Book Description
Le bioréacteur à membranes, associant bioréactions et séparation membranaire dans la même unité, permet de développer une biomasse importante au sein du réacteur qui autorise l'intensification des processus biologiques mais pénalise l'étape de séparation. Intégré dans un programme européen, EUROMBRA, ce travail a eu pour objectif d'étudier l'importance de l'hydrodynamique créée par aération au voisinage des membranes filtrantes sur la dynamique de colmatage. Au regard des travaux antérieurs du laboratoire dans ce domaine et de l'analyse bibliographique, ce phénomène a été étudié selon trois niveaux phénoménologiques: accumulation de biomasse au sein des modules de filtration, développement d'un biofilm en surface membranaire, adsorption de molécules organiques dans les pores des membranes. Des méthodologies expérimentales spécifiques ont été mises en place, réacteurs pilotes et méthodes d'analyses conventionnelles et spécifiques pour, notamment, étudier la structure du biofilm et l'identification des composés irréversiblement fixés sur le matériau membranaire (en collaboration avec l'Université Technologique de Sydney). Les résultats obtenus montrent l'importance de grandeurs déterminantes pour maîtriser la dynamique colmatage: (i) sur le plan biologique, l'adéquation du modèle ASM3 aux réponses biologiques a permis, par simulation, de montrer le rôle de la charge volumique et du temps de rétention de la phase solide sur les teneurs en biomasse et en produits microbiens solubles PMS directement impliqués dans les processus réactionnels mais aussi de colmatage, (ii) sur le de la filtration, il a pu être montré le rôle déterminant de l'aération sur les deux premiers niveaux de colmatage observés, seule l'adsorption n'a pas été influencée par l'aération. Les perspectives de ce travail pourraient être axées principalement sur la production et la nature des PMS produits en fonction des conditions biologiques imposées et leur influence sur l'évolution et les propriétés du biofilm
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Dans les bioréacteurs à membrane immergées (BAM) l'aération entraîne des surcoûts importantes car elle est requise pour la biomasse et le colmatage diminuant l'efficacité de l'aération dans ces systèmes. De plus la substitution de la sédimentation par la filtration par membrane et les conditions de fonctionnement sûrement affectent le comportement biologique de la biomasse. Cette étude ouvre les portes à une toute nouvelle configuration de BAM dans laquelle les fibres sont disposées à l'extérieur du bioréacteur et fonctionnent en filtration frontale. Un étude comparative de différents configurations de modules à été menée en filtration frontale d'une suspension de bentonite à 10 g.L-1. L'injection d'air a été employé comme stratégie pour limiter le colmatage particulaire en filtration frontale comme en filtration semi-frontale. En filtration semi-frontale d'une suspension de bentonite à 1 g.L-1 le flux critique et la PTM critiques ont été évalues pour différentes vitesses superficielles d'air. Par ailleurs, la production de boue et l'activité biologique d'un BAM immergé ont été modélisés avec de modèles développés pour les procédés à boues activées de type ASM inclus dans le logiciel GPS-X®.
Author: Romuald Van Kaam Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 181
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Le travail présenté dans ce mémoire est focalisé sur la compréhension de l'action des paramètres de filtration (temps de filtration, de non filtration, de rétrolavage, mode et débit d'aération) dans un BAMI pour le traitement d'eaux usées domestiques. La partie expérimentale a été conduite en deux temps. Tout d'abord sur effluent synthétique pour tester différentes conditions opératoires de filtration dans des conditions biologiques maîtrisées puis sur effluent domestique afin de valider les expériences précédentes. Les résultats de ces expérimentations ont mis en évidence que : - Le temps de non filtration pouvait être optimisé à partir de valeurs seuil de la perméabilité de la membrane et de la résistance spécifique de la liqueur mixte. - l'antagonisme dans le rôle de l'aération. D'une part un train de grosses bulles vient classiquement limiter l'apport de matière à la membrane (décolmatage) et d'autre part cette aération induit un cisaillement déstructurant les flocs (colmatage). Une caractérisation hydrodynamique et rhéologique du système a montré le caractère viscoplastique de la boue de BAMI et la pertinence de l'aération syncopé lors de la filtration d'un tel fluide. - L'ensemble des expériences menées sur l'effluent réel a confirmé d'une part les conditions opératoires choisies, d'autre part les caractéristiques de la boue sous contrainte de cisaillement. - L'analyse technico-économique, qui tient compte du " remplacement " des membranes pour lavage montre que l'on a mis en évidence des plages de paramètres opératoires conduisant à un fonctionnement rentable du procédé de traitement d'eau résiduaire urbaine.
