Evaluation de la zéolite comme support adsorbant de l’azote inorganique en aquaculture / Roman Renotte

Public ISBD Titre : Evaluation de la zéolite comme support adsorbant de l’azote inorganique en aquaculture Type de document : TFE / Mémoire Auteurs : Roman Renotte, Auteur ; Myriam Kockerols, Directeur de la recherche Editeur : Montignies-sur-Sambre : Helha. Agronomie Année de publication : 2020 Note générale : Le fichier numérique de ce document est disponible uniquement pour les membres de la Haute Ecole Louvain-en-Hainaut ainsi que ses étudiants. Veuillez vous connecter pour accéder à votre compte lecteur. Langues : Français (fre) Mots-clés : Agronomie  AIBT Index. décimale : TFE AIBT TFE Agro-industries et biotechnologies Résumé : Ce travail est une contribution au programme de recherche « Urban Algae » qui a pour but de récupérer l’azote ammonicale issu des déjections de poissons sur de la zéolite de type clinoptilolite. Une fois la zéolite chargée, elle sera utilisée dans une culture de spiruline pour relarguer progressivement l’azote dans le milieu. L’ensemble formant une boucle aquaponique circulaire fermée. Pour ce faire, le système d’élevage et le procédé d’échange ionique avec la zéolite ont été caractérisés séparément. Le cycle de l’azote dans le bassin contenant des carpes koïs nourries avec un aliment riche en protéines afin de maximiser les teneurs en azote retrouvées dans le bassin a pu être établi sur base de deux cycles d’élevage, l’un de 11 jours et le second de 17 jours avec un renouvellement complet de l’eau entre les deux. Au cours de ces cycles, un plan d’échantillonnage journalier a permis le suivi de l’ammonium, des nitrites, des nitrates et autres facteurs d’ordre physico-chimiques et propres à l’élevage (pH, oxygène dissous, température, titre alcalimétrique complet, conductivité, volume du bassin et nourrissage). Il est apparu que le nourrissage apporté en quantité suffisante a permis un accroissement de la biomasse des poissons et a été corrélé précisément avec les quantités d’azote inorganique excrétées et émises majoritairement sous forme ammoniacale dans le bassin, ce qui représente la seule forme cationique capable d’être échangée ultérieurement par la zéolite. La caractérisation d’une zéolite aux dimensions relativement grossières comprises entre 2,5 et 5 mm a démontré une dynamique d’adsorption rapide pour les concentrations en ammonium faibles (inférieures ou égale à 20 mg N/l). Cette quantité est représentative des émissions cumulées au cours de 11 jours d’élevage. La modélisation de l’isotherme par la formule linéarisée de Freundlich donne une excellente correspondance entre les valeurs mesurées et le modèle mathématique. Pour la régénération du matériau échangeur d’ions, diverses solutions de régénération possédant une concentration en sodium de 0,15M ont été envisagées telles que le chlorure de sodium (NaCl), le bicarbonate de sodium (NaHCO3) ou le carbonate de sodium (Na2CO3). Ces solutions salines aux pH croissants compris entre 7,00 et 11,49 ont permis de mettre en évidence l’équilibre du couple acido-basique NH4+/NH3 sur la désorption. Il a été montré qu’il était possible de récupérer respectivement 47% et 59 % de l’azote fixé avec les électrolytes composés d’un mélange de NaHCO3-Na2CO3 à pH de 10,06 et de Na2CO3 seul à pH de 11,49. Note de contenu : Table des matières 1. Introduction ........................................................................................................................ 5 1.1 Contexte d’accueil et présentation du laboratoire .......................................................... 5 1.2 L’économie circulaire ................................................................................................... 7 1.3 L’aquaculture ............................................................................................................... 9 1.4 L’aquaponie ............................................................................................................... 11 1.4.1 Le cycle de l’azote en filtration biologique ........................................................ 12 1.4.2 Le potentiel hydrogène (pH) .............................................................................. 14 1.4.3 L’oxygène dissous ............................................................................................... 15 1.4.4 La conductivité ................................................................................................... 16 1.4.5 La température ................................................................................................... 16 1.4.6 Les poissons (carpes Koïs) .................................................................................. 16 1.5 Les zéolites ............................................................................................................. 17 1.5.1 Composition et structure des zéolites naturelles .............................................. 17 1.5.2 Propriétés des zéolites ....................................................................................... 20 1.5.3 Applications des zéolites .................................................................................... 20 2. Objectifs ........................................................................................................................... 