Thèse (M.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2005. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. CaQQUQ Bibliogr.: f. 128-131. Document électronique également accessible en format PDF. CaQQUQ

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-02-13Bitstream added on 2014-06-13T20:52:28Z : No. of bitstreams: 1 giovanni_g_me_botfca.pdf: 297824 bytes, checksum: b42e7912f9eb1618cd0ccc7c41f0c23c (MD5) / As águas residuárias dos processos de extração vegetal para fins farmacêuticos apresentam elevada DQO (Demanda Química de Oxigênio) e orgânicos persistentes que não são eliminados pelos tratamentos de resíduos líquidos convencionais. Atualmente, a fotocatálise heterogênea vêm se destacando como processo de oxidação avançado (POA) capaz de mineralizar compostos persistentes responsáveis pela poluição do meio ambiente aquático. Este trabalho tem o propósito de descontaminar o efluente semi-tratado de um indústria de extração vegetal, situada na região de Botucatu, São Paulo, Brasil; para seu posterior reuso, a fotocatálise (TiO2 em suspensão) foi aplicada. Foram realizados testes com variação do pH da amostra em que se obteve maior eficiência de fotodegradação em pH 4,0. Foi testado a adição de persulfato de potássio em várias concentrações, constatando que a adição 0,1 g L-1 favorece a degradação dos poluentes mais persistentes remanescentes do efluente semi-tratado. Finalmente, com o objetivo de remover o TiO2 da suspensão foram realizados testes de coagulação-floculação, na presença de sulfato de alumínio e pH 4,0. O tempo de decantação do material em suspensão foi de 30 minutos, DQO final de 2,5 mg O2 L-1 e a turbidez final de 2 NTU. A fotocatálise contribuiu para a remoção de tóxicos persistentes, redução da DQO, eliminação de odores e redução da turbidez do efluente. / The wastewater of vegetable extraction process (for pharmaceutical use) present increased DQO (Qhemistry Demand of Oxigen) and bio-recalcitrant organic contaminant that are not eliminated by convencional wastewater treatments. Presently, the heterogen photocatalysis is been outstanding as advanced oxidation process (AOP) capable of decaying of recalcitrant compounds, responsible for the pollution of the aquatic environment. This paper have to purpose of descontaminate the pretreated wastewater by vegetable extraction industry, located in Botucatu region, São Paulo, Brazil; the photocatalysis (TiO2 suspension) was applicated, for it is future reuse. Experiments were carried out with various pH samples with efficient results of photodegradation in pH 4,0. Experiments with the peroxydisulphat addition have done in various concentrations, concluding that it is minimum addition (0,1 g L-1) favours the degradation speed of the moust recalcitrants polluants of the pretreated wastewater. Eventually, experiments of coagulation-floculation have been done to remove the TiO2 (0,5 g L-1) from the suspension, in presence of aluminium sulphate (0,2 g L-1) and pH 4,0. The time of decantation of the suspension material was 30 minutes, the final turbidity 2 NTU and final DQO 2,5 mg O2 L-1. The photocatalysis contributed to remove recalcitrant organic compounds, to reduce the DQO, eliminated the smell and to redecue the wastewater turbidity.

Cette thèse présente l'étude de deux systèmes colloïdaux : les suspensions de rubans V2O5 et les dispersions de nanotubes de carbonne. Nous avons étudié leur stabilité en fonction de différents paramètres physico-chimiques. Nous nous sommes notamment attachés à discerner les comportements qui sont contrôlés par la cinétique de ceux relevant d'arguments thermodynamiques. Nous avons montré que ce genre d'approche peut être mise efficacement à profit pour réaliser la mise en forme de matériaux, avec par exemple, un procédé simple pour assembler les nanotubes de carbone sous forme de fibres macroscopiques.

