Application de la réduction biologique des sulfates pour le traitement des sols et déchets gypseux

Solid wastes containing sulfate, such as construction and demolition debris (CDD), are an important source of pollution, which can create a lot of environmental problems. It is suggested that these wastes have to be separated from other wastes, especially organic waste, and place it in a specific area of the landfill. This results in the rapid rise of the disposal costs of these gypsum wastes. Although these wastes can be reused as soil amendment or to make building materials, a concern has been raised by regulators regarding the chemical characteristics of the material and the potential risks to human health and the environment due to CDD containing heavy metals and a high sulfate content. Soils containing gypsum, namely gypsiferous soils, also have several problems during agricultural development such as low water retention capacity, shallow depth to a hardpan and vertical crusting. In some mining areas, gypsiferous soil problems occur, coupled with acid mine drainage (AMD) problems which cause a significant environmental threat. Reduction of the sulfate content of these wastes and soils is an option to overcome the above mentioned problems. This study aimed to develop sulfate removal systems to reduce the sulfate content of CDD and gypsiferous soils in order to decrease the amount of solid wastes as well as to improve the quality of wastes and soils for recycling purposes or agricultural applications. The treatment concept leaches the gypsum contained in the CDD by water in a leaching step. The sulfate containing leachate is further treated in biotic or abiotic systems. Biological sulfate reduction systems used in this research were the Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, Inverse Fluidized Bed (IFB) Reactor and Gas Lift Anaerobic Membrane Bioreactor (GL-AnMBR). The highest sulfate removal efficiency achieved from these three systems ranges from 75 to 95%. The treated water from the bioreactor can then be reused in the leaching column. Chemical sulfate removal (abiotic system) is an alternative option to treat the CDD leachate. Several chemicals were tested including barium chloride, lead(II) nitrate, calcium chloride, calcium carbonate, calcium oxide, aluminium oxide and iron oxide coated sand. A sulfate removal efficiency of 99.9% was achieved with barium chloride and lead(II) nitrate.For AMD and gypsiferous soils treatment, five types of organic substrate including bamboo chips (BC), municipal wastewater treatment sludge (MWTS), rice husk (RH), coconut husk chip (CHC) and pig farm wastewater treatment sludge (PWTS) were tested as electron donors for biological sulfate reduction treating AMD. The highest sulfate reduction efficiency (84%) was achieved when using the combination of PWTS, RH and CHC as electron donors. Then, this organic mixture was further used for treatment of the gypsiferous soils. The gypsum mine soil (overburden) was mixed with an organic mixture in different amounts including 10, 20, 30 and 40% of soil. The highest sulfate removal efficiency of 59% was achieved in the soil mixture which contained 40% organic material.The removal of sulfide from the effluent of the biological sulfate reduction process is required as sulfide can cause several environmental impacts or be re-oxidized to sulfate if directly discharged to the environment. Electrochemical treatment is one of the alternatives for sulfur recovery from aqueous sulfide. A non-catalyzed graphite electrode was tested as electrode for the electrochemical sulfide oxidation. A high surface area of the graphite electrode is required in order to have less internal resistance as much as possible. The highest sulfide oxidation rate was achieved when using the external resistance at 30 Ω at a sulfide concentration of 250 mg L-1Ce travail de thèse visait à développer des procédés d'élimination des sulfates permettant la réduction des teneurs en sulfates des DC et des sols gypsifères afin d'améliorer la qualité des déchets et des sols à des fins agricoles ou des applications de recyclage. Le concept de traitement des DC par lixiviation à l'eau a été étudié (colonne de lixiviation). Les sulfates contenus dans les lixiviats sont ensuite éliminés à l'aide d'un traitement chimique ou biologique. L'approche biologique mise en oeuvre dans ce travail a consisté à mettre en oeuvre la réduction biologique des sulfates au sein de bioréacteurs de conception différente (i.e. réacteur UASB, réacteur à lit fluidisé inverse (IFB) ou d'un réacteur anaérobie gas lift). L'efficacité d'élimination des sulfates la plus élevée atteinte par ces trois systèmes varie de 75 à 95%. L'eau traitée provenant du bioréacteur peut alors ensuite être réutilisé dans la colonne de lixiviation. Le traitement chimique des sulfates est une option alternative pour traiter les lixiviats. Plusieurs produits chimiques ont été testés, (chlorure de baryum, nitrate de plomb (II), le chlorure de calcium, le carbonate de calcium, l'oxyde de calcium, et du sable recouvert d'un mélange d'oxydes d'aluminium et de fer). Un rendement de 99,9% d'élimination des sulfates (par précipitation) a été atteint avec le chlorure de baryum et le nitrate de plomb (II).Pour le traitement des DMA et des sols gypseux, cinq types de substrat organique tel que les copeaux de bambou, les boues d'épuration des eaux usées municipales, de l'écorce de riz, de coques de noix de coco broyée et des boues d'épuration des eaux usées d'une ferme porcine ont été testés comme donneurs d'électrons pour la réduction biologique des sulfates. L'efficacité de la réduction des sulfates la plus élevé (84%) a été obtenue en utilisant un mélange d'écorce de riz, de coques de noix de coco broyée et des boues d'épuration des eaux usées d'une ferme porcine comme donneurs d'électrons. Ensuite, ce mélange organique a été utilisé pour le traitement des sols gypsifères. Le sol de la mine de gypse a été mélangé avec le mélange organique en différentes proportions (10, 20, 30 et 40% de sol). Le rendement le plus élevé de 59 % de réduction des sulfates a été atteint dans le mélange de sol qui contient 40 % de matière organique. L'élimination des sulfures présents dans l'effluent des procédés de réduction biologique des sulfates est nécessaire. En effet, les sulfures peuvent causer plusieurs impacts environnementaux ou être ré-oxydé en sulfate si ils sont directement rejetés dans l'environnement. Le traitement électrochimique des effluents est l'une des solutions alternatives pour la récupération du soufre élémentaire à partir des sulfures. Une électrode de graphite a été testée comme électrode permettant l'oxydation électrochimique des sulfures en soufre élémentaire. Une électrode en graphite de grande surface est nécessaire afin d'avoir une résistance électrique la plus faible possible. La vitesse d'oxydation des sulfures la plus élevée est atteinte lors de l'application d'une résistance de 30 Ω à une concentration en sulfure de 250 mg.L-

