Procédés couplés boues activées - ozonation pour la réduction de la production de boues PDF Download

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Pages : 375

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L'élimination des boues produites lors de l'épuration biologique des eaux usées fait partie des enjeux majeurs de la prochaine décennie. Les contraintes qui pèsent sur les filières classiques orientent les recherches vers des procédés de réduction de la production de boue au sein de la filière de traitement de l'eau. Ainsi, l'association entre une étape d'oxydation chimique par l'ozone et un traitement biologique par boues activées peut conduire à une réduction significative de la quantité de boue produite. Basée sur une double approche, expérimentale et de modélisation, l'analyse des mécanismes de la production de boue montre l'influence capitale des processus d'accumulation des matières organiques inertes particulaires provenant de l'effluent à traiter et issues du processus de décès. Si l'étape d'ozonation permet de rendre biodégradables ces fractions inertes, les simulations montrent qu'il est possible d'atteintre une réduction totale de la production de boue. Les essais discontinus d'ozonation de boue mettent en évidence une acion solubilisante de l'ozone sur la matière particulaire, une augmentation de la biodégradabilité et une inactivation significative des microorganismes. Les résultats obtenus permettent de construire un modèle d'action de l'ozone sur la boue qui, couplé au modèle du procédé biologique, permet de confirmer par la simulation l'intérêt du procédé combiné. Le couplage entre l'étape d'ozonation et le procédé biologique permet de supprimer la production de boue organique excédentaire et conduit à une réduction de la production de boue minérale. L'optimisation du mode d'apport de l'ozone apparaît déterminante pour garantir l'efficacité de l'étape d'ozonation. Ce travail met en évidence l'apparition d'un talon de DCO réfractaire dans l'effluent, l'amélioration des caractéristiques de décantation et le maintien des activités nitrifiantes. Il montre l'applicabilité de ce procédé et précises les conditions dans lesquelles il peut être mis en œuvre

Author: María del Carmen Alonso San José
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Pages : 126

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Pages : 136

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Author: Patricia Camacho
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Pages : 253

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Les exigences de la législation sur l'eau et les déchets auront pour conséquence, une augmentation de la production de boues associée à des contraintes croissantes d'évacuation. Aussi, l'étude de procédés contribuant à une réduction de la production de boues tout en préservant la qualité de l'épuration de l'influent devient une priorité. Dans un premier temps, la production de boues d'un système biologique conventionnel a été étudiée. Un modèle mathématique a été appliqué afin de décrire et de quantifier par une étude de sensibilité du modèle, les paramètres déterminants de la production de boues tels que le rendement de conversion, le taux de décès et la fraction inerte. L'étude des différents traitements physico-chimiques a permis l'évaluation des potentialités spécifiques tant vis à vis de la réduction de la taille des particules, favorable à une augmentation de la biodégradabilité que, vis à vis d'une inactivation des cellules, synonyme d'une augmentation des besoins de maintenance et/ou du décès cellulaire et/ou de la lyse cellulaire. L'étude et l'identification de la synergie des processus physico-chimiques et biologiques de transformation de la matière organique et minérale est réalisée à partir d'essais en continu. L'analyse partielle des mécanismes d'action des traitements associés a été réalisée à partir des essais en discontinu et continu. Une réduction significative de la production de boues ne semble envisageable que, si le traitement associé induit une augmentation des besoins de maintenance des cellules, une augmentation de la biodégradabilité de la pollution accumulée dans le système lors du procédé d'épuration. Basée sur les performances des systèmes en terme de réduction de la production de boues et sur les mécanismes d'action, une première comparaison des technologies de traitements associés est réalisée. Le suivi de la qualité de et des boues produites permet de valider l'intégration de tels procédés dans la filière de traitement des eaux usées.

