Caractérisation de la matière organique dédiée au traitement de l'eau PDF Download
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La Matière Organique en milieu aqueux est liée au cycle de l’eau, au sein duquel se côtoient les eaux de surface, les eaux d’assainissement et les effluents industriels notamment. Cette thèse a pour objectif d’étudier deux types de matrices aqueuses de nature très différente, et constitutive du cycle de l’eau : les lixiviats d’ordures ménagères et les eaux de surface. Le but est de mettre en exergue des analogies dans la Matière Organique constitutive de ces deux types de matrices. A priori, la Matière Organique d’une eau de surface est essentiellement d’origine naturelle tandis que celle d’un lixiviat est d’origine anthropique. Ce travail de thèse permettra de constater que la délimitation entre ces deux matrices n’est pas si tranchée que ce à quoi l’on pourrait s’attendre. Dans une première partie, la Matière Organique de lixiviats d’un centre de stockage d’ordures ménagères a été finement investiguée. La gamme de molécules étudiées a été la plus large possible, allant des composés volatils et semi-volatils aux composés macromoléculaires. Une comparaison entre un lixiviat âgé et un lixiviat jeune a permis d’observer les différences existant entre une Matière Organique dégradée et une autre en cours de dégradation. Plusieurs indicateurs de l’état de stabilisation de la Matière Organique ont pu être mis en évidence. La présence récurrente de structures polymériques au sein du lixiviat âgé, contrairement à la matrice jeune, tend à montrer que des réactions de réarrangement de la Matière Organique ont lieu dans les lixiviats, amenant à la formation de macromolécules. Ces réactions seraient similaires aux réactions d’hétéropolycondensation ayant lieu en milieu naturel. Dans une seconde partie, un suivi d’une filière membranaire de production d’eau potable a été réalisé. Ce suivi a permis la mise en évidence d’un indicateur de la Matière Organique présent de manière récurrente en sortie des différentes étapes de traitement de la filière, ainsi qu’au cours du temps sur une période de dix mois. De plus, cet indicateur constitue un point commun avec une autre eau de surface provenant d’un autre site très éloigné de production d’eau potable. Par ailleurs, sa présence a également été remarquée au sein d’un des lixiviats étudiés. Cette observation confirme donc l’absence de délimitation franche entre deux matrices de natures si différentes. En outre, ceci en fait un potentiel indicateur « universel » de la Matière Organique, toute matrice confondue (d’origine naturelle et anthropique), qui pourrait être utilisé comme indicateur tout le long du cycle de l’eau.
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La Matière Organique en milieu aqueux est liée au cycle de l’eau, au sein duquel se côtoient les eaux de surface, les eaux d’assainissement et les effluents industriels notamment. Cette thèse a pour objectif d’étudier deux types de matrices aqueuses de nature très différente, et constitutive du cycle de l’eau : les lixiviats d’ordures ménagères et les eaux de surface. Le but est de mettre en exergue des analogies dans la Matière Organique constitutive de ces deux types de matrices. A priori, la Matière Organique d’une eau de surface est essentiellement d’origine naturelle tandis que celle d’un lixiviat est d’origine anthropique. Ce travail de thèse permettra de constater que la délimitation entre ces deux matrices n’est pas si tranchée que ce à quoi l’on pourrait s’attendre. Dans une première partie, la Matière Organique de lixiviats d’un centre de stockage d’ordures ménagères a été finement investiguée. La gamme de molécules étudiées a été la plus large possible, allant des composés volatils et semi-volatils aux composés macromoléculaires. Une comparaison entre un lixiviat âgé et un lixiviat jeune a permis d’observer les différences existant entre une Matière Organique dégradée et une autre en cours de dégradation. Plusieurs indicateurs de l’état de stabilisation de la Matière Organique ont pu être mis en évidence. La présence récurrente de structures polymériques au sein du lixiviat âgé, contrairement à la matrice jeune, tend à montrer que des réactions de réarrangement de la Matière Organique ont lieu dans les lixiviats, amenant à la formation de macromolécules. Ces réactions seraient similaires aux réactions d’hétéropolycondensation ayant lieu en milieu naturel. Dans une seconde partie, un suivi d’une filière membranaire de production d’eau potable a été réalisé. Ce suivi a permis la mise en évidence d’un indicateur de la Matière Organique présent de manière récurrente en sortie des différentes étapes de traitement de la filière, ainsi qu’au cours du temps sur une période de dix mois. De plus, cet indicateur constitue un point commun avec une autre eau de surface provenant d’un autre site très éloigné de production d’eau potable. Par ailleurs, sa présence a également été remarquée au sein d’un des lixiviats étudiés. Cette observation confirme donc l’absence de délimitation franche entre deux matrices de natures si différentes. En outre, ceci en fait un potentiel indicateur « universel » de la Matière Organique, toute matrice confondue (d’origine naturelle et anthropique), qui pourrait être utilisé comme indicateur tout le long du cycle de l’eau.
