Volume 3, Number 2, 1990

FR:

L'élimination de la couleur de rejets de petites industries textiles peut être réalisée à l'aide de sciures d'essences de bois diverses dont le choix est fait après étude de leur relargage dans l'eau (couleur et DCO); les sciures de chêne, de châtaignier, de pin Douglas conduisent à des relargages de substances fortement colorées correspondant à des DCO d'environ 60 mg d'oxygène par gramme de sciures sèches et ceci en réacteur discontinu. Par contre, les sciures de hêtre, bouleau, sapin et peuplier relarguent nettement moins de produits colorés ou non et conduisent à des DCO plus faibles, excepté pour le bouleau (30 mg d'O₂.g^-1).

Le pH de l'eau est également modifié par addition de sciures et l'on obtient des valeurs de pH d'équilibre atteint en 10 min., de 4,3; 5; 5,8 et 7 pour le bouleau, le sapin, le hêtre et le peuplier respectivement.

L'élimination de colorants à 25 mg.l^-1 dans l'eau par des doses de sciures de 50 g.^-1 pour 2 h de temps de contact, montre qu'une meilleure décoloration (98 à 100 %) est obtenue pour le colorant cationique Basic Red 22 avec les quatre sciures sélectionnées, qu'avec les colorants anioniques (ou acides) dont les valeurs de rétention, variables selon les sciures (de 4 à 8 %) peuvent être très bonnes également.

Les isothermes d'adsorption permettent de déterminer les capacités d'adsorption à saturation; à titre d'exemple, des valeurs de 0,1 à 0,2 mmol.g^-1 sont obtenues sur des sciures de peuplier et de hêtre pour le colorant BR 22 et de 4 à 8.10- mmol.g^-1 pour le colorant anionique Acid Blue 25, sur ces mêmes sciures. Contrairement à d'autres matériaux, on observe que les résultats obtenus ne dépendent que très peu de la température (entre 15 et 35 °C).

Une étude dynamique sur colonne confirme les écarts pour les deux types de colorants, mais les résultats dépendent de la vitesse de passage : des pourcentages d'élimination de 0,4 à 1 % en masse peuvent être obtenus pour l'AB 25 le BR 22 sur la sciure de hêtre. Il faut cependant signaler que les produits minéraux et organiques contenus dans les effluents colorés industriels diminuent l'efficacité des sciures par rapport à leur efficacité sur des solutions de colorants purs.

EN:

Anticipated water pollution regulations require textile dye industries to reduce substantially the amount of colour in their effluents. One possible method of colour removal is through adsorption techniques. The most commonly used adsorbent for treatment of textile effluents is activated carbon. The capability of sawdust for removing colour was recognised some time ago (POOTS et al. 1978; ABO-ELELA and EL-DIB, 1987; ASFOUR et al., 1985) as were those of peat and of charred woollen fiber treatments (PERINEAU et al., 1983). Sawdust has recently received more attention (ASFOUR et al., 1985) owing to its economic advantages when the sawmills are near the textile mills. In order to measure the real efficacy of some types of sawdust, evaluation of the released coloured products and their influence on the effluent water pH are never described. The aim of the present work is to study and evaluate the behaviour of types of sawdust from Limousin woods (released COD and pH of solutions) and the discolouring power of the selected sawdust (beech, poplar, birch and fir trees) with respect to textile dyes in dilute solutions and industrial effluents.

MATERIALS AND METHODS

Experiments were conducted using sawdust from beech, chestnut, poplar, oak, birch, fir and Douglas pine, in doses of 50 g.l^-1 of water. The industrial sawdust particle site was between 0.5 - 1.5 mm.

The dyestuffs used in all the experiments are reported in table 1. The initial concentration of colouring matter was 25 mg.l^-1 and determined spectrophotometrically at maximum absorbance wavelength. In a batch system the time required for equilibrium was 2 hours (or less).

