the degradation rate of BPB. Subsequently, a central composite design methodology has been investigated to determine the optimal experimental parameters for BPB degradation. The US/UV process applied under optimal operating conditions (at a calorimetric power of 40 W during 120 min and under pH 7) is able to oxidize around 99.2 ± 1.4% of BPB and to record 43.3% of mineralization. During the US/UV process, BPB was mainly transformed into 1 hydroxy BPB, dihydroxy BPB, hydroquinone and 4-hydroxybenzoic acid. Microtox biotests (Vibrio fisheri) showed that the treated effluent was not toxic. The pseudo-first order kinetic model (k = 0.0367 min− 1) described very well the oxidation of BPB

Nanoencapsulation and release study of enzymes from Alkanivorax borkumensis in chitosan-tripolyphosphate formulation.

The crude alkane hydroxylase and lipase enzymes from the hydrocarbonoclastic bacterium, Alcanivorax borkumensis were entrapped into chitosan nanoparticles (CSNPs) by ionotropic gelation method. For an optimal loading efficiency, enzyme-chitosan/tripolyphosphate (ENZ-CS/TPP) ratio was investigated. Fourier transform infrared spectra and morphology by scanning electron microscopy were used to explore and confirm alkane hydroxylase and lipase loaded into CSNPs. Seven consecutive ratios were investigated. Entrapment efficiency increased by increasing the ratio enzyme-chitosan/TPP. The optimal ratio with the best entrapment efficiency that was maintained for both alkane hydroxylase and lipase was 5:1. Particle size and zeta potential of the optimal ENZ-CSNPs was 473 nm and +21.8, respectively. Entrapment efficiency for alkane hydroxylase loaded CSNPs and lipase loaded CSNPs was 58.37% and 67.14%, respectively. The immobilized alkane hydroxylase and lipase exhibited more than two folds increase in vitro half-life in comparison with the free enzymes maintaining around 70% of initial activity after 5 days. This study leads to a better understanding of how to prepare CSNPs, how to achieve high encapsulation efficiency and how to prolong the release of enzymes from CSNPs.</p

Bench-scale production of enzymes from the hydrocarbonoclastic bacteria Alcanivorax borkumensis and biodegradation tests.

This study investigates motor oil (3, 5, 7.5 and 10% (v v− ⁻¹)) as a sole carbon source for the production of Alcanivorax borkumensis in shake flasks and a 5 L bench-scale fermenter in comparison to the standard media. Shake flask studies showed a significant and higher cell growth (p=0.000038), lipase (p = 0.006900) and alkane hydroxylase production (p = 0.000921) by Alcanivorax borkumensis when motor oil was used as the substrate. Based on Tukey post-hoc tests, 5% motor oil concentration was selected as the optimal substrate concentration. The 5 L fermenter experiments conducted using motor oil at 5% (v v⁻¹) concentration, under controlled conditions exhibited significant and higher alkane hydroxylase and lipase activities (55.6 U mL⁻¹ (p = 0.018418) and 208.30 U mL⁻¹ (p =  0.020087), respectively) as compared with those of motor oil at 3% (v v⁻¹) and n-hexadecane at 3% (v v⁻¹) concentration which was used as control. Cell growth was significantly higher when motor oil (3 or 5%) was used as a substrate (p =  0.024705). Enzymatic degradation tested on two different polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) contaminated groundwaters showed 37.4% removal after 5 days with a degradation rate of 196.6 ppb day⁻¹ and 82.8% removal after 10 days with a degradation rate of 217.54 ppb day⁻¹ for the 1st site and an almost complete biodegradation with 95% removal and 499.02 ppb day−1 removal rate after only 5 days for the 2nd site

Coupling of the electrochemical oxidation (EO-BDD)/photocatalysis (TiO2-Fe-N) processes for degradation of acid blue BR dye

We report on the successful preparation of Fe-N codoped Titania powders, using TiO2Degussa P25, salt of Fe (II), and Urea. Modified Titania-based materials were characterized by SEM, EDS, BET, Raman, XRD diffraction and diffuse reflectance UV–vis spectroscopy measurements. The doping of TiO2 induced a shift in the absorption threshold toward the spectral range, obtaining catalysts with a greater photoactivity than the one of pure Degussa P25. The degradation of 200 mL of a solution with 50 mg L− 1acid blue BR dye in sulfate medium at pH 3.0 has been comparatively studied by electrochemical oxidation using a boron doped diamond anode (EO-BDD), Photocatalysis TiO2-Fe-N, and coupled material of EO-BDD/Photocatalysis TiO2-Fe-N. The solution was slowly degraded by EO-BDD (25%) and single Photocatalysis TiO2-Fe-N because of the low rate of dye degradation and its colored by-products with hydroxyl radicals generated at the BDD anode and catalyst surface from water oxidation (29%), whereas the solution was more rapidly degraded using coupled material of EO-BDD/Photocatalysis TiO2-Fe-N (82%), owing to the additional generation of hydroxyl radicals from the photocatalysis of TiO2-Fe-N and BDD anode.The authors thank the PRODEP Program (PRODEP-UGTO-PTC-472 and PRODEP 2015 UGTO-PTC-457) of UGTO under the Project 007/ 2015 (Convocatoria Institucional para Fortalecer la Excelencia Académica 2015), and the Project 778/2016 (Convocatoria Institucional de Apoyo a la Investigación Científica 2016-2017) is acknowledged. Authors thank Guanajuato University-CONACYT National Laboratory for SEM-EDX analysis. Financial support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness in projects CTM2015-69845- R and CTQ2015-66078-R (MINECO/FEDER, UE) is gratefully acknowledged. C. J. Escudero thanks CONACYT-CONCYTEG for the postgraduate research grant (230713/383108) from Mexico

Photocatalytic Degradation of Bisphenol A Induced by Dense Nanocavities Inside Aligned 2D-TiO2 Nanostructures

The preparation of materials with aligned porosity in the nanometer range is of technological importance for a wide range of applications in molecular filtration, biomaterials and catalysis. Herein we present the advantages offered by cryo – lyophilisation technique as a smart and green non-standard concept to produce dense regular polyhedral nanocavities inside the 2D TiO2 nanosheets. Hierarchical morphologies of nanocavities start to appear at temperature higher than 800 °C and are strongly influenced by polymorph TiO2 evolution competing reactions. The small angle X-ray scattering (SAXS) analysis confirms self-assembled 3D nanocavities with size range from 5 to 10 nm in both length and width, and depth ˜3.6 nm formed after realising of the confined ice-water. It was found that nanocavities enhance significantly the absorption properties of TiO2 in the UV region, thereby providing a new approach to increase the photoreactivity of 2D TiO2 nanosheets. The annealed precursors containing aqueous solution of peroxo polytitanic acid (PPTA) at 800 °C exhibited the highest photoactivity in degrading bisphenol A (BPA) due to evenly distributed nanocavities inside single anatase TiO2 nanocrystals interconnected and aligned onto the 2D TiO2 nanosheet arrays