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LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE PAR BOUES ACTIVEES PERMET D'ELIMINER UNE GRANDE PARTIE DE LA MATIERE ORGANIQUE (MO) DES EAUX RESIDUAIRES. L'AMELIORATION DU TAUX D'ELIMINATION DE LA MO ET LA DIMINUTION DU VOLUME DES BOUES FORMEES LORS DU TRAITEMENT SONT DEUX PROBLEMES CRUCIAUX D'UNE STATION D'EPURATION. LA CONNAISSANCE DE LA MO DES EAUX ET DES BOUES EST ESSENTIELLE POUR LEUR COMPREHENSION. LE BUT DE CE TRAVAIL ETAIT DE DETERMINER UNE METHODOLOGIE ANALYTIQUE (ANALYSES MOLECULAIRES ET PYROLYSE) APPLICABLE A CES ECHANTILLONS. L'ETUDE D'UN SITE PARTICULIER A MONTRE QUE LA MO EST BIEN ELIMINEE PAR LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE. LES ANALYSES SUFFISENT A DECRIRE 60% DE LA MO DES BOUES ACTIVEES, MAIS UNE FRACTION IMPORTANTE DE LA MO DES EAUX USEES (50%-60%) ET DES EAUX TRAITEES (80%) RESTE NON CARACTERISEE. ELLE POURRAIT ETRE CONSTITUEE DE COMPOSES REFRACTAIRES A L'HYDROLYSE CHIMIQUE, CORRESPONDANT A DES COMPOSES REFRACTAIRES A LA BIODEGRADATION FORMES AU COURS DU TRAITEMENT. DANS LES BOUES ACTIVEES, LA COHESION DES FLOCS BACTERIENS EST ASSUREE PAR DES EXOPOLYMERES, DONT L'INFLUENCE SUR LES PROCESSUS DE TRAITEMENT DES BOUES EST IMPORTANTE. L'ANALYSE DES EXOPOLYMERES A PERMIS DE DECRIRE LA STRUCTURE DES BOUES ACTIVEES. LES PROTEINES SONT LARGEMENT DOMINANTES DANS LES STRUCTURES EXTRACELLULAIRES DE LA BOUE ETUDIEE, ET PEUVENT PROVENIR DES EAUX RESIDUAIRES OU DU METABOLISME BACTERIEN (PROTEINES DE STRUCTURE, EXOENZYMES, PRODUITS DE LA LYSE DES CELLULES). LA COMPARAISON DE METHODES D'EXTRACTION DES EXOPOLYMERES SUGGERE UNE FORTE IMPLICATION DES PROTEINES DANS LES LIAISONS ELECTROSTATIQUES ET HYDROPHOBES QUI ASSURENT LA COHESION DES FLOCS. LA COMPOSITION DES SUCRES MONTRE QU'ILS PROVIENNENT DES EXOPOLYMERES BACTERIENS, DE PRODUITS DE DEGRADATION DES EAUX USEES, ET DE PRODUITS DE LA LYSE BACTERIENNE. LES LIPIDES BACTERIENS SONT PEU IMPLIQUES DANS LA STRUCTURE DE LA BOUE, ET NE S'ACCUMULENT PAS DANS LES EXOPOLYMERES.