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Pages : 177

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Dans le contexte actuel, les voies d'élimination des boues issues du traitement des eaux usées sont soumises à des contraintes multiples, notamment sociales, sanitaires et réglementaires. Des procédés couplés, associant différentes technologies aux procédés biologiques conventionnels, sont actuellement à l'étude pour réduire cette production. Les procédés d'oxydation chimiques, en particulier l'ozonation, semblent engendrer un taux de réduction de la production de boues (RPB) élevé. L'utilisation du peroxyde d'hydrogène n'a été que peu étudiée vis à vis de cet objectif alors qu'il présente a priori un certain nombre d'avantages par rapport à l'ozone. Cette étude vise à caractériser et à analyser l'effet du peroxyde d'hydrogène (H2O2) sur la matière d'une boue ainsi que les performances du couplage d'un réacteur de peroxydation à un système à boue activée.En réacteur fermé, l'action de H2O2 conduit à un taux solubilisation de la matière organique particulaire (mesurée comme COP) élevé qui dépend de la température, étudiée entre 60°C et 95°C. Plus de 85% du COP de boues digérées est solubilisé à 95°C contre 20% pour une boue activée. A 95°C, nous avons varié les conditions opératoires (pH initial, mode d'ajout de H2O2 , rajout de Fe2+ comme catalyseur) afin de déterminer les conditions favorables à un taux de solubilisation du COP élevé tout en maximisant l'efficacité d'action de H2O2. Ces conditions sont : pH initial 8, mode d'ajout ponctuel et T= 95°C. L'ajout de fer n'a pas d'effet visible sur l'efficacité de H2O2. Le taux de solubilisation des matières minérales de la boue est faible. De manière surprenante, le taux de consommation de H2O2 est toujours constant quel que soit le taux d'avancement de la réaction de solubilisation et pour l'ensemble des conditions opératoires mises en jeu. Une consommation de H2O2 pour des réactions compétitives, autres que les réactions de solubilisation existe donc. Etant donné les nombreuses réactions complexes envisageables avec H2O2, seules des hypothèses sur les mécanismes d'action ont été proposées. Le couplage traitement biologique-traitement chimique par H2O2, a été mis en œuvre en réacteurs ouverts. La caractérisation de la production de boue lors du traitement combiné H2O2-traitement biologique a permis de constater une RPB reproductible de 50% par rapport à la production de boues de référence pour une dose de 0,45gH2O2/gMVS non produites. Une minéralisation des boues est observée confirmant les résultats précédents. Un modèle existant a été adapté pour représenter l'évolution des variables du procédé combiné. Avec ce modèle les concentrations en DCO de l'effluent et de MVS du bassin d'activation sont correctement représentées. Il sera nécessaire néanmoins de valider ce modèle pour d'autres doses de H2O2. L'analyse économique du procédé montre que le coût des boues non produites en utilisant H2O2 est prohibitif compte tenu du coût actuel de l'élimination des boues. Une optimisation de la dose d'H2O2 utilisée, de la température de travail mais aussi des coûts d'investissement est nécessaire avant d'envisager ce procédé à l'échelle industrielle.

Author: Ai͏̈cha Otmani Hayat
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Pages : 186

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L'objectif de ce travail est d'étudier la décoloration des effluents papetiers de différentes sources par l'ozone dans un réacteur airlift, et d'évaluer la faisabilité de coupler l'ozone à un traitement biologique au sein du même réacteur. Tout d'abord, une étude hydrodynamique et de transfert de matière du réacteur airlift a été conduite. Les paramètres : rétention de gaz, vitesse de circulation, temps de mélange ainsi que le coefficient de transfert de matière ont été déterminés dans des solutions modèles puis dans les effluents papetiers. Cette étude a permis de montrer que les paramètres hydrodynamiques sont fortement influencés par le débit et le distributeur de gaz et la source et la qualité de l'eau. Le taux de traitement d'ozone avait une certaine influence sur les paramètres hydrodynamiques. En ce qui concerne le transfert de matière, il existe un seuil au dessous duquel l'ozone n'a pas d'effet. L'ozonation des effluents a permis l'obtention de taux de décoloration très élévés jusqu'à 95 %. Cependant, la diminution de la DCO est faible. Une amélioration de la biodégradabilité est observée. Enfin, l'impact de l'ozone sur l'activité biologique des boues activées est étudié et un taux de traitement optimal est déterminé. L'application d'un taux de 0.05 g O3(O exponant 3)/g MVES n'a pas altéré l'activité microbienne des boues et leur décantation est améliorée. Le réacteur combiné (ozone et des boues activées) fonctionnant comme réacteur batch séquentiel a décoloré l'effluent total de 74 % contre 14 % en moyenne pour le système à boues activées seul. La décoloration des effluents de l'étape d'extraction alcaline a atteint 59,79 % contre 39,79 % dans le système à boues activées seul. La DCO aussi a été améliorée de 39,34 à 60,42 % et 46 à 62 % dans le cas de l'effluent total et de l'étape d'extraction alcaline respectivement. Par contre, une augmentation de 12 % et 22 % de la concentration totale des composés minéraux pour les effluents totaux et de l'extraction alcaline respectivement est obtenue.

Author: Thierry Lebrun
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Pages : 208

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Les procédés biologiques utilisés dans le traitement des effluents industriels n'éliminent pas la totalité de la pollution carbonée. Une fraction résiduelle, singulièrement appelée "DCO dure" persiste dans les effluents traités. L'oxydation chimique couplée à un traitement biologique représente une alternative attractive pour réduire et valoriser ces composés bioréfractaires. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectifs de déterminer les mécanismes qui régissent les procédés couplant des stades biologique et d'ozonation et de définir les conditions optimales de fonctionnement. Réduire la fraction bioréfractaire nécessite avant tout de connaître sa nature et son origine. La première partie de ce travail a consisté à caractériser la fraction résiduelle d'origine anaérobie et en particulier de différencier la part de carbone provenant du subtrat de celle libérée par la biomasse. Dans une seconde partie, le traitement de molécules modèles bioréfractaires par un procédé combiné (ozonation/biologie) a permis de mettre en évidence la complémentarité des deux systèmes : l'ozone en oxydant les structures des composés chimiques et les microorganismes en assimilant les produits d'ozonation. Les efficacités d'un tel couplage sont étroitement liées aux conditions de fonctionnement et au degré d'acclimatation des boues du procédé biologique. Les concepts établis sur les molécules synthétiques ont été validés sur des effluents industriels de mélasses où la configuration du procédé a été étudiée. Les performances ont été largement améliorées avec un procédé intégré équipé d'une boucle de recirculation. Dans une dernière partie, la réduction des masses de boues d'origine anaérobie par un traitement à l'ozone et la valorisation du carbone solubilisé sont abordées.