Cette thèse porte sur l'analyse mathématique de modèles de compétition de plusieurs espèces microbiennes sur un seul nutriment dans un chémostat. L'objectif est de montrer la coexistence des espèces par divers mécanismes pour affirmer la biodiversité que l'on trouve dans les écosystèmes aquatiques et terrestres ainsi que dans les bioréacteurs. Nous nous somme intéressés principalement à trois mécanismes de coexistence :1- La compétition inter-spécifique entre les populations de micro-organismes et intra-spécifiques entre les individus de la même espèce.2- La floculation où l'espèce la plus compétitive inhibe sa propre croissance par la formation des flocs pour pouvoir coexister avec les autres espèces. En fait, ces bactéries en flocs consomment moins du substrat que les bactéries isolées puisqu'ils ont un moins bon accès au substrat, étant donné que cet accès au substrat est proportionnel à la surface extérieur du floc.3- La densité-dépendance dont le modèle peut être construit à partir du modèle de floculation en supposant que la dynamique de floculation est plus rapide que la croissance des espèces. Dans ce modèle densité-dépendant, le taux de croissance et le taux de prélèvement dépendent non seulement de la densité du substrat mais aussi de la densité de la biomasse.Enfin, nous avons étudié un modèle de digestion anaérobie à trois étapes avec dégradation enzymatique du substrat (matière organique) dont une partie peut être sous forme particulaire. L'analyse mathématique montre que ce modèle peut présenter la quadri-stabilité avec lessivage d'aucune, d'une ou de deux espèces selon la condition initiale.

Orientador: Ariovaldo de Oliveira Florentino / Banca: Cristiane Barbieri Rodella / Banca: José Pedro Serra Valente / Resumo: As águas residuárias dos processos de extração vegetal para fins farmacêuticos apresentam elevada DQO (Demanda Química de Oxigênio) e orgânicos persistentes que não são eliminados pelos tratamentos de resíduos líquidos convencionais. Atualmente, a fotocatálise heterogênea vêm se destacando como processo de oxidação avançado (POA) capaz de mineralizar compostos persistentes responsáveis pela poluição do meio ambiente aquático. Este trabalho tem o propósito de descontaminar o efluente semi-tratado de um indústria de extração vegetal, situada na região de Botucatu, São Paulo, Brasil; para seu posterior reuso, a fotocatálise (TiO2 em suspensão) foi aplicada. Foram realizados testes com variação do pH da amostra em que se obteve maior eficiência de fotodegradação em pH 4,0. Foi testado a adição de persulfato de potássio em várias concentrações, constatando que a adição 0,1 g L-1 favorece a degradação dos poluentes mais persistentes remanescentes do efluente semi-tratado. Finalmente, com o objetivo de remover o TiO2 da suspensão foram realizados testes de coagulação-floculação, na presença de sulfato de alumínio e pH 4,0. O tempo de decantação do material em suspensão foi de 30 minutos, DQO final de 2,5 mg O2 L-1 e a turbidez final de 2 NTU. A fotocatálise contribuiu para a remoção de tóxicos persistentes, redução da DQO, eliminação de odores e redução da turbidez do efluente. / Abstract: The wastewater of vegetable extraction process (for pharmaceutical use) present increased DQO (Qhemistry Demand of Oxigen) and bio-recalcitrant organic contaminant that are not eliminated by convencional wastewater treatments. Presently, the heterogen photocatalysis is been outstanding as advanced oxidation process (AOP) capable of decaying of recalcitrant compounds, responsible for the pollution of the aquatic environment. This paper have to purpose of descontaminate the pretreated wastewater by vegetable extraction industry, located in Botucatu region, São Paulo, Brazil; the photocatalysis (TiO2 suspension) was applicated, for it is future reuse. Experiments were carried out with various pH samples with efficient results of photodegradation in pH 4,0. Experiments with the peroxydisulphat addition have done in various concentrations, concluding that it is minimum addition (0,1 g L-1) favours the degradation speed of the moust recalcitrants polluants of the pretreated wastewater. Eventually, experiments of coagulation-floculation have been done to remove the TiO2 (0,5 g L-1) from the suspension, in presence of aluminium sulphate (0,2 g L-1) and pH 4,0. The time of decantation of the suspension material was 30 minutes, the final turbidity 2 NTU and final DQO 2,5 mg O2 L-1. The photocatalysis contributed to remove recalcitrant organic compounds, to reduce the DQO, eliminated the smell and to redecue the wastewater turbidity. / Mestre

Th. univ.--Phys. des liquides--Paris 6, 1998. / Bibliogr. p. 110-119. Résumé en français et en anglais. 1999 d'après la déclaration de dépôt légal.