22 3. Matériels et méthodes ......................................................................................................... 23 3.1 Système aquaponique ............................................................................................... 23 3.1.1 Conditions d’élevage .......................................................................................... 23 3.1.2 Contrôle des paramètres physico-chimiques dans le bassin d’élevage ............. 25 3.2 Caractérisation de la zéolite. ..................................................................................... 32 3.2.2 Cinétique d’adsorption ....................................................................................... 35 3.2.3 Capacité d’adsorption ........................................................................................ 35 3.2.4 Désorption de l’azote ammoniacal .................................................................... 35 3.2.5 Dosage à l’électrode sélective aux ions ammonium .......................................... 37 4 4 Résultats ........................................................................................................................... 39 4.1 Système aquaponique ............................................................................................... 39 4.1.1 Plan de nourrissage et d’échantillonnage .......................................................... 39 4.1.2 Paramètres physico-chimiques .......................................................................... 41 4.1.3 Evolution des formes azotées inorganiques ...................................................... 42 4.2 Caractérisation de la zéolite ...................................................................................... 46 4.2.1 Cinétique d’adsorption ....................................................................................... 46 4.2.2 Désorption .......................................................................................................... 51 5 Conclusions et perspectives ............................................................................................. 54 6. Liste des figures .................................................................................................................... 57 7. Liste des tableaux ............................................................................................................. 59 8 Bibliographie .................................................................................................................... 60 9 Annexes ............................................................................................................................ 63 Permalink : ./index.php?lvl=notice_display&id=89179 Evaluation de la zéolite comme support adsorbant de l’azote inorganique en aquaculture [TFE / Mémoire] / Roman Renotte, Auteur ; Myriam Kockerols, Directeur de la recherche . - Montignies-sur-Sambre : Helha. Agronomie, 2020. Le fichier numérique de ce document est disponible uniquement pour les membres de la Haute Ecole Louvain-en-Hainaut ainsi que ses étudiants. Veuillez vous connecter pour accéder à votre compte lecteur. Langues : Français (fre) Mots-clés : Agronomie  AIBT Index. décimale : TFE AIBT TFE Agro-industries et biotechnologies Résumé : Ce travail est une contribution au programme de recherche « Urban Algae » qui a pour but de récupérer l’azote ammonicale issu des déjections de poissons sur de la zéolite de type clinoptilolite. Une fois la zéolite chargée, elle sera utilisée dans une culture de spiruline pour relarguer progressivement l’azote dans le milieu. L’ensemble formant une boucle aquaponique circulaire fermée. Pour ce faire, le système d’élevage et le procédé d’échange ionique avec la zéolite ont été caractérisés séparément. Le cycle de l’azote dans le bassin contenant des carpes koïs nourries avec un aliment riche en protéines afin de maximiser les teneurs en azote retrouvées dans le bassin a pu être établi sur base de deux cycles d’élevage, l’un de 11 jours et le second de 17 jours avec un renouvellement complet de l’eau entre les deux. Au cours de ces cycles, un plan d’échantillonnage journalier a permis le suivi de l’ammonium, des nitrites, des nitrates et autres facteurs d’ordre physico-chimiques et propres à l’élevage (pH, oxygène dissous, température, titre alcalimétrique complet, conductivité, volume du bassin et nourrissage). Il est apparu que le nourrissage apporté en quantité suffisante a permis un accroissement de la biomasse des poissons et a été corrélé précisément avec les quantités d’azote inorganique excrétées et émises majoritairement sous forme ammoniacale dans le bassin, ce qui représente la seule forme cationique capable d’être échangée ultérieurement par la zéolite. La caractérisation d’une zéolite aux dimensions relativement grossières comprises entre 2,5 et 5 mm a démontré une dynamique d’adsorption rapide pour les concentrations en ammonium faibles (inférieures ou égale à 20 mg N/l). Cette quantité est représentative des émissions cumulées au cours de 11 jours d’élevage. La modélisation de l’isotherme par la formule linéarisée de Freundlich donne une excellente correspondance entre les valeurs mesurées et le modèle mathématique. Pour la régénération du matériau échangeur d’ions, diverses solutions de régénération possédant une concentration en sodium de 0,15M ont été envisagées telles que le chlorure de sodium (NaCl), le bicarbonate de sodium (NaHCO3) ou le carbonate de sodium (Na2CO3). Ces solutions salines aux pH croissants compris entre 7,00 et 11,49 ont permis de mettre en évidence l’équilibre du couple acido-basique NH4+/NH3 sur la désorption. Il a été montré qu’il était possible de récupérer respectivement 47% et 59 % de l’azote fixé avec les électrolytes composés d’un mélange de NaHCO3-Na2CO3 à pH de 10,06 et de Na2CO3 seul à pH de 11,49. Note de contenu : Table des matières 1. Introduction ........................................................................................................................ 