Etude du couplage d'un procédé d'oxydation en voie humide et d'un bioprocédé à biofilm aérobie en lit fixe pour le traitement de composés organiques réfractaires aux traitements conventionnels

Study of coupling a wet air oxidation process with an aerobic packed bed biofilm reactor to treat refractory organic compounds

• Auteur / Autrice : Marine Minière
• Direction : Olivier Boutin, Audrey Soric
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement. Génie des procédés
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence)
• Jury : Président / Présidente : Eric Olmos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Boutin, Laure Malleret, Sébastien Lefèvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Chazarenc, Esther Alonso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biorestauration in situ

Eau -- Épuration -- Traitement biologique

Pollution agricole

Eaux usées

Déchets industriels

Pollution de l'eau

Mots clés libres

Couplage

Effluent

Oxydation en voie humide

Traitement biologique

Faisabilité

Modélisation

Évaluation

Coupling

Effluent

Wet air oxidation

Biological treatment

Feasibility

Modeling

Assessment

Résumé

Le couplage d’une oxydation en voie humide (OVH) et d’un réacteur à biofilm aérobie en lit fixe (PBBR) a été étudié afin d’évaluer sa faisabilité pour le traitement d’un effluent donné et de modéliser le procédé couplé en vue de l’évaluation de ses performances énergétiques et de son coût d’investissement. Deux composés modèles ont été choisis : le phénol, représentatif des margines, et le colorant Acid Orange 7, représentatif de certains effluents textiles.Tout d'abord, l’OVH du composé modèle a été étudiée afin de sélectionner des conditions permettant la formation d’un effluent adapté au traitement biologique. Des PBBR ont ensuite été développés : l’influence de l’acclimatation et de la configuration du réacteur a été étudiée. Enfin, les PBBR ont été alimentés par l’effluent d'OVH afin de conclure sur la faisabilité du procédé couplé. Dans un second temps, l’OVH du composé modèle a été simulée sur ProsimPlus via des données thermodynamiques, hydrodynamiques et cinétiques. Un modèle de PBBR a été développé à partir de données physiques et cinétiques issues de la littérature, validé expérimentalement, puis implémenté sur ProsimPlusl. Ainsi, le traitement par procédé couplé OVH – PBBR des effluents sélectionnés a été simulé. Dans les deux cas, la faisabilité du couplage a été montrée expérimentalement, le PBBR permettant d’affiner le traitement du composé modèle et/ou du COT, avec des abattements jusqu’à 99% et 96% respectivement. De plus, via les simulations, un bilan énergétique positif a été calculé – montrant le potentiel autothermique du procédé couplé – ainsi qu’une économie significative sur le coût d’investissement de l’OVH, validant ainsi l’intérêt du couplage.

Coupling Wet Air Oxidation (WAO) with an aerobic Packed-Bed Biofilm Reactor (PBBR) has been studied, firstly to assess its feasibility to treat a given effluent, and secondly to develop a coupled-process modeling and simulation in order to evaluate its energetic performance and investment cost. Two model compounds were selected: phenol, representing margins, and Acid Orange 7 dye, representing some textile effluents. First of all, WAO of model compound was studied to select operating conditions leading to an effluent which was adapted to biological treatment. Then, PBBRs were implemented: effect of acclimation to the model compound and effect of reactor configuration (upflow or downflow) were studied. Finally, the PBBRs were fed with the pre-oxidized effluent, allowing to conclude on the feasibility of the coupled process. Furthermore, simulation of WAO of model compound was carried out on ProsimPlus® software thanks to thermodynamics, hydrodynamics and kinetics data from literature and/or experiments. As well, a PBBR model was developed using literature physics and kinetics data, it was then experimentally validated and implemented on ProsimPlus®. Thus, simulations of the treatment by WAO – PBBR coupled process of the selected effluents were undertaken. In both cases, feasibility of the coupled process was experimentally established: biological reactor improved treatment of model compound and/or TOC, with yields up to 99% and 96% respectively. Besides, simulations allowed to assess a positive energy balance – indicating a potentially autothermic process – and a significant gain on WAO investment cost, so that the interest of coupling WAO and PBBR was demonstrated.