Etude du développement de biofilms dans des réacteurs de traitement d’eau

Study of the development of biofilms in water treatment reactors

• Auteur / Autrice : Muatasem Alnnasouri
• Direction : Marie-Noëlle Pons
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 08/12/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Michel Sardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Noëlle Pons, Michel Sardin, Hervé Vivier, Alain Grasmick, Christophe Dagot, Kim Milferstedt, Francis Garrido
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Vivier, Alain Grasmick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biofilms

Mots clés libres

Biofilm

Détachement

Activité biologique

Réacteur à disques tournants

Réacteur à lit fixe

Erythromycine

Analyse d’images

Sgldm

Glrlm

Biofilm

Detachment

Biological activity

Rotating biological contactor

Fixed bed reactor

Erythromycin

Image Analysis

Sgldm

Glrlm

Résumé

Le développement de biofilms est étudié sur de longues périodes (de deux à sept mois) dans des réacteurs à disque tournant (RBC) et à lit fixe alimentés par des eaux résiduaires domestiques ou des substrats synthétiques en continu à l’échelle du laboratoire. Deux réacteurs ont été spécialement conçus pour des expériences. Les biofilms ont été soumis à des stress physiques (forces hydrodynamiques) ou chimiques (antibiotique). L’activité biologique des réacteurs a été suivie au cours du temps (dégradation de la pollution carbonée et azotée). Les phénomènes de détachement et de redéveloppement des biofilms ont été caractérisés sur des surfaces lisses ou structurées par des techniques d’analyse d’images non destructives. La quantité globale de biomasse présente est évaluée par l’opacité du biofilm et cette méthode d’évaluation a été validée par comparaison avec des méthodes classiques destructives (coloration au Cristal Violet, matières sèches). La macrostructure du biofilm, liées aux phénomènes de croissance, détachement et recroissance, a été évaluée à l’aide de deux méthodes de caractérisation de la texture visuelle : la méthode de cooccurrence de niveaux de gris (SGLDM) et la longueur des segments (GLRLM). Le travail montre l’efficacité de l’analyse d’images comme une méthode rapide et peu onéreuse dans l’étude des biofilms sur le long terme.

The development of biofilm has been studied over long periods of time (two to seven months) in laboratory-scale rotating biological contactors and fixed bed reactors continuously fed with municipal wastewater or synthetic growth media. Two reactors have been specifically designed for this purpose. The biofilms have been subject to hydrodynamic and chemical (antibiotics) stresses. The overall biological activity of the reactors have been monitored, in terms of carbon and nitrogen removal. The phenomena of sloughing and re-growth have been characterized on smooth and rough surfaces using image analysis non-destructive techniques. The amount of biomass present on the substratum has been evaluated by the biofilm opacity and this monitoring method has been validated by comparison with destructive methods such as crystal violet staining and dry weight. The biofilm macrostructure, related to growth, sloughing and re-growth phenomena, has been evaluated through visual texture characterization of the scanning gray level co-occurrence matrix (SGLDM) and the gray level run length method (GLRLM). The results shows the efficiency of image analysis as a rapid and cheap method to monitor biofilm development on the long term.