Contribution à l'étude d'un bioréacteur à membranes immergées PDF Download
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Book Description
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®.
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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®.
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Un bioréacteur anaérobie à membranes a été étudié comme alternative technologique pour le traitement des eaux résiduaires. L'originalité de ce travail réside dans l'utilisation simultanée d'une biomasse de type granulaire et d'un système de membranes immergées. Le procédé a été étudié en continu pendant 300 jours sous conditions psychrophiles (20°C). Une caractérisation des conditions hydrauliques et de la répartition des particules dans le bioréacteur a été réalisée. Après 300 jours de travail, aucune diminution de la taille des granules microbiens et aucune perte d'activité méthanogène n'ont été observées, ceci démontrant l'intérêt d'un système de rétention immergé par rapport aux filtrations externes tangentielles. Un rendement d'élimination de la matière organique entre 86 et 90% ont été obtenues. La filtration membranaire a contribué significativement à cette élimination, surtout durant les périodes instables de fonctionnement du procédé biologique. Le rôle fondamental joué par les réactions biologiques dans le colmatage de la membrane a été démontré. Les produits microbiens solubles ont été identifiés parmi les molécules responsables d'une partie du colmatage par adsorption de la membrane. Enfin, la concentration en acides gras volatils, indiquant l'accumulation d'intermédiaires réactionnels et la libération de matières en suspensions, est apparu comme un indicateur du potentiel de colmatage.
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.
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Le bioréacteur à membranes immergées (BRM) est une technologie performante pour le traitement des eaux usées urbaines. Elle améliore leur épuration et permet de délivrer un effluent exempt de matières en suspension. Toutefois, du fait de la rétention partielle de certains produits microbiens solubles (SMP), il est nécessaire de bien gérer le colmatage et d’optimiser l'utilisation des membranes. Cela nécessite une bonne connaissance et une modélisation fiable des processus microbiens impliqués. Les modèles ASM classiques montrent des écarts importants par rapport au fonctionnement réel des BRM. Le calibrage des paramètres des modèles existants s'avère complexe et délicat. Ce travail présente une synthèse et une analyse critique des principaux développements sur les SMP. Un modèle original basé sur l'ASM1 est alors proposé. Il décrit les processus biologiques associés aux SMP et prend en compte leur rétention partielle par les membranes. Ce nouveau modèle a nécessité la reformulation de certaines variables du ASM1 et l'introduction de nouvelles. Il a été testé et validé sur des données réelles de BRM, données issues de la littérature, couvrant différentes configurations (aérobie avec ou sans anoxie) et échelles (laboratoire, pilote et STEP). Le modèle intègre également les effets de la concentration en MES sur les constantes associées à l'utilisation de l'oxygène et plus généralement, les effets de la température. Enfin, il a été utilisé pour réaliser une étude sur l’optimisation du fonctionnement des BRM. Cette étude met en avant l'importance du choix des consignes en oxygène dissous, en relation avec la température, sur la qualité de traitement ciblée.
Author: Edgar Salgado Manjarrez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 141
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L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE DES INTERACTIONS MICROBIENNES EN CULTURE MIXTE EST DIFFICILE PARCE QU'ELLE NECESSITE LA QUANTIFICATION DE CHACUNE DES SOUCHES DANS LE MELANGE. CETTE DETERMINATION PASSE PAR LA DISTINCTION DES SOUCHES, NECESSITANT LE PLUS SOUVENT DES MOYENS ANALYTIQUES LOURDS. POUR APPORTER DES ELEMENTS DE SOLUTION A CE PROBLEME, NOUS PROPOSONS LA REALISATION DE TELLES ETUDES DANS UN BIOREACTEUR A MEMBRANE A DEUX COMPARTIMENTS RENFERMANT CHACUN UNE SOUCHE, DE SORTE QUE LES DIFFERENTES SOUCHES SONT PRELEVEES SEPAREMENT. LE ROLE DE LA MEMBRANE EST DE SEPARER LES SOUCHES TOUT EN PERMETTANT L'HOMOGENEISATION DE LA PHASE LIQUIDE. EN EFFET, POUR QUE LE REACTEUR PROPOSE JOUE PLEINEMENT SON ROLE, LA PHASE LIQUIDE DOIT ETRE