Etude structurale des agrégats bactériens : conséquence sur l'activité biologique et la décantation

• Auteur / Autrice : Sidonie Lambert
• Direction : Jean-Yves Bottero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Fractales

Floculation

Résumé

Ce travail a pour objectif de mieux comprendre et de mesurer la structure des agrégats bactériens présents dans les boues activées au cours des procédés d'assainissement biologique des eaux urbaines. Afin de mener à bien l'étude structurale des agrégats bactériens, il a fallu développer de façon théorique et expérimentale un outil de mesure structurale in situ. On a ainsi mis au point une nouvelle méthode de mesure expérimentale de la structure des agrégats fractals par diffusion de la lumière. Cette méthode permet en outre de calculer la distribution granulométrique des systèmes agrégés en tenant compte de leur géométrie fractale. Une campagne de mesure réalisée sur 10 stations d'épuration différentes a permis de déterminer les caractéristiques structurales (dimensions fractales comprises entre 2. 09 et 2. 33) et granulométriques des flocs bactériens issus du procédé d'assainissement biologique. Il est établi que les boues activées sont constituées de flocs bactériens de grandes tailles (100-3000um). La décantation des flocs bactériens est d'autant meilleure que les agrégats formés au cour des procédés sont grands, monodisperses en taille et compacts. Le Fer joue un rôle important dans la décantation des flocs. Le Calcium et le Magnésium forment des ponts cationiques au sein de la matrice de polymères exocellulaires sans pour autant influer sur la structure des flocs. Afin d'optimiser la décantation et l'activité biologique de ces agrégats, on étudie la floculation d'Escherichia coli et d'eaux brutes décantées par des polymères cationiques synthétiques. On montre que la floculation est très efficace. Les propriétés de dégradation du substrat sont totalement conservées alors que la quantité de biomasse est réduite d'au plus 30% en utilisant des polymères de forte cationicité. Il apparaît donc que la floculation ait donné naissance à des agrégats possédant moins de zones biologiquement inactives. La cinétique de floculation est très rapide et donne naissance à une population d'agrégats assez monodisperses vers les grandes tailles (supérieures à 100 um). Cependant la modélisation des flocs de boues activées par les agrégats issus de la floculation contrôlée d'eaux brutes décantées ne donne pas toujours entière satisfaction. Cette inadéquation met en évidence l'importance de l'impact des conditions d'exploitation du procédé sur la floculation.

This work aims at understanding and measuring the bacterial aggregates structure formed during the activated sludge process of domestic wastewater treatment. In order to be able to complete this study, a new theoretical and experimental tools has been developed to extract structural information form aggregated systems. We set up a new method to measure the fractal dimension of aggregates using light scattering techniques. This new method allows as well to determine accurately the granulometric distribution considering fractal geometry of bacterial flocs. 10 activated sludge samples have been studied. We determined their structural (fractals dimensions arise between 2. 09 and 2. 33) and granulometric (large size between 100 and 3000um) characteristics. The floes settling is improved considering large, monodisperse and compact flocs. Iron plays a key role in the flocs settling ability. Calcium and Magnesium form cafcionic bridges in the exopolymers matrix. To optimize settling and biological activity, we study the flocculation of Escherichia coli and decanted raw water by cationic synthetic polymers. We point out the flocculation is very efficient. The biological activity of aggregated systems is identical although the biomass is reduced until 30% using the highly cationic polymers. The flocculation gives rise to aggregates with a reduced number of biological inactive zones. The kinetic flocculation is very fast and gives birtli to monodisperse and large (more than 100 um aggregates. However the modeling of activated sludge flocs by synthetic aggregates issued from the controlled flocculation of decanted raw water is not always satisfying. The discrepancy points out the huge impact of the process condition on the flocculation step in wastewater treatment plant.