Etude de l'adsorption du cadmium lors de la stabilisation aérobie ou anaérobie de boue activée

Cadmium adsorption by activated sludges during aerobic or anaerobic stabilization

Laboratoire des Sciences de l'Eau et de l'Environnement, Université de Limoges, Faculté des Sciences, 123 Avenue Albert Thomas, 87 060 Limoges Cedex, France

Résumé

L'objectif de ce travail est d'étudier la propriété de boues activées à fixer du cadmium pendant leur stabilisation aérobie ou anaérobie sur une période d'un mois. Lors des stabilisations, des isothermes d'adsorption du cadmium, exploitées à l'aide du modèle de Freundlich sont réalisées à intervalles de temps réguliers. Parallèlement, un suivi de paramètres physico-chimiques est réalisé.

En utilisant des boues activées traitées à l'azoture de sodium et au dinitrophénol, il est vérifié que l'adsorption du cadmium est essentiellement un phénomène physico-chimique. Malgré une diminution de la part de la fraction organique des boues, la faculté de fixation du cadmium par les boues augmente avec la durée de stabilisation. A temps de stabilisation égal, les boues stabilisées par voie anaérobie présentent une plus grande aptitude à fixer du cadmium que celles stabilisées par voie aérobie.

Pour expliquer l'augmentation de la fixation du cadmium lors de la stabilisation et en examinant l'évolution des paramètres physico-chimiques des boues, deux hypothèses peuvent être émises : (i) La déflocculation observée peut accroître la surface par unités de masse exposées au cadmium et, par voie de conséquence, augmenter le nombre de sites de fixation accessible au cadmium. (ii) La quantité et/ou la qualité des exopolymères (majoritairement responsables de la fixation du cadmium) peuvent être affectées, entraînant une plus forte adsorption du cadmium.

La deuxième hypothèse est en partie vérifiée sur les boues stabilisées par voie anaérobie. Au niveau des boues stabilisées, la quantité d'exopolymères (dosés à travers la fraction polysaccharidique et protéique) augmente. De plus, le rapport protéines/polysaccharides des exopolymères est multiplié par un facteur 2 pour les boues stabilisées par voie anaérobie. La fraction protéique des exopolymères pourrait avoir un rôle majeur dans la fixation du cadmium par les boues activées, ceci à travers les groupements ionisables des amino-acides.

Abstract

The aim of this work was to study the activated sludge property to fix cadmium during their aerobic or anaerobic stabilization over one month period. During stabilizations, isotherms of cadmium adsorption, exploited by the model of Freundlich, were carried out as a function of times. In parallel, a follow-up of physicochemical parameters was released. By using activated sludge treated with sodium azid and dinitrophenol, it was checked that the adsorption of cadmium was primarily a physicochemical phenomenon. In spite of a reduction on behalf of the organic fraction of sludges, the sludge ability of cadmium adsorption increases with the duration of stabilization. To equal settling time, the sludges stabilized by anaerobic way present a greater aptitude to adsorb cadmium than those stabilized by aerobic way.

To explain the increase in the adsorption of cadmium during stabilization and by examining the evolution of the physicochemical parameters of sludges, two assumptions can be put forth: (i) the deflocculation observed can increase surface per units of mass exposed to cadmium and, consequently, increase the number of adsorption sites accessible to cadmium. (ii) the quantity and/or the quality of the exopolymer (mainly responsible for the adsorption of cadmium) can be affected, involving a stronger adsorption of cadmium.

The second assumption is partly checked on sludges stabilized by anaerobic way. For the stabilized sludges, the quantity of exopolymer (measured through their polysaccharidic and proteinic fraction) increases. The increase of adsorption after a sludges stabilisation period could not be explained by a best access to adsorption sites, but it was correlated with the increase of the proportion of polymers into suspended solid. The proteins of the exopolymer seems to have an important role in the adsorption of cadmium by activated sludges. The cadmium could be fixed by the proteins of the exopolymers by electrostatic interaction between metal and the chemical function loaded negatively of the proteins amino-acids.