TELLE QUE LES DEUX SOUCHES SOIENT SOUMISES AU MEME ENVIRONNEMENT. OR LES REACTIONS MICROBIENNES PEUVENT INDUIRE DES ECARTS EN CONCENTRATION ENTRE LES RESERVOIRS, QUI DOIVENT ETRE MINIMISEES PAR HOMOGENEISATION DES PHASES LIQUIDES DE CHACUN, GRACE AU TRANSFERT AU TRAVERS DE LA MEMBRANE. DANS LE REACTEUR PROPOSE, LA CIRCULATION DU MILIEU ENTRE LES RESERVOIRS EST ASSUREE PAR UNE SURPRESSION ALTERNATIVE DE CHACUN. LA FILTRATION EST AINSI INDUITE AU TRAVERS DU MODULE MEMBRANAIRE A FIBRES CREUSES, RETENU APRES DES ETUDES PRELIMINAIRES. CE PROCEDE DE FILTRATION ALTERNATIVE PERMET LE CONTROLE DU COLMATAGE DE LA MEMBRANE. NOUS AVONS TESTE LE REACTEUR D'ABORD AVEC DEUX SOUCHES DIFFERENTES DE LEVURES EN COMPETITION PAR LE SUBSTRAT, PUIS, AVEC DEUX SOUCHES DE SACCHAROMYCES CEREVISIAE EN RELATION AMENSALISTE DE TYPE KILLER. LES RESULTATS MONTRENT QU'IL N'EXISTE PAS DE DIFFERENCE SIGNIFICATIVE ENTRE LE COMPORTEMENT DES VRAIES CULTURES MIXTES ET CELUI OBSERVE DANS LE REACTEUR PROPOSE AVEC LES SOUCHES SEPAREES. LE REACTEUR PROPOSE CONSTITUE DONC UN OUTIL INTERESSANT POUR L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE DES INTERACTIONS MICROBIENNES, PERMETTANT D'ACCEDER A LA TENEUR EN BIOMASSE DES DIFFERENTES SOUCHES PAR LES MOYENS ANALYTIQUES UTILISEES DANS LE CAS DES CULTURES PURES.
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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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Les bioréacteurs à membranes (BAM) sont de plus en plus utilisés dans le domaine du traitement des eaux résiduaires urbaines notamment lorsque le terrain est limité ou qu'un traitement épuratoire poussé est requis. Néanmoins, la gestion de ces installations et plus particulièrement du colmatage des membranes reste difficile et constitue toujours une source de problèmes pour les exploitants. La modélisation est un outil efficace et déjà éprouvé sur les procédés conventionnels à boues activées pour l'aide à la conduite et à la compréhension de procédé avec les modèles de boues activées de type ASM. Le traitement biologique donc, et aussi les capacités de filtration des membranes (colmatage) sont deux aspects qui peuvent être modélisés sur les BAM. Au cours de ce travail, trois installations réelles ont été étudiées et l'une d'entre elles a été choisie pour le calage du modèle ASM1. La méthodologie a été adaptée aux spécificités des bioréacteurs à membranes et de l'installation modélisée en particulier (fractionnement des eaux usées, calage de l'aération) et un nouveau jeu de paramètres de l'ASM1 a pu être constitué. L'influence des propriétés des boues activées et des conditions d'opération sur les capacités de filtration des membranes reste encore l'objet de nombreuses recherches, généralement sur installations pilotes, et la modélisation dans ce domaine n'en est qu'à ses débuts. L'objectif de ce travail concernant la filtration membranaire a été de caractériser le système « membrane/boues » à travers l'étude des interactions entre les propriétés des boues, les conditions d'opération et les paramètres de la filtration (perméabilité membranaire et vitesse de colmatage) à comparer avec les résultats de la littérature scientifique. Les deux BAM étudiés ont montré des comportements et relations entre paramètres assez différents confirmant la complexité des interactions entre membrane, boues et conditions opératoires.
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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
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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Ce travail est une contribution à l’étude des bioréacteurs à membranes dans le domaine du traitement des eaux résiduaires industrielles. L’objectif principal est de comparer l’impact de deux modes de filtration en configuration externe sur (1) la structuration des matrices biologiques, (2) le colmatage membranaire et (3) les performances globales des systèmes étudiés. Deux configurations de bioréacteurs ont été comparées : filtration interne/externe tangentielle avec forte vitesse de liquide (5 m.s-1) et filtration externe/interne semi-frontale avec faible vitesse de liquide (
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Author: Romuald Van Kaam
Author: Oualid Boughzala
Author: Edgar Salgado Manjarrez
Author: Julie Lebegue
Author: Florian Delrue
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Author: El Hani Bouhabila
Author: Marlène Stricot