La floculation est un procédé que l’on peut retrouver dans plusieurs applications au niveau industriel comme la fabrication du papier ou le traitement de l’eau. Il est nécessaire de comprendre la formation et la structure des agrégats floculés pour maîtriser et optimiser un tel procédé. La plupart des études sur la floculation implique des particules sphériques, impliquant ainsi un manque de connaissance sur la floculation de particules anisotropes comme par exemple des plaquettes de colloïdes argileux. C’est pour cela que dans cette étude, j’ai étudié la floculation d’une suspension d’argile type Montmorillonite dans l’eau par des polyélectrolytes cationiques modèles appelés ionènes. En utilisant ce système modèle, il est possible d’étudier l’effet de la densité de charges des ionènes, la taille des plaquettes d’argile ou encore la longueur des chaînes sur le mode de floculation et l’arrangement des chaînes et des plaquettes au sein des agrégats. Dans un premier temps, l’effet de la densité de charge des polyélectrolytes sur l’efficacité de floculation a été étudié en combinant des mesures de turbidité et de potentiel zêta. Ces mesures ont permis de montrer que la densité de charge des ionènes influence le mode de floculation et les conditions de floculation optimale. La conformation des chaînes dépend de la densité de charge des ionènes et c’est pour cela que j’ai poursuivi l’étude par des mesures de diffusion de rayonnement aux petits angles afin de pouvoir corréler l’effet de la conformation des chaînes avec la structure des agrégats à différentes échelles. La diffusion des rayons X aux petits angles a permis de montrer la présence d’organisation des plaquettes sous forme d’empilement face-face. Ensuite, cette technique a permis de souligner l’effet de la densité de charge sur la distance entre plaquettes dans les empilements. Pour les ionènes les moins chargés, la formation de boucles de chaînes des ionènes entre les faces d’argile induit les distances entre plaquettes les plus grandes au sein des agrégats. Les différences de conformations des différents ionènes ont été confirmées par diffusion de neutrons aux petits angles. Cette technique, sous la condition de variation de contraste, permet de sonder uniquement les chaînes dans les agrégats. J’ai également étudié le comportement des différents ionènes en solution aqueuse en absence des particules d’argile par diffusion de neutrons aux petits angles et RMN. Dans le domaine des hautes concentrations, ces systèmes montrent clairement des différences d’interaction entre les chaînes en fonction de la nature des contre-ions. L’évolution de ces interactions suit parfaitement la série de Hofmeister. / Flocculation is a key process in numerous environmental and industrial technologies such as purification of waste-water or paper making. It is necessary to understand the formation and structure of the aggregates to control and optimize such a process. Most of the studies on flocculation involve spherical particles, but there is a clear need to understand the flocculation of anisotropic particles such as clay colloids, which are platelets. I studied the flocculation of montmorillonite clay suspensions in water by well-defined cationic polyelectrolytes called ionenes. By using this model system, it is possible to study the effect of relative charge densities and sizes of ionene chains and clay platelets, on the mode of flocculation and their arrangement inside the aggregates formed. Initially, I studied the effect of charge density of polyelectrolytes on the flocculation efficiency of clay platelets, by combining measurements of turbidity and zeta potential. While the aggregates are always ionene-deficient, the charge density of ionenes leads to variations in the mode of flocculation and in the optimum flocculation conditions. The conformation of the ionene chains inside the aggregates depends on the charge density of ionenes and this is why I continued the study by small-angle scattering experiments in order to correlate the conformation of the chains with the structure of aggregates on different spatial scales. Small-angle X-ray scattering showed the presence of platelet stacks in a face-face configuration, demonstrating itself as a clear stacking peak in the scattering spectra. Further, this technique allowed to highlight the effect of the charge density on the interlamellar spacing inside these stacks. For the most weakly charged ionenes, loops of the ionene chains between the faces of adjacent platelets induce a higher interlamellar spacing inside the stacks. The differences of conformation of ionenes are confirmed by small-angle neutron scattering. This technique, under the condition of contrast matching, allows to probe only ionene chains within the aggegates aggregates. On a larger spatial scale, I have observed that by matching closely the charge density on ionene chains and on clay platelets the most compact aggregates are produced. I have also studied the behaviour of the different ionenes in aqueous solution in absence of clay particles by small-angle neutron scattering and NMR. At high chain concentrations, these systems clearly show differences in inter-chain interactions, depending on the nature of their counterions. The evolution of these interactions follows closely the Hofmeister series.

