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N° d’ordre:20/2015-M/G.P REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINIST

N° d’ordre:20/2015-M/G.P REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté de Génie Mécanique et de Génie des Procédés MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MAGISTER En: Génie des Procédés Spécialité: Génie de l’Environnement Par : IHADADENE Rachida THEME Soutenu publiquement le 04 /06 /2015, devant le jury Composé de: Mme N. MEZENNER - YEDDOU Professeur à l’USTHB Présidente Mr N. NASRALLAH Maître de Conférence /A, à l’USTHB Directeur de thèse Mme H.MOGHRANI Maître de Conférence/A, à l’USTHB Examinatrice Mr M.TALEB-AHMED Maître de Conférence /A, à l’USTHB Examinateur Etude cinétique de l’élimination des polluants par biosorption et photocatalyse dans un photoréacteur En premier lieu, je remercie le bon DIEU le tout puissant de m’avoir donné la volonté, la santé et le courage pour mener à terme ce travail. Ce travail de recherche a été réalisé au Laboratoire de génie de la réaction à la faculté de Génie Mécanique et Génie des procédés de l’Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene. J’exprime ma profonde reconnaissance à Mme R.MAACHI Professeur à l’USTHB, pour votre accueil avec affection et bienveillance au sein de ce laboratoire. Je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes sincères remerciements à mon directeur de thèse Monsieur N. NASRALLAH Maître de conférences à l’USTHB, pour tout le temps qu’il m’a consacré, sa confiance qu'il m'a accordée, ses compétences scientifiques et ses encouragements permanents m’ont beaucoup aidé et je tiens à lui adresser l’expression de ma profonde reconnaissance. Je tiens à remercier vivement Madame N.YEDDOU-MEZENNER, professeur à l’USTHB, pour le grand l’honneur qu’elle m a fait en acceptant de présider le jury de cette soutenance. Mes sincères remerciements s’adressent également à Madame H.MOGHRANI et Monsieur M.TALEB-AHMED Maître de conférences à l’USTHB, qui ont accepté d'examiner ce travail. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude. Je tiens à témoigner à Mr M.TRARI Professeur à l’USTHB, ma sincère gratitude pour ses conseils et ses encouragements. Ma sincère reconnaissance s’adresse également à Madame M.OUYAHYA Professeur à la Faculté de Médecine d’Alger, pour vos encouragements et conseils, ainsi que pour l’aide que vous m’avez apportée pour la réalisation de ce travail. Je tiens à exprimer toute ma gratitude et mes sincères remerciements à Madame Z.BADANI enseignante à USTHB pour l’aide qu’elle m’a apportée tout au long de ce travail. Je tiens à remercier également H .TIZI enseignante à USTHB, pour n’avoir lésiné sur aucun moyen pour me faciliter la réalisation de ce travail. Je tiens à exprimer tous mes sincères remerciements à Monsieur M.kébir ATC au centre de Recherche de Bouismail, pour ses précieuses directives, ses idées scientifiques et sa disponibilité. Mes