5 1.1 Contexte d’accueil et présentation du laboratoire .......................................................... 5 1.2 L’économie circulaire ................................................................................................... 7 1.3 L’aquaculture ............................................................................................................... 9 1.4 L’aquaponie ............................................................................................................... 11 1.4.1 Le cycle de l’azote en filtration biologique ........................................................ 12 1.4.2 Le potentiel hydrogène (pH) .............................................................................. 14 1.4.3 L’oxygène dissous ............................................................................................... 15 1.4.4 La conductivité ................................................................................................... 16 1.4.5 La température ................................................................................................... 16 1.4.6 Les poissons (carpes Koïs) .................................................................................. 16 1.5 Les zéolites ............................................................................................................. 17 1.5.1 Composition et structure des zéolites naturelles .............................................. 17 1.5.2 Propriétés des zéolites ....................................................................................... 20 1.5.3 Applications des zéolites .................................................................................... 20 2. Objectifs ........................................................................................................................... 22 3. Matériels et méthodes ......................................................................................................... 23 3.1 Système aquaponique ............................................................................................... 23 3.1.1 Conditions d’élevage .......................................................................................... 23 3.1.2 Contrôle des paramètres physico-chimiques dans le bassin d’élevage ............. 25 3.2 Caractérisation de la zéolite. ..................................................................................... 32 3.2.2 Cinétique d’adsorption ....................................................................................... 35 3.2.3 Capacité d’adsorption ........................................................................................ 35 3.2.4 Désorption de l’azote ammoniacal .................................................................... 35 3.2.5 Dosage à l’électrode sélective aux ions ammonium .......................................... 37 4 4 Résultats ........................................................................................................................... 39 4.1 Système aquaponique ............................................................................................... 39 4.1.1 Plan de nourrissage et d’échantillonnage .......................................................... 39 4.1.2 Paramètres physico-chimiques .......................................................................... 41 4.1.3 Evolution des formes azotées inorganiques ...................................................... 42 4.2 Caractérisation de la zéolite ...................................................................................... 46 4.2.1 Cinétique d’adsorption ....................................................................................... 46 4.2.2 Désorption .......................................................................................................... 51 5 Conclusions et perspectives ............................................................................................. 54 6. Liste des figures .................................................................................................................... 57 7. Liste des tableaux ............................................................................................................. 59 8 Bibliographie .................................................................................................................... 60 9 Annexes ............................................................................................................................ 63 Permalink : ./index.php?lvl=notice_display&id=89179

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