Application de la réduction biologique des sulfates pour le traitement des sols et déchets gypseux

Ce travail de thèse visait à développer des procédés d'élimination des sulfates permettant la réduction des teneurs en sulfates des DC et des sols gypsifères afin d'améliorer la qualité des déchets et des sols à des fins agricoles ou des applications de recyclage. Le concept de traitement des DC par lixiviation à l'eau a été étudié (colonne de lixiviation). Les sulfates contenus dans les lixiviats sont ensuite éliminés à l'aide d'un traitement chimique ou biologique. L'approche biologique mise en oeuvre dans ce travail a consisté à mettre en oeuvre la réduction biologique des sulfates au sein de bioréacteurs de conception différente (i.e. réacteur UASB, réacteur à lit fluidisé inverse (IFB) ou d'un réacteur anaérobie gas lift). L'efficacité d'élimination des sulfates la plus élevée atteinte par ces trois systèmes varie de 75 à 95%. L'eau traitée provenant du bioréacteur peut alors ensuite être réutilisé dans la colonne de lixiviation. Le traitement chimique des sulfates est une option alternative pour traiter les lixiviats. Plusieurs produits chimiques ont été testés, (chlorure de baryum, nitrate de plomb (II), le chlorure de calcium, le carbonate de calcium, l'oxyde de calcium, et du sable recouvert d'un mélange d'oxydes d'aluminium et de fer). Un rendement de 99,9% d'élimination des sulfates (par précipitation) a été atteint avec le chlorure de baryum et le nitrate de plomb (II).Pour le traitement des DMA et des sols gypseux, cinq types de substrat organique tel que les copeaux de bambou, les boues d'épuration des eaux usées municipales, de l'écorce de riz, de coques de noix de coco broyée et des boues d'épuration des eaux usées d'une ferme porcine ont été testés comme donneurs d'électrons pour la réduction biologique des sulfates. L'efficacité de la réduction des sulfates la plus élevé (84%) a été obtenue en utilisant un mélange d'écorce de riz, de coques de noix de coco broyée et des boues d'épuration des eaux usées d'une ferme porcine comme donneurs d'électrons. Ensuite, ce mélange organique a été utilisé pour le traitement des sols gypsifères. Le sol de la mine de gypse a été mélangé avec le mélange organique en différentes proportions (10, 20, 30 et 40% de sol). Le rendement le plus élevé de 59 % de réduction des sulfates a été atteint dans le mélange de sol qui contient 40 % de matière organique. L'élimination des sulfures présents dans l'effluent des procédés de réduction biologique des sulfates est nécessaire. En effet, les sulfures peuvent causer plusieurs impacts environnementaux ou être ré-oxydé en sulfate si ils sont directement rejetés dans l'environnement. Le traitement électrochimique des effluents est l'une des solutions alternatives pour la récupération du soufre élémentaire à partir des sulfures. Une électrode de graphite a été testée comme électrode permettant l'oxydation électrochimique des sulfures en soufre élémentaire. Une électrode en graphite de grande surface est nécessaire afin d'avoir une résistance électrique la plus faible possible. La vitesse d'oxydation des sulfures la plus élevée est atteinte lors de l'application d'une résistance de 30 à une concentration en sulfure de 250 mg.L-1Solid wastes containing sulfate, such as construction and demolition debris (CDD), are an important source of pollution, which can create a lot of environmental problems. It is suggested that these wastes have to be separated from other wastes, especially organic waste, and place it in a specific area of the landfill. This results in the rapid rise of the disposal costs of these gypsum wastes. Although these wastes can be reused as soil amendment or to make building materials, a concern has been raised by regulators regarding the chemical characteristics of the material and the potential risks to human health and the environment due to CDD containing heavy metals and a high sulfate content. Soils containing gypsum, namely gypsiferous soils, also have several problems during agricultural development such as low water retention capacity, shallow depth to a hardpan and vertical crusting. In some mining areas, gypsiferous soil problems occur, coupled with acid mine drainage (AMD) problems which cause a significant environmental threat. Reduction of the sulfate content of these wastes and soils is an option to overcome the above mentioned problems. This study aimed to develop sulfate removal systems to reduce the sulfate content of CDD and gypsiferous soils in order to decrease the amount of solid wastes as well as to improve the quality of wastes and soils for recycling purposes or agricultural applications. The treatment concept leaches the gypsum contained in the CDD by water in a leaching step. The sulfate containing leachate is further treated in biotic or abiotic systems. Biological sulfate reduction systems used in this research were the Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, Inverse Fluidized Bed (IFB) Reactor and Gas Lift Anaerobic Membrane Bioreactor (GL-AnMBR). The highest sulfate removal efficiency achieved from these three systems ranges from 75 to 95%. The treated water from the bioreactor can then be reused in the leaching column. Chemical sulfate removal (abiotic system) is an alternative option to treat the CDD leachate. Several chemicals were tested including barium chloride, lead(II) nitrate, calcium chloride, calcium carbonate, calcium oxide, aluminium oxide and iron oxide coated sand. A sulfate removal efficiency of 99.9% was achieved with barium chloride and lead(II) nitrate.For AMD and gypsiferous soils treatment, five types of organic substrate including bamboo chips (BC), municipal wastewater treatment sludge (MWTS), rice husk (RH), coconut husk chip (CHC) and pig farm wastewater treatment sludge (PWTS) were tested as electron donors for biological sulfate reduction treating AMD. The highest sulfate reduction efficiency (84%) was achieved when using the combination of PWTS, RH and CHC as electron donors. Then, this organic mixture was further used for treatment of the gypsiferous soils. The gypsum mine soil (overburden) was mixed with an organic mixture in different amounts including 10, 20, 30 and 40% of soil. The highest sulfate removal efficiency of 59% was achieved in the soil mixture which contained 40% organic material.The removal of sulfide from the effluent of the biological sulfate reduction process is required as sulfide can cause several environmental impacts or be re-oxidized to sulfate if directly discharged to the environment. Electrochemical treatment is one of the alternatives for sulfur recovery from aqueous sulfide. A non-catalyzed graphite electrode was tested as electrode for the electrochemical sulfide oxidation. A high surface area of the graphite electrode is required in order to have less internal resistance as much as possible. The highest sulfide oxidation rate was achieved when using the external resistance at 30 at a sulfide concentration of 250 mg L-1PARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Copper, lead and zinc removal from metal-contaminated wastewater by adsorption onto agricultural wastes