Author: Samuel Pollet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 366
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L’objectif est de caractériser le colmatage et l’hydrodynamique dans un bioréacteur à membranes (BAM) avec recirculation, constitué de modules membranaires externes, en lien avec leur géométrie et l’aération. Cinq modules contenant des fibres creuses libres sont comparés à mêmes vitesses superficielles de gaz (0 0,154 m.s 1), de liquide (0 0,038 m.s 1) et flux de perméat (10 50 L.h 1.m 2). Des analyses de distribution des temps de séjour (DTS), des mesures de rétentions gazeuses et des enregistrements vidéos sont couplés à l’étude du colmatage afin le relier à l’hydrodynamique. Les analyses DTS mettent en évidence deux zones de mélange : une zone piston à la base du faisceau de fibres et une zone parfaitement mélangée dans la partie supérieure. Lorsque le débit de gaz augmente, l’écoulement gaz liquide passe d’un régime homogène de fines bulles à un régime hétérogène avec coalescence des bulles. L’influence de la géométrie montre que plus la densité de fibres est faible, plus la vitesse superficielle de gaz à laquelle cette transition a lieu est élevée. Lors de la filtration de suspensions de bentonite, une augmentation de la vitesse superficielle du gaz et une diminution de la densité de fibres limite le colmatage particulaire. Durant la filtration de surnageant de boues activées réelles, le rôle des macromolécules de type protéines dans le colmatage des membranes est mis en évidence. La filtration d’effluents réels avec une relaxation toutes les 7,5 min et une aération continue (0,026 Nm3.h 1.m 2) est un protocole de filtration prometteur afin de garder une pression transmembranaire et des vitesses de colmatage modérées, améliorant ainsi les performances des BAM
Author: El Hani Bouhabila Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 189
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Cette étude est consacrée à la caractérisation du fonctionnement d’un bio réacteur à membranes à fibres creuses immergées pour l’épuration d’eau usée domestique ou d’un effluent synthétique. Les paramètres qui ont caractérisé le fonctionnement du bio réacteur à membrane sont l’âge de la boue( 10, 20 et 30 jours) et la charge volumique appliquée. Malgré la présence de composés difficilement biodégradables dans l’effluent à traiter, le rendement d’élimination de composés organiques était supérieur à 90% même pour une charge volumique de 5,7 Kg DCO/m3.j. la membrane a prouvé son rôle dans l’élimination des composés organique était associée une nitrification presque complète. Dans ces conditions, les mécanismes du métabolisme endogène sont amplifiés, ce qui a conduit à une réduction de la production des boues estimée à 0,15 KgMES/KgDCO éliminée pour un âge de boue de 30 jours. En revanche, un colmatage des membranes accompagne ces performances. Le surnageant obtenu après centrifugation des boues joue un rôle très important dans ce colmatage : il est responsable de 75% de la résistance au colmatage. L’augmentation de l’âge de la boue réduit le colmatage dû à cette fraction. L’utilisation combinée de l’aération à un débit de 1,8 m3/h et du rétro lavage à une fréquence de 15s chaque 15 min permet de multiplier la perméabilité des membranes par un facteur 7
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Cette étude s'attache à décrire et analyser les interactions liant les spécificités du milieu biologique d’un bioréacteur à membranes immergées (BAMI) et les phénomènes de colmatage. Le BAMI a été comparé avec un procédé à boues activées, tous deux alimentés avec la même eau résiduaire urbaine. Les performances d'épuration des deux procédés sont comparées dans les mêmes conditions opératoires et à différents âges de boues (10 à 110 jours). L'influence de la séparation membranaire et de l'âge des boues sur les caractéristiques des surnageants (polymères solubles, DCO) et des flocs (diamètre, dimension fractale, exopolymères liés, indice de boue, turbidité) a été soulignée. Les productions de boues des deux systèmes ont également été calculées et confrontées à celles prédites par différents modèles. Par ailleurs, les principaux mécanismes impliqués dans le colmatage à court terme et long terme ont été étudiés. Enfin, le rôle spécifique des protéines et polysaccharides du surnageant des boues dans la structuration du dépôt de filtration a été mis en évidence
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La thèse est consacrée à l’étude de l’influence de l’aération sur le colmatage de membranes fibres creuses immergées en filtration externe/interne. Dans une première partie on étudie la filtration de levures (0.5 g.l-1) dans une cuve de 100 l avec une surface membranaire de 0.032 m2. Deux types d’essais de filtration ont été réalisés, des essais à palier de flux de détermination des conditions critiques et des essais de filtration en conditions colmatantes. Ces essais ont été effectués sans aération et avec aération sous forme de fines bulles et de calottes d’air. La sensibilité du colmatage à la position et au débit de l’injection des fines bulles ainsi qu’aux fréquences et volumes de calottes a été analysée. L’étude de la filtration a inclus la sensibilité des performances de filtration au mouvement des fibres, des essais ayant été réalisés soit avec des fibres tendues soit avec des fibres lâches. Dans une deuxième partie, une étude locale expérimentale et numérique de l’hydrodynamique diphasique a été entreprise avec des outils d’analyse d’image, de P.I.V et avec le code de calcul FLUENT (modèle à deux fluides pour les fines bulles et modèle V.O.F. pour les calottes). La synthèse des résultats de filtration et d’analyse de l’hydrodynamique induite par l’aération permet de proposer des mécanismes expliquant l’influence de l’aération sur le colmatage des fibres creuses immergées. Ce travail contribue à clarifier les paramètres hydrodynamiques globaux pertinents pour contrôler le colmatage
Author: Julie Lebegue
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Author: Stéphanie Ognier
Author: Romuald Van Kaam
Author: Samuel Pollet
Author: Samuel Pollet
Author: El Hani Bouhabila
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Author: Laure Martinelli