Author: Kaïs Jaziri
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Pages : 274

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L'impact de l'introduction d'un procédé de réduction de la production de boue sur i) la flore microbienne, ii) sur les activités enzymatiques et respiratoires et iii) sur la sensibilité au Cd a été étudié. L'évolution des populations a été mesurée par PCR-DGGE. Dans un premier temps trois types de procédés de désintégration (ozone, ultrasons, basses températures) ont été mis en œuvre en amont de la digestion aérobie. L'étude des profils de DGGE obtenus a prouvé que : 1) le procédé de digestion aérobie conduisait à lui seul à une modification de la diversité de la population 2) l'application, même sur une courte durée, d'un prétraitement de désintégration a conduit à une modification des profils bactériens à la fin de la digestion. Plus particulièrement, les boues non traitées et traitées thermiquement (90°C, 2h) ont été stabilisées dans des conditions aérobies mésophiles et ont été exposées à des concentrations croissantes en Cd allant de 0 à 100 mg.L-1. Une inhibition de la production de CO2 a été mesurée pour les boues traitées et non traitées à partir de 5 mg.L-1 de cadmium. D'autre part, le prétraitement thermique i) permet d'améliorer les rendements de conversion et de maintenir à un niveau plus élevé les activités enzymatiques pendant la digestion ii) a conduit à des modifications importantes à la fois de la nature de la microflore et de la sensibilité des bactéries au Cd iii) pour certaines espèces, permet de diminuer le niveau de sensibilité au Cd et pour d'autres, de l'augmenter.

Author: Sergio Perez Fabiel
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Languages : fr
Pages : 197

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Les boues produites par les stations d’épuration sont considérées comme des déchets. Elles doivent par conséquent être éliminées en respectant les nouvelles contraintes réglementaires, environnementales, sanitaires, économiques voire psychologiques. Ces contraintes obligent à rationnaliser le traitement de ces boues. La réduction de la production de boue peut constituer un moyen pour leur meilleure gestion. Cette étude s’est intéressée à évaluer l’effet d’un traitement thermique à 65°C sur (i) la biodégradabilité des matières particulaires des boues, (ii) le devenir des activités biologiques et chimiques et (iii) la déstructuration des flocs et particules. Elle a ensuite conduit à développer et à caractériser un nouveau procédé couplé constitué d’un réacteur hyper-thermophile aérobie et d’un système conventionnel de digestion anaérobie mésophile en vue de réduire la production de boues d’une station d’épuration de grande taille. Lors de tests en réacteurs fermés, la solubilisation de la matière organique intervenant à 65°C n’engendre pas de modification de sa biodégradabilité et, par conséquent, le caractère particulaire ou adsorbé de cette matière organique ne constitue pas une limitation pour les dégradeurs biologiques. De plus, le fractionnement de la matière selon les deux propriétés, biodégradabilité et taille, a conduit à proposer un modèle de floc biologique, celui-ci pouvant être constitué d’un squelette organique réfractaire, stabilisé par une fraction minérale, sur lequel est adsorbée une matière organique dite « solubilisable » à 65°C et, surtout, qui est majoritairement biodégradable. Puis, le suivi des activités enzymatiques hydrolytiques a montré la forte spécificité des enzymes relarguées vis-à-vis de la température d’opération, réduisant les possibilités de synergie entre les conditions opératoires mésophiles et thermophiles en absence de développement de populations microbiennes adaptées. Ces observations ont naturellement conduit à l’élaboration d’un procédé continu couplé. L’étude de ce réacteur couplé a permis de mettre en évidence la cohabitation de populations microbiennes aérobies hyperthermophiles et anaérobies mésophiles et de quantifier leur complémentarité vis-à-vis de la biodégradation de la matière des boues biologiques. La configuration en réacteur couplé est adaptée pour intensifier le processus de désintégration et biodégradation du «squelette » du floc qui intervient simultanément à la solubilisation des sels, éléments structurants. Ainsi, une biodégradabilité ultime de 61% de la DCO de boues secondaires a été atteinte, valeur bien supérieure aux valeurs classiquement citées dans la littérature pour ce type de boues. Pour un temps de séjours des boues de 42 jours, le rendement de biodégradation mesuré pour ces boues est de 52%. Dans les conditions de pilotage testées, ce gain de rendement n’a pas engendré d’augmentation du rendement de production de méthane, confirmant que la dégradation supplémentaire a lieu en conditions aérobies. Le procédé couplé apparaît comme un procédé de réduction de la production de boue potentiellement intéressant car il associe réduction de la matière organique, solubilisation poussée de la matière organique et minérale, et peut être, une certaine hygiénisation