The use of agricultural wastes (groundnut shell, orange and banana peel, rice husk, coconut husk and Wawa tree saw dust) as potential cost-effective adsorbent for heavy metal removal from wastewater was evaluated. The effect of pH (2.0-6.0), adsorbent dosage (0.6-2.2 g), contact time (10-130 min) and initial concentration (Pb: 5-105 mg/L, Cu and Zn: 2.5-52.7 mg/L) on the metal removal efficiency and uptake capacity were investigated using response surface methodology to optimize the process conditions. Groundnut shell showed a high potential to remove Cu, Pb and Zn from synthetic wastewater. The highest removal efficiencies with groundnut as the adsorbent were 85% at pH 5.0 for Cu and 98% at pH 3.0 for Pb and Zn. The optimum conditions obtained were 2.5 g adsorbent with 40.7 mg/L Cu at pH 4.4 and 64 min contact time, 2.5 g adsorbent with 196.1 mg/L Pb at pH 5.6 and 60 min contact time and 3.1 g adsorbent with 70.2 mg/L Zn at pH 4.3 and 50 min contact time, for Cu, Pb and Zn, respectively. The regeneration of the groundnut shell was possible for a maximum of three cycles using 0.2 M HCl as the desorbing solution without any significant change in the adsorbing efficiency

Fluoride removal from groundwater using chemically modified rice husk and corn cob activated carbon

<p>The fluoride adsorption potential of chemically modified rice husk and corn cob activated carbon was investigated in batch and column tests. The effect of pH, contact time, initial fluoride concentration and adsorbent dose on the adsorption capacity and efficiency was studied. Batch experimental results were analysed using analysis of variance. The maximum adsorption capacity of 7.9 and 5.8 mg/g and a removal efficiency of 91% and 89% were achieved in batch tests, respectively, for rice husk and corn cob activated carbon. The adsorption data and kinetic model fitted well to the Langmuir isotherm and pseudo-second-order kinetics, respectively. Fluoride adsorption was governed by both intraparticle diffusion and surface or film diffusion for both rice husk and corn cob activated carbon. Continuous tests were carried out using three columns packed with 100% rice husk activated carbon, 100% corn cob activated carbon and 50% rice husk + 50% corn cob activated carbon. The breakthrough adsorption capacities were found to be 7.9, 5.0 and 5.2 mg/g, respectively. The results were analysed using the Thomas model, which yielded adsorption capacities of 11, 8.1 and 9.4 mg/g, respectively, for the three columns investigated.</p