Les suspensions de particules colloidales dans des fluides newtoniens sont utilisées dans un grand nombre de secteurs pour leurs propriétés complexes. Ces dernières proviennent de l’interaction entre les forces hydrodynamiques et les forces physico-chimiques interparticulaires. Malgré de nombreuses études dédiées aux comportements des suspensions colloïdales le lien entre propriétés macroscopiques et forces d’interactions est toujours source de discussions. L’objectif de ce travail est de comprendre et caractériser, aux différentes échelles, et à l’aide de différentes techniques expérimentales, le lien entre la floculation des suspensions et quelques grandeurs rhéologiques (module élastique et contrainte seuil) caractérisant leur comportement macroscopique.La diversité chimique, en taille et en forme des constituants des pâtes cimentaires ainsi que la réactivité du système rendant l’étude trop délicate, des suspensions modèles sont utilisées (particules de silice sphériques et broyés en suspension dans de l’eau).Les suspensions colloïdales formulées sont thixotropes, l’évolution des propriétés rhéologiques en fonction du temps est analysée.Pour les deux types de suspensions, on observe que la contrainte seuil et le module élastique augmentent avec la fraction volumique en particules, la force ionique et le temps de repos.Ces deux grandeurs dépendent de la microstructure des suspensions mais décrivent deux réponses distinctes du matériau suite à l’application d’une sollicitation mécanique. Bien que ces grandeurs soient pilotées par la microstructure du matériau il n’y a pas d’évidence qu’elles soient liées l’une à l’autre. Cependant toutes les données G’=f(Tc) se placent sur une courbe unique pour un type de particule et une taille donnée. Ce résultat confirme que le module élastique peut être utilisé comme un paramètre de structuration caractérisant l’influence de la floculation sur la contrainte seuil. De plus nous nous sommes intéressés à l’impact de la taille des particules sur la réponse rhéologique du matériau. Nous observons que la contrainte seuil est proportionnelle à l’inverse de la taille des particules au carré et le module élastique à l’inverse de la taille des particules. Les modèles présents dans la littérature ne prédisent pas la même normalisation par la taille, cela suggère que les interactions interparticulaires contrôlant le comportement macroscopique ne sont pas encore totalement comprises.L’observation des suspensions au repos par microscopie confocale ne révèle pas de réorganisation structurelle dans le temps. Ainsi la thixotropie des suspensions s’explique probablement par l’existence de nano-organisations structurelles. Cependant des différences de structures sont mises en évidence pour des suspensions de formulations éloignées. Une structure primaire dépendant de l’intensité des interactions et de la fraction volumique se forme de manière instantanée une fois que le précisaillement est arrêté. Il s’en suit une évolution des propriétés rhéologiques avec le temps de repos qui est attribuée à des réarrangements très localisés non visibles par microscopie / Suspensions of colloidal particles suspended in a Newtonian fluid are encountered in many fields of daily life or industrial sectors. Complex behavior of colloidal suspensions comes from the interplay between hydrodynamical and several physico-chemical interactions between the particles. Even if a lot of works have been devoted to these topics, the complex relationships between the interparticle forces and the suspension's overall macroscopic behavior are far from being fully understood. This work aims to understand and characterize, at different scales, and through several techniques, the link between the flocculation state and some rheological properties (elastic modulus and yield stress) of colloidal suspensions.As in real system diversity in sizes, shapes, chemical constituents combined with chemical reaction make the system hard to control we work with model suspensions (spherical and crushed silica particles suspended in water).The suspensions being highly thixotropic, we characterize the evolution of their rheological properties (elastic modulus: G’ and yield stress: τc) with time.We observe for both materials that yield stress and elastic modulus increase with volume fraction, ionic strength and resting time.The two quantities G’ and τc depend on the microstructure ie the floculation state but are linked to two different kinds of response when a mechanical loading is apply to the system. Of course, both quantities depend on the flocculation state of the system but there is not clear