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Le traitement biologique par boues activees permet d'eliminer une grande partie de la matiere organique (mo) des eaux residuaires. L'amelioration du taux d'elimination de la mo et la diminution du volume des boues formees lors du traitement sont deux problemes cruciaux d'une station d'epuration. La connaissance de la mo des eaux et des boues est essentielle pour leur comprehension. Le but de ce travail etait de determiner une methodologie analytique (analyses moleculaires et pyrolyse) applicable a ces echantillons. L'etude d'un site particulier a montre que la mo est bien eliminee par le traitement biologique. Les analyses suffisent a decrire 60% de la mo des boues activees, mais une fraction importante de la mo des eaux usees (50%-60%) et des eaux traitees (80%) reste non caracterisee. Elle pourrait etre constituee de composes refractaires a l'hydrolyse chimique, correspondant a des composes refractaires a la biodegradation formes au cours du traitement. Dans les boues activees, la cohesion des flocs bacteriens est assuree par des exopolymeres, dont l'influence sur les processus de traitement des boues est importante. L'analyse des exopolymeres a permis de decrire la structure des boues activees. Les proteines sont largement dominantes dans les structures extracellulaires de la boue etudiee, et peuvent provenir des eaux residuaires ou du metabolisme bacterien (proteines de structure, exoenzymes, produits de la lyse des cellules). La comparaison de methodes d'extraction des exopolymeres suggere une forte implication des proteines dans les liaisons electrostatiques et hydrophobes qui assurent la cohesion des flocs. La composition des sucres montre qu'ils proviennent des exopolymeres bacteriens, de produits de degradation des eaux usees, et de produits de la lyse bacterienne. Les lipides bacteriens sont peu impliques dans la structure de la boue, et ne s'accumulent pas dans les exopolymeres.
Author: Bénédicte Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 174
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LE PRINCIPAL OBJECTIF DE CETTE ETUDE VISAIT A UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DE LA MATIERE ORGANIQUE AQUATIQUE NATURELLE POUR UNE OPTIMISATION DES CONDITIONS DE TRAITEMENT EN USINE. CES TRAVAUX SE SONT APPUYES SUR LE DEVELOPPEMENT DES PROTOCOLES DE FRACTIONNEMENT ET D'EXTRACTION, BASES SUR LA FILTRATION SUR RESINES XAD-8 ET XAD-4, PROCEDURES PERMETTANT D'EXTRAIRE LES ACIDES HUMIQUES ET FULVIQUES (SUBSTANCES HUMIQUES) ET LES ACIDES HYDROPHILES, OU DE FRACTIONNER LA MATIERE ORGANIQUE DISSOUTE EN SUBSTANCES HYDROPHOBES, ACIDES HYDROPHILES ET HYDROPHILES NON RETENUES. LA METHODE D'EXTRACTION PERMET D'ISOLER TROIS FRACTIONS DE PROPRIETES STRUCTURALES DIFFERENTES. EN ACCORD AVEC SA DENOMINATION, LES ACIDES HYDROPHILES ONT PRESENTE UNE STRUCTURE PLUS HYDROPHILE QUE LES SUBSTANCES HUMIQUES. EN EFFET, CETTE FRACTION EST MOINS