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

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Godard, François (1987). Cinétique d'oxydation du fer ferreux par thiobacillus ferrooxidans en culture libre et en biofilm. (Mémoire de maîtrise). Université de Montréal. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/460

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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 ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
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: https://depositum.uqat.ca/id/eprint/460

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