Etude de l'association d'un contacteur gaz/liquide et d'un réacteur biologique pour le traitement d'effluents gazeux industriels

Combination of a gas/liquid contactor and a biological reactor for industrial gaseous effluent treatment : study of performances

• Auteur / Autrice : Isabelle Daubert
• Direction : Christian Fonade, Claude Maranges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - Santé. Biotechnologie
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Absorption et adsorption

Composés organiques volatils

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Résumé

Dans le domaine de l'épuration de forts débits d'effluents gazeux pollués par de faibles concentrations en COV, une des technologies les plus adaptées semble être le traitement biologique. Pourtant, les applications industrielles restent peu nombreuses, du fait notamment d'inconvénients comme la durée de vie limitée des procédés ou la taille importante des installations. Dans ce contexte, l'utilisation de l'aéro?éjecteur, contacteur gaz/liquide à haute efficacité, pourrait être une solution à l'encombrement des installations, dans la mesure où les pertes de charge induites par ce système sont limitées. Ce travail de recherche propose une évaluation des caractéristiques et des performances de l'aéro-éjecteur, ainsi qu'une analyse du procédé couplant ce contacteur à un réacteur biologique. Cette caractérisation a été réalisée au moyen de trois COV modèles, l'éthanol, la méthyl éthyl cétone et l'acétate de butyle. Le premier chapitre présente le contexte du traitement des COV, les technologies disponibles ainsi que leurs limitations. Des comparaisons réalisées par rapport à leur domaine d'application respectif ainsi que par rapport aux coûts globaux permettent de situer ces technologies les unes par rapport aux autres. Le deuxième chapitre est consacré à l'analyse et à l'optimisation du potentiel de l'aéro-éjecteur comme organe de transfert. Les modifications de la géométrie réalisées ont permis de définir une configuration adaptée aux contraintes industrielles en terme d'efficacité et de perte de charge. Une étude systématique de l'influence des paramètres opératoires sur les performances de transfert a abouti à la compréhension du rôle de l'aéro-éjecteur au sein du contacteur gaz/liquide et à la définition d'un critère de dimensionnement en fonction des polluants à éliminer et des contraintes technologiques. Enfin, l'association de l'aéro-éjecteur et d'un réacteur biologique pour l'épuration complète d'un effluent gazeux pollué par un mélange de COV est étudiée dans le troisième chapitre.

Among all kinds of atmospheric pollution, VOCs have raised a lot of interest recently. For high flow rates of low polluted gaseous effluents, one of the most suitable technologies seems to be biological treatment. However, industrial applications are limited because of impracticalities including short useful life or large plant size. In this situation, the use of the aero-ejector, a gas/liquid contactor with high transfer efficiency, is one solution for decreasing plant dimensions, if pressure drop is reduced. This research work deals with an evaluation of aero-ejector characteristics and performances and analyses the feasibility of a process associating the aero-ejector with a biological reactor for gaseous effluent treatment. Three model molecules were used ; the ethanol, the methyl ethyl ketone and the butyl acetate. The first section presents VOC treatment context, including existing technologies and their limitations. Descriptions of their application fields and costs allow comparison of these technologies. An analysis and optimisation of the aero-ejector performance as a mass transfer system is undertaken in the second section. Modifications of the internal geometry allowed the definition of a configuration suitable for industrial conditions concerning pressure drop and efficiency. A systematic study of the influence of operating conditions on transfer performances leads to the comprehension of the aero-ejector role in the contactor and to the definition of sizing criteria as a function of pollutants and technological constraints. Finally, in the third section, the system combining the aero-ejector with a biological reactor is studied for the complete treatment of a gaseous effluent polluted with several VOCs.