Irene Mozo 15 Juillet, 14 : 00

Vous êtes cordialement invités à la soutenance de la thèse de

Irene Mozo
15 Juillet, 14 :00

Salle de thèse, INSA, 135, avenue de Rangueil, Toulouse

ANALYSE EXPERIMENTALE ET MODELISATION D’UN PROCEDE A BOUES ACTIVEES COMBINE AUX ULTRASONS POUR L’ELIMINATION DES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES (HAPs)

Résumé
L’élimination des micropolluants est un facteur clé dans la préservation du cycle naturel de l'eau. En réponse à l'application de la législation européenne (2000/60/CE, 2008/105/CE et 2011/0429 (COD)) en ce qui concerne les substances prioritaires dans le domaine de la politique de l'eau, un travail de recherche est nécessaire afin d'optimiser les stations d’épuration industrielle et urbaine existantes. Ce travail se focalise sur les 16 US-EPA hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), qui sont des contaminants organiques généralement présents dans les effluents pétrochimiques. Ces molécules sont très hydrophobes et présentent une faible solubilité dans l'eau. Par conséquent, la répartition de molécules, plus favorable à la phase solide, réduit leur concentration dans la phase aqueuse limitant la biodégradation. La concentration d’HAPs dans la phase aqueuse est considérée dans la littérature comme la fraction biodisponible lors de la modélisation de leur biodégradation. Actuellement, il existe peu d’information concernant la biodisponibilité des HAPs au sein des bio-procédés aérobies. Si l’on considère que la biodisponibilité des HAPs est un des principaux facteurs limitant leur biodégradation, une stratégie permettant d’augmenter leur transfert vers la phase aqueuse devrait favoriser la biodégradation de ce type de polluants. Les objectifs de ce travail étaient les suivants: (1) d’identifier le lien entre la structure des bio-agrégats, le partage et la biodegradation des HAPs, (2) d'évaluer un procédé innovant de traitement des eaux usées, basé sur le couplage d'une étape de désintégration des boues avec un système de boues activées (US-AS).

L'étude a d'abord porté sur l'évaluation de l’influence de la matière soluble et colloïdale (DCM) sur les phénomènes d’adsorption des HAPs dans les boues activées et l'impact des ultrasons de boues sur le partage des HAPs. Un modèle à trois compartiments a été validé permettant d'évaluer la répartition des HAPs en trois fractions de la boue aérobie (HAPs solubles, HAPs adsorbés aux particules et HAPs absorbés à la DCM). Le transfert par ultrasons des HAPs vers la phase aqueuse était proportionnel à la libération de la matière organique. Le modèle a permis de prédire l'état d'équilibre des HAPs après sonication des boues en fonction de l'énergie spécifique fournie. Une étude expérimentale de deux pilotes à l'échelle laboratoire a été réalisée afin de comparer un système à boues activées classique et un procédé couplant une étape de sonication au système à boues activées. Un bilan de masse des HAPs a confirmé que le bioréacteur couplé aux ultrasons conduit à une meilleure élimination des HAPs par rapport aux boues activées classique. Le système présente quelques avantages supplémentaires tels que l'amélioration de la qualité des effluents (DCO et matières en suspension), les performances globales et la décantation. Afin d'acquérir une meilleure compréhension des mécanismes responsables, ces deux systèmes ont été étudiés à travers d’une approche de modélisation utilisant Aquasim ®. Un modèle dynamique a été construit sur la base du modèle ASM1 capable de décrire l'élimination des HAPs et des phénomènes de désintégration de boues. Le modèle a été identifié et validé en utilisant des données obtenus à l’échelle laboratoire à l’état d'équilibre. Les constantes cinétiques de biodégradation pour le 16 EPA-HAPs ont été évaluées dans les deux bioréacteurs continus. Ces résultats appuient l'idée que la désintégration des boues et l'augmentation résultante de la matière dissoute et colloïdale contribuent à améliorer la biodisponibilité des HAPs et ainsi leur biodégradation. Il a été observé que la désintégration des boues améliore la cinétique et le taux de biodégradation pour les 16 molécules. Ensuite, le modèle a été utilisé pour prédire l'élimination des HAPs dans une station de traitement des eaux pétrochimiques à échelle réelle. Le modèle permet de prédire de façon satisfaisante les concentrations de sortie de HAP. Une analyse de sensibilité a été effectuée pour évaluer l'influence des conditions opératoires telles que le HRT et le SRT sur l’élimination des HAPs et la mise en œuvre du processus US-AS à échelle réelle.

Mots-Clés

HAPs, Adsorption, Biodisponibilité, Micropolluants, Désintégration des boues, Boues activées, Sonication, Modélisation

Etablissement d’inscription

Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés

INSA Toulouse
Composition du Jury:

Dominique Patureau, Directrice de Recherche INRA ; LBE, Narbonne ; Rapporteur

Jean-Marc Choubert, Ingénieur-chercheur ; IRSTEA, Lyon ; Rapporteur

Claire Albasi, Directrice de Recherche CNRS; LGC, Toulouse ; Examinateur

Adriano Joss ; Directeur de Recherche ; Eawag, Zürich ; Examinateur

Mathieu Spérandio ; Professeur ; LISBP, Toulouse ; Directeur de Thèse

Nicolas Lesage ; Ingénieur de Recherche, Docteur ; TOTAL, Pau ; Directeur de Thèse

Yolaine Bessière ; Maître de Conférences ; LISBP, Toulouse ; Directrice de Thèse