Thèse soutenue

Couplage d’un procédé électrochimique d’oxydation avancée, électro-Fenton, et d’un traitement biologique avancé pour l’élimination d’un composé pharmaceutique, le Métronidazole, en milieux aqueux

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Auteur / Autrice : Arwa Abou Dalle
Direction : Abdeltif AmraneSamir Taha
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance en 2017
Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie en cotutelle avec Université libanaise
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
autre partenaire : Université Bretagne Loire (2016-2019)

Résumé

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Ce travail de thèse porte sur la mise en oeuvre du couplage entre un procédé électrochimique et un traitement biologique avancé pour l’élimination de composés organiques biorécalcitrants. Dans cette étude, le composé cible choisi est un antibiotique, le Métronidazole. Le procédé électro-Fenton, envisagé en tant que prétraitement, est effectué dans un réacteur électrochimique mono-compartimentée fonctionnant en mode discontinu. Il est équipé d’une cathode en feutre de graphite et d’une anode en platine. Un protocole analytique a été développé afin de quantifier les radicaux hydroxyle produits par le procédé électro- Fenton. Dans ce protocole, le Diméthylsulfoxyde (DMSO) est utilisé comme piégeur de radicaux. La quantification des radicaux hydroxyle a pour intérêt d’améliorer la compréhension du prétraitement électro-Fenton en fonction des conditions opératoires. Les résultats montrent que le DMSO peut être utilisé durant le procédé électro-Fenton pour des densités de courant inférieures ou égales à 0. 07 mA. Cm-2. Au cours du prétraitement électro-Fenton, le métronidazole a été totalement dégradé et minéralisé à hauteur de 40 % au bout de respectivement 20 et 135 min d’électrolyse. Ce prétraitement conduit à une augmentation du rapport DBO5 /DCO de 0 à 0. 46, signifiant ainsi l’amélioration de la biodégradabilité de la solution. Un traitement biologique durant 21 jours avec des boues activées a été appliqué par la suite confirmant l’efficacité du couplage des procédés grâce à un taux de minéralisation globale de 87. 4 %. Un suivi de la population microbienne a montré une diminution de la diversité microbienne durant le traitement biologique et seules deux espèces ont pu être isolées en fin de culture. Les microorganismes isolés ont été identifiés ; il s’agit de Pseudomonas putida (99 %) et d’une souche d’Achromobacter (denitrificans (50 %) ou xyloxidans (50 %)). La dernière partie de ces travaux a été consacrée à l’amélioration de la performance du traitement biologique. Des traitements biologiques avancés basés sur la biostimulation des boues activées par des nutriments (glucose) et/ou sur la bioaugmentation des boues activées par les bactéries isolées ont été mis en oeuvre. Le couplage électro-Fenton avec la combinaison de la biostimulation et de la bioaugmentation a permis d’obtenir un taux global de minéralisation de 97 % avec une diminution du temps de traitement de 16 jours par rapport au traitement biologique conventionnel. Ces résultats montrent donc la pertinence de l’application du procédé biologique avancé dans le cadre d’un couplage avec un prétraitement électro-Fenton.