Characterization of colloidal transport of zinc in a sandy medium
Caractérisation du transport colloïdal du zinc en milieu sableux
Résumé
This study deals both with the theoretical issue of colloidal transport and the more practical one of infiltration bassins management. Actually, even if many field studies have pointed out the main role played by colloids in pollutant transport, this phenomenon has not yet been fully studied and not taken into account in predictive transport models. The conditions under which it becomes predominant are not clearly assessed. In this way, the main aim of this study is the characterization of zinc transport facilitated by bacterial colloids. Zinc is used as a model pollutant characteristic of urban waters pollution and colloids are Pseudomonas putida bacteria as a biofilm in porous media. Experiments have been carried out in non-saturated Loire sand columns. Extra batch experiments have been performed to investigate surface reactivity. Results deal with the three main conditions to obtain colloidal transport : affinity between colloidal particles and pollutants, colloidal movement in the media, and facilitated transport of pollutants. First, surface proton titrations and adsorption batches have shown the high affinity of the cell surfaces for zinc, particularly when cells are arranged as a biofilm. Thus, solution composition and ionic strength have significant influence on biofilm stability and consequently on mobile colloid formation. Hence required conditions are obtained to get facilitated transport of zinc by bacterial colloids; however facilitated zinc transport has not been directly quantified, but observed through indirect methods. It seems necessary to take into account, under certain conditions, facilitated bacterial transport of metals in infiltration bassins soils.
Cette étude se situe au carrefour d'une problématique opérationnelle de gestion des sols de bassins d'infiltration d'eaux pluviales et d'une thématique plus théorique sur le transport colloïdal. En effet, malgré la mise en évidence du rôle parfois prédominant des colloïdes dans le transport de polluants, les mécanismes considérés prennent encore peu en compte cette forme de transport et les conditions sous lesquelles il prédomine restent mal définies. Dans ce cadre, l'objectif principal de ces travaux est la caractérisation du transport colloïdal d'un métal caractéristique des pollutions d'eaux pluviales urbaines, le zinc. Les colloïdes considérés sont des bactéries de l'espèce Pseudomonas putida qui sont présentes dans le milieu poreux sous forme de biofilm. Les essais ont été réalisés en colonnes de sable de Loire, non saturées en eau. Des expériences complémentaires en réacteurs fermés ont permis de mieux caractériser la réactivité des surfaces mises en jeu. Les résultats permettent d'apporter des éléments de réponse à trois grandes questions qui sont en fait les conditions nécessaires pour qu'il y ait transport colloïdal : réactivité des colloïdes pour les polluants, mouvement des colloïdes, et transport associé. Tout d'abord, les titrations de surface et les essais d'adsorption ont montré la grande réactivité des surfaces en particulier du biofilm. Ensuite la composition de la solution en contact avec le milieux poreux et sa force ionique influencent largement la stabilité du biofilm et donc la formation de colloïdes mobiles. Ainsi les conditions sont réunies pour observer le transport associé du zinc et des bactéries; celui-ci n'a pas été directement quantifié, mais observé par des méthodes indirectes. Il apparaît donc nécessaire aujourd'hui de tenir compte, sous certaines conditions, du transport facilité par les colloïdes bactériens dans les sols de bassins d'infiltration.
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