AROMATIQUE, DE PLUS FAIBLE MASSE MOLECULAIRE ET CONTIENT MOINS DE CARBONE (42%) ET PLUS D'OXYGENE (44%) QUE LES SUBSTANCES HUMIQUES. LEUR TENEUR EN AZOTE EST COMPARABLE A CELLE DES ACIDES HUMIQUES ET INFERIEURE A CELLE DES ACIDES FULVIQUES EN ACCORD AVEC LA PROPORTION EN ACIDES AMINES. L'ANALYSE RMN#1#3C ET LA PYROLYSE SOULIGNENT QUE LES ACIDES HYDROPHILES PROVIENNENT PRINCIPALEMENT DES SUCRES. LE PROTOCOLE DE FRACTIONNEMENT A MONTRE QUE LA FRACTION HYDROPHOBE ETAIT EQUIVALENTE A CELLE HYDROPHILE. LE TRAITEMENT DE COAGULATION DIMINUE TRES LEGEREMENT LA FRACTION HYDROPHOBE ET SIGNIFICATIVEMENT LE COD ET LE CODB (50%), L'ABSORBANCE UV (70%), LES MASSES MOLECULAIRES ET LA REACTIVITE AVEC LES OXYDANTS. CES RESULTATS SONT EN ACCORD AVEC CEUX OBTENUS SUR LES FRACTIONS, A SAVOIR QUE LA COAGULATION REDUIT DANS LES MEMES PROPORTIONS LES ACIDES HYDROPHILES ET FULVIQUES. LA MATIERE ORGANIQUE REFRACTAIRE A LA COAGULATION DES FRACTIONS OU DES EAUX PRESENTE DES PFTOX DE 11630 G CL/MG C POUR UNE ABSORBANCE UV RELATIVE DE 0,0180,004 CM#-#1 1 MG#-#1 C. LES EAUX CLARIFIE OU BRUTES, PRESENTENT DES CORRELATIONS ENTRE LA REACTIVITE AVEC LES OXYDANTS, L'ABSORBANCE UV ET LE COD. SEULE UNE CORRELATION ENTRE LE CODB ET LA FRACTION HYDROPHILE EST OBTENUE POUR DES DOSES DIFFERENTES. NOTONS QUE LA SAISON ET L'ORIGINE A UNE INFLUENCE NOTABLE SUR PRATIQUEMENT TOUS LES PARAMETRES MESURES
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L'EFFICACITE DES DISPOSITIONS REGLEMENTAIRES EN MATIERE DE CONTROLE DE LA QUALITE DES REJETS POLLUANTS PASSE PAR L'AMELIORATION DU FONCTIONNEMENT DES OUVRAGES DE TRAITEMENT. L'UN DES VERROUS ACTUELS EST NOTAMMENT LE MANQUE DE CONNAISSANCES SUR LA REPARTITION GRANULOMETRIQUE DES POLLUANTS DANS LES FRACTIONS PARTICULAIRES ET COLLOIDALES DES EFFLUENTS. CETTE ETUDE CONTRIBUE AINSI AU DEVELOPPEMENT D'OUTILS PERMETTANT D'ACCEDER A UNE MEILLEURE REPRESENTATION DE LA MATIERE ORGANIQUE DANS LES EAUX RESIDUAIRES URBAINES. LE CARACTERE HETEROGENE ET COMPLEXE DE LA MATIERE ORGANIQUE DES EAUX RESIDUAIRES URBAINES NOUS A CONDUIT A DEFINIR UN PROTOCOLE DE CARACTERISATION DE CES EFFLUENTS. BASE SUR UN FRACTIONNEMENT GRANULOMETRIQUE COUPLE A LA SPECTROPHOTOMETRIE ULTRAVIOLETTE ET A LA MESURE DE PARAMETRES GLOBAUX DE POLLUTION, CE PROTOCOLE PERMET D'ACCEDER A DES INFORMATIONS AUSSI BIEN QUANTITATIVES QUE QUALITATIVES. DANS UN PREMIER TEMPS, LES RESULTATS OBTENUS LORS DE CE TRAVAIL ONT PERMIS, D'UN POINT DE VUE METHODOLOGIQUE, DE DEVELOPPER DE NOUVELLES PROCEDURES D'EXPLOITATION DES SPECTRES UV. EN PARTICULIER, UNE APPROCHE THEORIQUE EXHAUSTIVE, VALIDEE PAR DES EXPERIMENTATIONS DE LABORATOIRE, A PERMIS D'EXPLIQUER LA REVELATION DE POINTS ISOBESTIQUES PAR NORMALISATION. DANS UN SECOND TEMPS, L'APPLICATION DE CES DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES A LA CARACTERISATION DE DIFFERENTS TYPES D'EAU ET A L'ETUDE DE L'EVOLUTION D'EAUX RESIDUAIRES URBAINES A PERMIS DE PROPOSER UNE TYPOLOGIE DES DIFFERENTES FRACTIONS GRANULOMETRIQUES. L'ETUDE SPATIO-TEMPORELLE D'UNE EAU RESIDUAIRE URBAINES, EN FONCTION DE CONDITIONS METEOROLOGIQUES VARIABLES, A PERMIS DE REPRESENTER DIFFERENTS PHENOMENES D'EVOLUTION DE LA MATIERE ORGANIQUE.
