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Cinétique d'oxydation du fer ferreux par thiobacillus ferrooxidans en culture libre et en biofilm

Godard, François (1987). Cinétique d'oxydation du fer ferreux par thiobacillus ferrooxidans en culture libre et en biofilm. Mémoire. Montréal, Université de Montréal, École Polytechnique, 152 p.

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Résumé

Le but de cette recherche était de modéliser la cinétique d'oxydation, en continu, de solutions de sulfate ferreux par la bactérie Thiobacillus ferrooxidans. Trois souches différentes ont été étudiées, ATCC 23270, ATCC 19859 et G 15. Les expériences en culture libre submergée ont été réalisées avec des bioréacteurs de type airlift, parfaitement mélangés, de volumes nominaux de 4 litres. Un nouveau type de bioréacteur (réacteur à biofilm à fluidisation inversée) a été obtenu en ajoutant au airlift des particules de polystyrène expansé dans l'espace annulaire. La modélisation de la cinétique d'oxydation pour la culture fixée a été réalisée au cours de la croissance du biofilm sur les particules support. En culture libre, la cinétique de croissance suivait un modèle de Monod à un substrat limitant, le fer ferreux. De plus, le taux d'oxydation était directement proportionnel au taux de croissance de la biomasse. De façon spécifique, on a obtenu pour les souches ATCC 23270, ATCC 19859 et G 15: Un coefficient de rendement théorique en biomasse <Yt> de 0,049 <ATCC 19859>, 0,048 Kg HST/Kg <G 15). Un taux spécifique de dépérissement de la biomasse <Kd> non statistiquement différent de zéro. Un taux spécifique maximum de croissance <µm> de 0,140 <à 31°C), 0,128 <à 30°C>, 0,158 h-1 <à 30°C). Une constante du taux de moitié <K.> de 0,478, 0,288, 0,665 Kg/m3. En culture fixe, on a enregistré comme valeur maximale pour le taux volumique d'utilisation du substrat, rsu=2,62 Kg/m3 .h. Ce maximum correspond à cinq fois et demi <5,5> la valeur maximale observée en culture libre. L'analyse des résultats a montré que la cinétique d'oxydation en biofilm était d'ordre zéro par rapport au fer ferreux jumelée à une cinétique de type Michaelis-Menten pour l'oxygène dissous. La diffusion de l'oxygène dans le biofilm contrôlait la vitesse de la réaction globale, des que l'épaisseur du biofilm excédait quelques microns. Les taux spécifiques maximum d'utilisation du substrat <Qm>· pour les souches ATCC 23270, ATCC 19859 et 6 15, ont été évalués à: 0,0493, 0,0379 et 0,0529 Kg/Kg MST.h. Pour la souche G 15, trois épaisseurs du biofilm <6,5, 18 et 49µm) ont été testées dans un réacteur différentiel pour l'oxygène. La constante du taux de moitie pour l'oxygène, Ko2= 0,734*10-3 Kg 02/m3 , a été obtenue de l'expérience à biofilm mince. Un estime pour la diffusivité effective de l'oxygène dans le biofilm, Do2= 2,4*10-6 m2 /h, a été obtenu des deux expériences à biofilm plus épais. The iron oxidizing bacterium, Thiobacillus ferrooxidans, was grown in an aqueous ferrous sulfate solution in continous bioreactors. The submerged culture kinetic experiments were performed in a laboratory-scale airlift fermentor. The fixed biofilm kinetics were investigated in a new reactor, the inversed fluidised bed bioreactor. Three strains, ATCC 23270, ATCC 19859 and Bulgarian G 15 have been studied. In submerged culture, the specific growth rate followed Monod kinetics and the oxidation rate of ferrous iron was proportional to the growth rate. The microbial decay coefficient <Kd> was negligible and the yield coefficient <Yt> was about 0.05 Kg dry weight/Kg iron oxidized for all strains. The maximum specific grow rate <µm> was 0.140 (31°C), 0.128 (30°C) and 0.158 h-1 <30°C>. The saturation constant <K_> was: 0.478, 0.288 and 0.665 Kg/m3. Diffusion of oxygen through the biofilm was found to be the limiting step for film oxidation. The reaction rate was zero order w.r.t. ferrous iron and Michaelis-Menten order w.r.t. dissolved oxygen. The maximum specific substrate utilisation rate <Qm> was approximately: 0.0493, 0.0379 and 0.0529 Kg/Kg biofilm.h. Saturation constant for oxygen <Ko2> was found to be 0.734 ppm <G 15>. The effective diffusion coefficient of oxygen through the biofilm was estimated at 2.4*10-6 m2 /h.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Chavarie, Claude
Informations complémentaires: Comprend un résumé en français et un en anglais
Mots-clés libres: biofilm cinetique thiobacillus ferrooxidans oxydation
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en sciences appliquées
Date de dépôt: 11 janv. 2013 14:18
Dernière modification: 11 janv. 2013 18:48
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/460

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