RESULTS AND DISCUSSION

Kinetic rejections of the sawdust are shown in figure 1; four types of sawdust are suitable : beech, poplar, birch, and fir were selected for further experiments. The absorbance depends on the wavelength and becomes maximum near UV range (as shown in fig. 2 and 3). The COD of the released products is particularly important for chestnut, oak, Douglas pine (60 mg.O2.g^-1; table 2) and also for birch (31 mg.O2.g^-1). These data have never been mentioned in published works where the wood was not submitted to any form of pre-treatment.

Sawdust contains some acidic or basic groups that modify the pH of water (fig. 6, 7) which becomes more acidic; the phenomenon can be used to neutralize textile fixing effluents loaded with carbonate ions (pH : 10). Batch results (table 3) indicate that the tour selected types of sawdust give good colour removal for the 8 dyes; particularly, the cationic dye : Basic Red 22 is discoloured with very good yield (96 to 99.5 %) on beech and on birch sawdust.

A variation of temperature between 15 and 35 °C does not change significantly the adsorption results and at pH = 2, the release decreases (table 2) and the adsorption increases (table 4).

Equilibrium conditions of adsorption of basic and acidic dyes on four types of dust were studied using the Langmuir equation; this equation was also used for the determination of the « ultimate capacity » Г_∞ and the equilibrium constant K (STUMM and MORGAN, 1981). The resulting Г_∞ and K for some dyes (AB 25, BR 22, NLB) on fir, beech, poplar, and birch sawdust are given in table 5. The best results were obtained for the cationic dye BR 22 which showed an ultimate capacity of 0.210 and 0.06 mmol.g^-1 on beech and on birch sawdust respectively. [The result for other dyes is in the order of 0.005 mmol.g^-1]. The results obtained by extrapolation of the linearized Langmuir equation are somewhat different from those obtained by the experimental saturation curve (fig. 8) for BR 22 on polar sawdust. For AB 25, the saturation curve shows a great increase of the adsorption capacity for concentrated solutions (2 - 2.25 g.l^-1), this is probably due to a micellary process as shown on figure 9 : the critical micellary concentration is between 1.5 and 3.3 g.1^-1.

DYNAMIC STUDY

Flow tests using small columns (3 - 7 cm of height) are used with beech sawdust for determining the breakthrough curves (rate : 1.03 m.h^-1). The concentrations of AB 25, BR 22 and their mixture are 25 mg.l^-1 (close to industrial waste-water concentration). The adsorption capacity deduced from the « Bed Depth Service Time » model is 0.4 % and 0.8 % for each dye respectively.

Glass columns (4 cm diameter) containing 20 g or 30 g of beech sawdust were also used. The values of adsorption for a rate of 3.1 m.h^-1 are 0.45 mg.g^-1 (0.04 %) for AB 25 and 13 mg.g^-1 (1.3 %) for BR 22. Approximately 650 litres of this dye can be treated by this sawdust (fig. 10 and 11).

Industrial effluents (unknown composition) are less discoloured, probably due to the presence of many other compounds.

Batch experiments adsorption of dyes on wood sawdust can lead to different measurements of the efficiency of the sawdust depending on rejection by the adsorbent of chemical species in the bulk solution. These substances modify the pH, the adsorbance of the solution and the amount of adsorbed dyes by competitive reaction.

FR:

En rendant aléatoires les intrants du modèle déterministe en cascade de réservoirs linéaires de Nash-Dooge, on obtient des modèles linéaires stochastiques adaptés aux petits bassins, qui peuvent être formulés comme des systèmes dynamiques stochastiques linéaires simples représentés par des équations différentielles stochastiques (EDS). Les processus du système, la précipitation et les pertes dues à l'évapotranspiration (cette dernière étant considérée comme un intrant négatif), sont respectivement modélisés par un processus composé de Poisson et par un bruit blanc gaussien à moyenne nulle superposé à une moyenne déterministe. Pour la réponse superficielle et la réponse souterraine, on propose des modèles stochastiques en cascades de Nash-Dooge à n réservoirs linéaires égaux et à deux réservoirs en parallèle. Des travaux récents sur la genèse des débits ont conduit à mettre au point un modèle dynamique grossier, plus plausible conceptuellement, formé de régimes à réponse rapide et à réponse lente parallèles. Ce modèle est élaboré en attribuant au réservoir lent toutes les pertes d'évapotranspiration, les fluctuations de celle-ci étant modélisées par un bruit gaussien coloré à moyenne nulle et en rationalisant un modèle d'infiltration linéarisé fonction d'un écoulement à régime lent précédant une précipitation. En fait, cette contribution vise à donner une portée plus générale à la théorie déterministe de Nash-Dooge basée sur l'hydrogramme unitaire, afin de l'étendre à une théorie linéaire stochastique de réponse d'un bassin.

EN:

By randomizing the inputs to the deterministic Nash-Dooge linear reservoir cascade, linear stochastic conceptual response models suitable for small catchments are formulated as simple linear stochastic dynamical systems within the formalism of stochastic differential equations (SDE’s). The system driving processes, rainfall and evapotranspiration losses, the latter regarded as a negative input, are modeled respectively as a compound Poisson process and a mean zero white Gaussian noise superposed on a deterministic mean. Elementary stochasticized Nash-Dooge cascades of n equal linear reservoirs and two reservoirs in parallel are given as potential models of surface and subsurface response. On consideration of recent discoveries concerning streamflow generation, a more conceptually plausible coarse-grained dynamical model of parallel quick and slow response regimes is developed by confining all evapotranspiration losses to the slow reservoir, modeling evapotranspiration fluctuations as mean zero colored Gaussian noise and rationalizing a linearized infiltration model dependent on slow regime outflow just prior to an event. In essence, the effort is directed towards generalizing the deterministic Nash-Dooge theory of the unit hydrograph to a linear stochastic theory of catchment response.

FR:

La sensibilité d'Asellus aquaticus L. (Crustacea, Isopada) à un insecticide, le lindane, est étudiée. Pour chaque concentration de lindane (1, 2, 4 et 8 mg.L^-1) la mortalité est appréciée en fonction du poids des individus ou de leur métabolisme. La sensibilité à 4 mg.L^-1 de lindane à des températures différentes (10 et 20 °C) a été également envisagée. La sensibilité des aselles s'accroit avec la concentration de lindane, la température et le métabolisme. Il en est de même aux concentrations sublétales quand le poids augmente.

EN:

The sensitivity of Asellus aquaticus L. (Crustacea, Isoposa) to the insecticide lindane was studied in relation to its developmental stage (size) and metabolism. After tests of acute toxicity (48 h) with 1, 2, 4 or 8 mg.L^-1 of lindane, the percentage of mortality increased with the concentration. In further tests using sublethal concentrations, 1 or 2 mg.L^-1, the sensitivity increased with the weight of the organisms. A linear regression of mortality (probit of %) of Asellus was correlated with the mean concentration (M) of lindane and the weight (W) of Asellus for these two concentrations. It is possible to relate the percentage of mortality to the metaboilc rate observed at the beginning of the experiment. The larger Asellus and/or those with a higher metabolic rate were the most sensitive. An increase in temperature which modified the metabolism, increased the sensitivity of this invertebrate. The percentage of mortality were respectively 1.35 and 26.64 at 10 and 20 °C. The interest of these results lies in the evaluation of the risks of pollution. In this type of study, it is very important to consider the biotic factors (size, metabolism) because the concentration of insecticide is generally close to a sublethal concentrations. Indeed biotic factors that modify the sensitivity are the main elements responsible for the intensity of the harm caused. The abiotic factor (temperature) that changes the physiology of invertebrate is also a significant factor.