remerciements et ma profonde reconnaissance s’adressent également à D.HAMANE, F.FERRAG, M.LARFI, D.DOUARA, F.BELDJOUDI, H.CHALGOUM,S.DEBIANE,AKILA,S.HAMOUNI,FATMAZHORA, pour l’énorme soutien scientifique et pour leur perspicacité qui ont contribué à la réalisation de ce travail. Ma profonde amitié et reconnaissance vont à toute l’équipe de recherche du laboratoire de génie de la réaction en particulier S.TEBANI, F. D – BENSENANE , C.LACHMET, H.BOUCHAABA, L .BERREHRAH, F.MADJEN,K.MEDDOUR, leyla, pour tous les échanges techniques, scientifiques et pour leur sympathie. Je n’oublierai pas de remercier chaleureusement toute l’équipe du Laboratoire de ChimieThérapeutique,SAKINA,FARHASABRINA,NAWEL,BAYA,FARIDA ,FAYZA eT Le personnel de l’administration et bibliothèque du département de pharmacie de la faculté de Médecine Enfin, j'adresse mes plus sincères remerciements à M.ADI, M.BOUROU, S.ADI, S.DJAOUTI, A.BOUROU,H.KOUCHA, N.SADI,M.KOUCHA qui m'ont aidé et toujours soutenu et encouragé au cours de la réalisation de ce mémoire. Résumé Les eaux usées rejetées par l’industrie textile, causent beaucoup de nuisances à l’environnement. Certains polluants présents dans ces eaux de rejet comme les colorants et les adjuvants se sont avérés récalcitrants aux méthodes physico-chimiques classiques. Afin de protéger les ressources naturelles en eau, il est nécessaire de traiter ces effluents par des procédés efficaces et spécifiques avant leur rejet dans le réseau hydrographique naturel. Les techniques d’adsorption, sont reconnues pour leur efficacité dans l’élimination des polluants organiques en utilisant comme adsorbant le charbon actif. Ces techniques nécessitent l’utilisation de grandes quantités en charbon actif par conséquent, une augmentation significative de déchet végétal saturé en polluants est engendrée. Cependant, plusieurs travaux ont montré la pertinence du traitement des effluents chargés en matières organiques par les procédés combinés. L’objectif de cette étude est de montrer l’efficacité de combiner la biosorption et la photocatalyse hétérogène en solution aqueuse pour l’élimination des colorants cationiques, la fuchsine basique et la thionine. Les résultats obtenus ont montré un taux d’élimination de 68 et 69 % de la thionine et de la fuchsine basique par biosorption sur les noyaux de nèfles, respectivement. Un traitement par photocatalyse hétérogène a été effectué sur les concentrations résiduelles en solution, en présence d’un semi conducteur Sr2Fe2O5. En effet, un taux de dégradation de 94% de la thionine a été enregistré sous irradiation solaire. Ce résultat confirme l’efficacité de traitement par les procédés combinés. Mots clés : biosorption, biomasse, colorants cationiques, photocatalyse hétérogène, semi conducteur I Abstract The wastewater given off by the textile industry causes a lot environmental problems. Some of the polluting materials contained in this wastewater such as dye an adjuvant cannot be