evidence that these two quantities must be linked one to the other. However all the data G’=f (τc) collapse onto a simple curve for a given type and a given size of particle. This result proves that elastic shear modulus can be used as a “structural parameter” to account for the influence of flocculation on the yield stress.Moreover we focus on the effect of particle size on the measured properties and we observe that the yield stress scales with the inverse of the squared particle size and the elastic modulus with the inverse of particle size. The models existing in literature do not predict this scaling which would suggest that the interactions controlling macroscopic behaviour are still not fully understood.The observations performed with cofocal microscopy do not reveal any structural organisations when suspensions are left at rest. Then thixotropy of suspensions is assumed to be linked to nano scale change in microstructure. But different microstructure are observed regarding the suspension formulation. A primary microstructure is instantaneously formed once preshear is stopped depending on the intensity of interactions and volume fraction. After that the evolution of rheometric quantities with resting time are attributed to very local rearrangement not detectable with microscopy

Les polymères hydrosolubles sont utilisés dans diverses industries pour permettre la floculation, soit une séparation solide-liquide de particules présentes en suspension colloïdale. Afin de réduire les impacts environnementaux de l’exploitation des sables bitumineux en Alberta, l’industrie est à la recherche de nouveaux moyens et procédés pour traiter les résidus miniers permettant de séparer les matières solides et de récupérer l’eau. L’objectif des travaux présentés est d’améliorer la floculation, la densification et la déshydratation de ces résidus miniers aqueux par de nouveaux polymères synthétiques. Des homopolymères d’acrylamide de différentes masses molaires ont été synthétisés pour étudier l’influence de la masse molaire sur l’efficacité de floculation. Le taux initial de sédimentation (TIS) est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de floculation des différents polymères. Il a été possible de confirmer l’importance de la masse molaire sur l’efficacité de floculation et de déterminer une masse molaire minimale d’environ 6 MDa pour des polyacrylamides, afin d’obtenir l’efficacité de floculation maximale de suspensions colloïdales principalement composées de kaolin. Afin d’étudier l’effet des charges sur l’efficacité de floculation, des polymères anioniques et cationiques ont été synthétisés. Une série de copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique ont été synthétisés comme polymères anioniques et deux séries de copolymères ont été synthétisés comme polymères cationiques, soit des copolymères d’acrylamide et de chlorure de diallyldiméthylammonium et des copolymères de 4-vinyl pyridine et de 1-méthyl-4-vinyl pyridinium. Il a été démontré que les charges anioniques des polymères avaient peu d’influence sur l’efficacité de floculation et que leur comportement en présence de sels était différent de ce que prévoyait la littérature. Il a aussi été démontré que les charges cationiques des polymères n’améliorent pas l’efficacité de floculation. Par la suite, des séries de copolymères amphiphiles, avec des monomères d’acrylamide, de N-alkylacrylamides et d’acrylonitrile, ont été synthétisés, pour étudier l’effet du caractère amphiphile sur la déshydratation des résidus miniers. Le pourcentage de déshydratation nette est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de déshydratation des différents polymères. Il a été possible de développer des copolymères amphiphiles qui améliorent l’efficacité de déshydratation par rapport à des homopolymères d’acrylamide. Il ne fut pas possible de déterminer une tendance entre la balance hydrophile/hydrophobe des copolymères amphiphiles et l’efficacité de déshydratation. / Water soluble polymers are extensively used in industry to achieve solid-liquid separations of particles in colloidal suspensions. In a way to reduce the environmental footprint of the mining exploitation, the oil sands industry is searching for new methods to treat tailings resulting from the extraction processes, by separating the solids and recycling the water. The objective of this work is to improve the flocculation and dewatering efficiency of the water-based tailings through the use of new synthetic polymers. Acrylamide homopolymers of different molecular weights were synthetized to study the effect of molecular weight on flocculation