Conception, caractérisation et mise en oeuvre de Liquides Ioniques au sein d'un procédé couplant absorption et biodégradation pour le traitement de COV hydrophobes

Design, characterization and implementation of Ionic Liquids in a coupling process of absorption and biodegradation for hydrophobic VOC treatment

• Auteur / Autrice : Alfredo Santiago Rodriguez Castillo
• Direction : Annabelle Couvert, Abdeltif Amrane, Pierre-François Biard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Bretagne Loire (2016-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides ioniques

Absorption

Biodégradation

Composés organiques volatils

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Mots clés libres

Tppb

Résumé

Un nouveau procédé consistant en un couplage d’une étape d’absorption et d’une deuxième étape de biodégradation de ces COV dans un bioréacteur multiphasique ou « Two-Phase Partitioning Bioreactor » (TPPB), a été mis en oeuvre pour le traitement de Composés Organiques Volatils (COV) hydrophobes. Le toluène et le dichlorométhane (DCM) ont été choisis comme molécules cibles. Étant donné leur faible solubilité dans une phase aqueuse et afin de traiter plus efficacement ces COV hydrophobes les liquides ioniques ont été retenus comme phase absorbante. Vingt-trois LI ont été sélectionnés et synthétisés au cours de ce travail ; leurs caractéristiques physico-chimiques et biologiques ont été examinées (viscosité, masse volumique, tension surface, toxicité, biodégradabilité, stabilité). Parmi les LI testés, l’[OctIq][Ntf2] a été sélectionné pour l’application dans le procédé visé compte tenu de sa bonne affinité pour le toluène ( ̴ 1365 fois plus élevée que celle de l’eau, soit une constante de Henry à 25°C de 0. 5 Pa m3 mol-1), d’une absence totale de biodégradabilité, et d’une bonne biocompatibilité vis-à-vis des microorganismes. La cinétique et le rendement de biodégradation du toluène ont été suivis dans un TPPB en présence de ce LI et de boues activées acclimatées ou non. Les essais en flacons de 160 mL ayant été concluants, et ayant permis de définir des paramètres opératoires clés, une étude en TPPB de 12 L a été entreprise. Celle-ci a permis de conforter les résultats précédemment obtenus et d’optimiser le procédé.

A novel process consisting of coupling an absorption step and a biodegradation step, follow by hydrophobic VOC biodegradation in a bioreactor called: ''Two-Phase Partitioning Bioreactor'' (TPPB), was implemented for the treatment of Volatile Organic Compounds (VOC). Toluene and dichloromethane (DCM) were selected as target molecules. Given their low solubility in an aqueous phase, and in order to effectively deal with these hydrophobic VOC, ionic liquids have been selected as absorbent phase. Twenty-three IL were selected and synthesized in this work; their physico-chemical and biological properties were examined (viscosity, density surface tension, toxicity, biodegradability, stability). Among all IL tested, the [OctIq][NTf2] was selected to be used in the process described in view of its good affinity for toluene (̴ 1365 times higher than water, a Henry’s law constant at 25 ° C of 0. 5 Pa m3 mol-1), with a total lack of biodegradability and a good biocompatibility. The kinetics and toluene biodegradation performances were monitored in the presence of IL in a TPPB using acclimated and non acclimated activated sludge. Tests effectuated in 160-mL flasks were successful, and allowed us to identify key operating parameters to effectuate the scale-up to a 12-L TPPB. This scale-up allowed to confirm the results previously obtained and to optimize the process.