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Ce travail est une contribution à la mise au point d’un outil de caractérisation de la biodégradabilité de la matière organique dissoute des eaux. La méthodologie développée vise à être applicable sur tout le continuum aquatique, formé par le réseau d’assainissement, la station d’épuration et le milieu naturel récepteur, dans le but de répondre aux besoins de gestion intégrée de la pollution domestique urbaine. La méthodologie développée résulte du couplage de deux méthodes de caractérisation de la biodégradabilité de la matière organique : la méthode respiromètrique développée par Xu et Hasselblad (1996) qui permet de quantifier la fraction de matière organique rapidement biodégradable et la méthode en batch de Tusseau et al. (2003) qui permet de quantifier les fractions réfractaire et biodégradable. L’interprétation des données expérimentales se fait via l’utilisation d’un modèle mathématique (modèle ASM3 développé par un groupe de travail de l’International Water Assosiation – IWA). Une méthode d’assimilation de données, basée sur la théorie du contrôle optimal, nous a permis de combiner de façon optimale modèle et résultats des deux méthodes afin d’aboutir à un fractionnement de la matière organique en classes de biodégradabilité. Les résultats obtenus lors de la biodégradation d’un substrat rapidement biodégradable (l’acétate), noté SS dans le modèle, ont permis de valider le bon fonctionnement du modèle ASM3 et de développer un modèle dérivé (modèle ASM3z). Par la suite, ce modèle a encore été modifié pour permettre la bonne simulation et l’interprétation des résultats expérimentaux obtenus sur des eaux usées domestiques prélevées en entrée et sortie d’une station d’épuration. Cette modification a consisté à ajouter un compartiment de matière organique dissoute (noté S2) plus lentement biodégradable que SS et ce nouveau modèle est noté ASM3z_S2. Les résultats obtenus sont satisfaisants et montrent qu’il est possible de quantifier S2 et SS, dans des eaux usées domestiques en utilisant des expériences réalisées avec une large gamme de rapports substrat/biomasse bactérienne (S0/X0). Enfin ce modèle a été appliqué, lors d’une même optimisation, sur des eaux usées brutes, des eaux traitées et des eaux de rivière. Ce travail a mis en évidence l’importance de parvenir à une excellente homogénéisation de la biomasse utilisée lors des tests respirométriques.
Author: Laurent Badoil
Author: Laurent Badoil
Author: Michèle Jarret
Author: MARIE-FRANCE.. DIGNAC
Author: Marie-France Dignac
Author: Yunliang Hu
Author: Bénédicte Martin
Author: Sabine Vaillant
Author: Atelier de recherche Matières organiques naturelles
Author: 
Author: Jérôme Dispan (Ingénieur).)