FR:

La persistance dans l'eau, en présence ou en absence de sédiment, la toxicité aiguë et les capacités de bioconcentration du lindane et de la deltaméthrine ont été étudiées dans des conditions de laboratoire. Les résultats obtenus, persistance relativement importante dans l'eau, désorption à partir du sédiment, toxicité aiguë modérée et capacités de bioconcentration non négligeable, laissent supposer que le risque écotoxicotogique lié au lindane est du domaine de la toxicité chronique et de la bioaccumulation le long des chaînes trophiques.

En revanche, la très rapide disparition de la deltaméthrine introduite dans l'eau, sa très intense adsorption sur le sédiment et ses faibles capacités de bioconcentration laissent à penser que ce composé ne se bioaccumulera pas le long des chaînes alimentaires. Néanmoins, l'extrême toxicité de cette molécule et sa rapidité d'action vis-à-vis des organismes aquatiques, peut causer des dommages importants aux écosystèmes Humiques à la suite de traitements directs de ces biotopes.

EN:

The persistence in water (in the presence or in the absence of sediment), the acute toxicity and the bioconcentration capacities of lindane and of deltamethrin were studies under laboratory conditions.

There is a signifiant decrease in the persistence in water of bath insecticides, when there is sediment in water. Nevertheless, deltamethrin is much less persistent in water than lindane, both in the presence and in the absence of sediment.

Studies of acute toxicity showed that the toxicity of deltamethrin is about 100 to 1 000 times greater than that of lindane. The five species studied were similarily sensitive to the two insecticides.

Two methods of contamination were used in the bioconcentration studies (spot and flow through system contamination). Under both conditions and for all the species tested, the concentration factor of lindane was always greater than that of deltamethrin.

Its relatively significant persistence in water, its desorption from sediment, its low acute toxicity and high bioconcentration capacities indicate that the ecotoxicological risk of lindane is mainly due to its chronic toxicity and biocaccumulation through trophic food chains.

On the contrary, the rapid disappearance of deltamethrin from water, its high adsorption on sediment and its low bioconcentration capacities indicate that this molecule will not accumulate through trophic chains. Nevertheless, its extreme toxicity and rapidity of action may cause significant harm to limnic ecosystems alter direct treatment.

FR:

La décomposition chimique et isotopique d'un hydrogramme de crue d'un petit torrent méditerranéen (Cannone, Corse, France), a été tentée dans un cas simple, en confrontant les résultats des deux méthodes et en discutant leurs limites. L'outil isotopique permet de bien différencier l'eau préexistante et l'eau nouvelle. L'analyse de la variation des éléments chimiques met en évidence la participation d'eau du soi, sans qu'il soit possible de quantifier sa contribution; elle démontre que la composition de la pluie n'est pas conservative; le rôle du pluviolessivage est mis en évidence, conjointement à celui du transfert dans la zone non-saturée. Ainsi les décompositions chimiques des hydrogrammes (en particulier celles réalisées avec la conductivité) reposent le plus souvent sur des approximations théoriquement contestables et conduisent à des erreurs notables, à l'exception toutefois de celles réalisées avec la silice.

EN:

Problems of environmental water quality such as transfer of pollutants and ecosystem acidification call for a new insight to the path and the contact time of water in the different subsurface reservoirs. An isotopic and chemical hydrograph separation is carried out for a flood in a small upland watershed in the Mediterranean region (Cannone, Corsica Island, France) with special attention to a comparison between the two methods and discussion of their limits. Here, old and new water are clearly distinguished by isotopic composition. The pattern of the dissolved constituents of stream water shows the contribution of ground water, often assumed to be negligible. The non-conservative behaviour of rain-water chemistry during its path to the stream channel due to enrichment by throughfall and leaching of soils, is the main obstacle to chemical separation. Chemical separation, especially through specific conductance seems generally to be hazardous, except perhaps for dissolved silica. Checking the variation of all dissolved constituents would prevent questionable approximations.