Principe de la réduction biologique du chrome hexavalent en chrome trivalent

Sur notre chaîne de traitement, le chrome hexavalent dissous est concentré au moment de l'étape de traitement sur la résine échageuse d'ions. Ainsi, la concentration en chrome VI est maximale dans les eaux de lavage de la résine avec une concentration de 75 mg/L de Cr042-. Les eaux de rétrolavage représentent un volume de 2200 m3 tous les quatre jours environ. 
Il est indispensable pour donner du sens à notre travail d’éliminer cette pollution. En effet, nous ne pouvons pas nous contenter ici de renvoyer la solution concentrée en chrome en tête de station de traitement. Il faut l’extraire. Pour cela, nous avons envisagé un traitement biologique qui consiste en une réduction du chrome hexavalent en chrome trivalent grâce à des bactéries sulfo-réductrices.
Nota Bene : Ce procédé n'est décrit qu'à l’échelle du laboratoire et semble, selon les chercheurs, intéressants pour faire évoluer les techniques industrielles de remédiation des polluants. Les résultats présentés dans cette partie sont extraits de la publication suivante : SMITH W., GADD G.; Reduction and precipitation of chromate by mixed culture sulphate-reducing bacterial biofilms; Journal of applied microbiology 2000, 88, 983-991 (voir le fichier attaché en bas de page).
Certaines bactéries telles que des Pseudomonas, Aeromonas et Enterobacter sont capables de réduire de chrome hexavalent en chrome trivalent. Ces bactéries sont hétérotrophes (besoin d’une source d’énergie carbonée) et ne nécessitent pas d’oxygène pour se développer (réaction anaérobie). Les bactéries se développent sur des biofilms ou des sédiments.
La transformation du chrome VI en chrome III se fait par sulfo-réduction. Bien que le mécanisme ne soit pas encore bien identifié, il est clairement établi que la présence de sulfates est indispensable à une donne efficacité de la réaction.
Lors de cette transformation, 80 % du chrome VI précipite tandis qu'une autre part (bien plus faible) reste en suspension dans la solution. Dans les deux cas, le chrome est sous forme trivalente et est insoluble. de plus, sa toxicité est réduite.
Figure 1 : Suivi de la réaction de sulfo-réduction du chrome héxavalent
Légende: "Carrés" = concentration en chrome soluble; "Ronds" = concentration de chrome insoluble en suspension
Source: SMITH W., GADD G.; Reduction and precipitation of chromate by mixed culture sulphate-reducing bacterial biofilms; Journal of applied microbiology 2000
D'après la figure 1, quanrant-huit heures sont nécessaires pour réduire de 88% la concentration en chrome hexavalent dissous dans la solution. La réduction de chrome VI est très rapide au cours des dix premières heures puis la vitesse de réaction se stabilise. Ainsi, concentration en Cr(VI) décroit linéairement entre la dixième et quarante-huitième heure de traitement. En parallèle, on assiste à une augmentation constante de la concentration en chrome insoluble (donc sous forme trivalante) en suspension dans la solution.
La réaction de réduction du chrome VI en chrome III peut être décrite par l’équation suivante :
Cr (VI) + Lactate + Sulphate  --->  Cr (III) + Acétate + Sulfite
Les lactates représentent la source de carbone nécessaire aux bactéries hétérotrophes tandis que les les sulfates transformés en sulfites semblent intervenir dans la réduction du chrome.
Figure 2 : Evolution de la concentration en lactate (a), acétate (b), sulfate (c) et sulfite (d) au cours de la réaction de sulfo-réduction en présence ("Ronds") et en absence ("Carrés") de chrome hexavalant. Source : SMITH W., GADD G.; Reduction and precipitation of chromate by mixed culture sulphate-reducing bacterial biofilms; Journal of applied microbiology 2000
La concentration en réactif (lactate et sulfate) diminue au cours du temps tandis que la concentration en produit (acétate et sulfite) augmente. La présence de chrome dans le milieu conduit à un ralentissement du métabolisme des bactéries puisque la consommation de réactifs est plus faible en présence de chrome (concentration plus forte). De même, les concentrations en produit sont plus faibles. Cependant, la réaction est possible pour des concentrations en chrome de l'ordre 500 µmol/L de CrO42- (soit environ 60 à 70 mg/L). Ainsi, pour réduire de 88% la teneur en chrome d'une solution concentrée à 500µmol/L, 35 mmol/L de lactate et 2 mmol/L de sulfates sont nécessaires. Au cours de ces quanrante-huit heures de réaction, 20 mmol/L d'acétate et 1 mmol/L de sulfite sont produits.