treated by the conventional physic-chemical methods. In order to protect the natural water sources, it is necessary to treat these effluents by specific and efficient processes before rejecting them in the natural water system .The techniques of biosorption are known for their efficiency in the elimination of polluting organic materials by using the active carbon .these techniques need the use of large quantities of carbon and consequently a considerable increase in saturated vegetal waste is caused. Nevertheless, a lot of researches proved relevance of the combined procedures in the treatment of the wastewater. The aim of this study is the show the efficiency of combining the biosorption and heterogeneous photo catalyze in aqueous solutions in the elimination of the cationic dye, the basic fuchsine and the thionin. The obtained results showed an elimination rate of respectively 68% and 69% for the thionin and basic fuchsine by biosorption. A treatment by photo catalyze has been done for residual concentrations in solution in the presence of a semiconductor Sr2Fe2O5.Indeed a degradation rate of 94% has been notices under solar irradiation .This confirms the efficiency of the combined processes . Keywords: biosorption, biomass, cationic dyes, heterogeneous photo catalysis,semiconductor II اﻟﻤﻠﺨﺺ ﻣﯿﺎه اﻟﺼﺮف اﻟﻨﺎﺗﺠﺔ ﻣﻦ ﺻﻨﺎﻋﺔ اﻟﻨﺴﯿﺞ ﺗﺴﺒﺐ اﻟﻜﺜﯿﺮ ﻣﻦ اﻟﻀﺮر ﻋﻠﻰ اﻟﺒﯿﺌﺔ. وﻗﺪ أﺛﺒﺘﺖ ﺑﻌﺾ اﻟﻤﻠﻮﺛﺎت ﻓﻲ ﻣﯿﺎه اﻟﻨﻔﺎﯾﺎت ﻣﺜﻞ اﻷﺻﺒﺎغ اﻧﮭﺎ ﻏﯿﺮ ﻗﺎﺑﻠﺔ ﻟﻠﺘﺤﻠﻞ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻻﺳﺎﻟﯿﺐ اﻟﻔﺰﯾﺎﺋﯿﺔ اﻟﺘﻘﻠﯿﺪﯾﺔ. وﻟﺬﻟﻚ، ﻣﻦ أﺟﻞ ﺣﻤﺎﯾﺔ اﻟﻤﻮارد اﻟﻤﺎﺋﯿﺔ اﻟﻄﺒﯿﻌﯿﺔ. ﻓﻤﻦ اﻟﻀﺮوري ﺗﻄﻮﯾﺮ ﻋﻤﻠﯿﺎت ﻓﻌﺎﻟﺔ وﻣﺤﺪدة ﻗﺒﻞ اﻟﺘﺼﺮﯾﻒ ﻓﻲ ﻧﻈﺎم اﻟﻤﯿﺎه اﻟﻄﺒﯿﻌﯿﺔ. ﺗﻘﻨﯿﺎت اﻻﻣﺘﺰاز، وﻣﻦ اﻟﻤﻌﺮوف أن ﺗﻜﻮن ﻓﻌﺎﻟﺔ ﻓﻲ إزاﻟﺔ اﻟﻤﻠﻮﺛﺎت اﻟﻌﻀﻮﯾﺔ ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام ﻣﻜﺜﻒ اﻟﻜﺮﺑﻮن اﻟﻤﻨﺸﻂ، وﻟﻜﻦ ﯾﺘﻄﻠﺐ ﻛﻤﯿﺎت ﻛﺒﯿﺮة ﻣﻦ ھﺬه اﻟﻤﺎدة وﺑﺎﻟﺘﺎﻟﻲ، ﺳﯿﻜﻮن ھﻨﺎك زﯾﺎدة ﻛﺒﯿﺮة ﻓﻲ اﻟﻨﻔﺎﯾﺎت ﻟﺬا ﺗﻨﺼﺢ اﻟﻌﺪﯾﺪ ﻣﻦ اﻟﺪراﺳﺎت ﺗﻨﻔﯿﺬ اﻟﻌﻤﻠﯿﺎت اﻟﮭﺠﯿﻨﺔ، وﻋﻠﻰ وﺟﮫ اﻟﺨﺼﻮص ﻋﻤﻠﯿﺔ اﻷﻛﺴﺪة اﻟﻤﺘﻘﺪﻣﺔ ﻣﻊ اﻻﻣﺘﺼﺎص اﻟﺤﯿﻮي. ﻣﻦ ﺑﯿﻦ اﻟﻌﻤﻠﯿﺎت اﻷﻛﺴﺪة اﻟﻤﺘﻘﺪﻣﺔ، اﻟﺘﺤﻠﻞ اﻟﻀﻮﺋﻲ ﯾﺒﺪو ﻣﺜﯿﺮا ﻟﻼھﺘﻤﺎم ﻹزاﻟﺔ اﻟﻤﻠﻮﺛﺎت اﻟﻌﻀﻮﯾﺔ. أزﯾﻠﺖ ﺑﻤﻌﺪ69 و٪. 7 ﻋﻠﻰ اﻟﺘﻮاﻟﻲ ﻟﺜﯿﻮﻧﯿﻦ وﻓﻮﻛﺴﯿﻦ اﻷﺳﺎﺳﻲ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻻﻣﺘﺼﺎص٪. اﻟﺤﯿﻮي ﻣﻊ2.5 ﻏﺮام ﻣﻦ اﻟﻜﺘﻠﺔ اﻟﺤﯿﺔ ﻓﻲ1 ﻟﺘﺮ و .ﺗﻢ ﺣﻤﻮﺿﺔ ﺗﻘﺪر ب 5.5 ﺛﻢ ﺗﻢ اﻟﻘﯿﺎم ﺑﺎﻟﺘﺤﻠﻞ اﻟﻀﻮﺋﻲ ﻓﻲ اﻟﻤﺤﻠﻮل ﻓﻲ وﺟﻮد ﻧﺼﻒ ﻧﺎﻗﻞ . ﺗﻢ اﻟﺘﺨﻠﺺ ﻣﻦ اﻟﻤﻠﻮن ﺑﻨﺴﺒﺔ 94 . ﺑﺎﻟﻤﺌﺔ ﺗﺤﺖ اﺷﻌﺎع ﺷﻤﺴﻲ ﺑﺘﺮﻛﯿﺐ اﻟﻄﺮﯾﻘﺘﯿﻦ . ھﺬه اﻟﻨﺘﯿﺠﺔ ﺗﺜﺒﺘﻔﻌﺎﻟﯿﺔ اﻟﻜﺘﻠﺔ اﻟﺤﯿﺔ و ﺷﺒﮫ اﻟﻨﺎﻗﻞ اﻟﻤﺴﺘﻌﻤﻠﯿﻦ ﻓﻲ ھﺬه اﻟﻄﺮﯾﻘﺔ. ﻛﻠﻤﺎ ت اﻟﺒﺤﺚ : ﺟﺴﯿﻤﺎت ، اﻻﻣﺘﺼﺎص اﻟﺤﯿﻮي، اﻟﻤﻠﻮﻧﺎت واﻟﻤﻨﺴﻮﺟﺎت وﺷﺒﮫ، ﻗﺼﺮ III SOMMAIRE Résumé………………………………………………………………………………………...I Abstract……………………………………………………………………………………......II Résumé en arabe……………………………………………………………………………...III Liste des figures………………………………………………………………………………IV Liste des tableaux…………………………………………………………………………... ..IX Nomenclature………………………………………………………………………………... 