efficiency. Initial settling rate (ISR) was the parameter measured to characterize and compare the flocculation efficiencies. The important effect of polymer molecular weight on the flocculation efficiency was confirmed. The minimum molecular weight of polyacrylamide for optimal flocculation efficiency of kaolin colloidal suspensions has been determined to be around 6.8 MDa. To study the effect of charge on flocculation efficiency, anionic and cationic copolymers were synthetized. Copolymers of acrylamide and acrylic acid have been synthetized to study the effect of anionic charge, whereas copolymers of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride and copolymers of 4-vinyl pyridine and 1-methyl-4-vinyl pyridinium have been synthetized to study the effect of cationic charge. Anionic copolymers have shown limited effect on the flocculation efficiency and their behaviour in salt solution was revealed to be different than expected from the literature. Cationic copolymers have shown no improvement in the flocculation efficiency. Amphiphilic copolymers were synthetized with acrylamide, N-alkylacrylamides and acrylonitrile monomers to study the effect of amphiphilicity on the dewatering efficiency of tailings. The net water release parameter was measured to compare the dewatering efficiency of the polymers. Amphiphilic copolymers that improve tailings’ dewatering, compared to polyacrylamide, were developed. Thus far, it was not possible to define a trend between hydrophilic/hydrophobic balance and dewatering efficiency of the copolymers.

Sabiendo la afectación a la salud asociadas a la ingestión de Arsénico de origen mineral a través del agua de consumo en el sur de Perú, el presente estudio que busca aportar al abatimiento de este metaloide de una manera sostenible y compatible con las condiciones de acceso a insumos y a recursos que existen actualmente en la zona. Entre las metodologías de abatimiento de Arsénico, se seleccionó la tecnología convencional y se estableció como objetivo encontrar la mejor combinación de coagulante-floculante tanto en tipología como en dosis para lo cual se estableció que el alcance de la presente tesis es aplicada, cuantitativa y experimental. El desarrollo de la presente investigación se basó en la realización de múltiplos ensayos vía Jar-Test mediante una metodología inductiva que se llevó a cabo mediante los siguientes pasos: A) caracterización del agua de la quebrada Uchusuma ubicada en el departamento de Tacna B) Jar- Tests’ de selección de coagulantes y floculantes. C) Establecimiento de dosis óptimas. D) ensayos confirmativos. De los floculantes probados se seleccionó el cloruro férrico por cuanto demostró el mejor desempeño en abatimiento de As con dosis óptimas entre 34 y 40ppm; así mismo seleccionó como mejor floculante un polímero catiónico con dosis óptima entre 0.30 y 0.40. Se realizó un análisis de estimación de costos, encontrando que para sistemas de potabilización de alto consumo el costo unitario oscilaría entre 0.022 y 0.026 $/m3, mientras que para pequeños proyectos mineros el costo unitario puede oscilar entre 0.055 y 0.068 $/m3. / Knowing the impact on health associated with the organic arsenic through drinking water in southern Peru, the present study seeks to contribute to removal this metalloid in a sustainable way and compatible with the conditions of access to supplies and resources that currently exist in the area. Among the arsenic abatement methodologies, the conventional technology was selected and the objective was to find the best combination of coagulant-flocculant both in type and in dosage for which it was established that the scope of this thesis is applied, quantitative and experimental. The development of the present investigation was based on the realization of multiple trials via Jar-Test through an inductive methodology that was carried out through the following steps: A) characterization of the water of the Uchusuma creek located in the department of Tacna B) Jar - Tests' of selection of coagulants and flocculants. C) Establishment of optimal doses. D) Confirmatory tests. Of the flocculants tested Ferric Chloride was selected because it showed the best performance in As removal, with optimal doses between 34 and 40 ppm; Likewise, we selected as the best flocculant a cationic polymer with an optimum dose between 0.30 and 0.40. A cost estimation analysis was carried out, finding that for high consumption potabilization systems the unit cost would oscillate between 0.022 and 0.026 $ / m3, while for small mining projects the unit cost can range between 0.055 and 0.068 $ / m3. / Trabajo de investigación