1 Introduction générale…………………………………………………………………………..1 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE Chapitre I I.1 Pollution Industrielle de l’Eau I.1.1 L’eau en Algérie………………………………………………………………………....3 I.1.2 Les différents types de pollution industrielle et leur impact…………………………....3 I.1.3 Lutte contre la pollution industrielle des eaux…………………………………………..4 I.1.4 Techniques de traitement des eaux contaminées………………………………………..5 I.2 Généralités sur les colorants I.2.1 Définition……………………………………………………………………………….6 I.2.2 Classification des colorants……………………………………………………………..7 I.2.2.1 Classification chimique……………………………………………………….…7 I.2.2.2 Classification tinctoriale………………………………………………………...10 I.2.3 Utilisation et application des colorants…………………………………………………11 I.2.4 Impact des colorants sur l’environnement et la santé…………………………………..11 Chapitre II II.1 Généralités sur la biosorption II.1.1 Définition de la biosorption …………………………………………………………..12 II.1.2 Avantages de l’utilisation des biosorbants……………………………………………12 II.1.3 Types de la biosorption………………………………………………………………..12 II.1.3.1 La chimisorption……………………………………………………………....12 II.1.3.2 La physisorption ……………………………………………………………...13 II.1.4 Description du Mécanisme de la biosorption………………………………………….13 II.1.5 Facteurs influençant la biosorption…………………………………………………...14 II.1.6 Isothermes de la biosorption ………………………………………………………….15 II.1.6.1 Classification des isothermes ……………………………………………………....15 II.1.7 Modèles d’isothermes…………………………………………………………………18 II.1.7.1 Isotherme de Langmuir………………………………………………………..18 II.1.7.2 Isotherme de Freundlich……………………………………………………....19 II.1.7.3 Isotherme de Sips……………………………………………………………...20 II.1.7.4 Isotherme de Redlich-peterson………………………………………………...20 II.1.8 Modélisation des cinétiques de la biosorption………………………………………...21 II.1.8.1 Mécanisme chimique…………………………………………………………………21 II.1.8.1.1 Modèle de pseudo premier ordre …………………………………………...21 II.1.8.1.2 Modèle de pseudo-second ordre………………………………….................22 II.1.8.2 Mécanisme physique ………………………………………………………………...22 II.1.8.2.1. Modèle de Weber et Morris…………………………………………………23 II.1.8.2.2. Modèle d’Urano et Tachikawa……………………………………………..23 II.1.9 Etude thermodynamique………………………………………………………………25 II.1.9.1 Paramètres thermiques de la biosorption ……………………………………..25 II.1.9.2 Énergie d’activation……………………………………………………….......26 II.2 Généralités sur la Photocatalyse II.2.1 Définition de la photocatalyse ………………………………………………………...27 II.2.2 Principe de la photocatalyse hétérogène……………………………………………....27 II.2.3 Les sources lumineuses………………………………………………………………..29 II.2.3.1 La lumière solaire……………………………………………………………..29 II.2.3.2 La lumière artificielle………………………………………………………....29 II.2.4 Facteurs affectant la photocatalyse hétérogène………………………………………..30 II.2.5 Modèle cinétique de la photocatalyse………………………………………………….30 II.2.6 Avantages de la photocatalyse hétérogène………………………………………….....31 II.2.7 Travaux antérieurs……………………………………………………………………..32 TECHNIQUES EXPERIMENTALES Chapitre III III.1 Matériels uploads/Science et Technologie/ th8272-pdf 1 .pdf