Etude des transformations du soufre dans les ouvrages de traitement d'eaux usées ou de boues : Evaluation à l'échelle de la station d'épuration avec un focus sur la digestion anaérobie

Sulfur transformations in water resource recovery facilities (WRRFs) : Plant-wide assessment with focus on anaerobic digestion

• Auteur / Autrice : Farhang Forouzanmehr
• Direction : Pierre Buffière, Sylvie Gillot, Eveline Volcke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de Lyon
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Universiteit Gent
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DEEP - Déchets Eaux Environnement Pollutions, EA 7429 (Lyon, INSA) - Déchets Eaux Environnement Pollutions / DEEP
• Jury : Président / Présidente : Jean-Philippe Steyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Buffière, Sylvie Gillot, Eveline Volcke, Jean-Philippe Steyer, Piet N. L. Lens, Ramon Ganigué, Hélène Hauduc, Virginie Maisonnave
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Steyer, Piet N. L. Lens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Soufre -- Composés organiques

Boues d'épuration

Eaux usées -- Stations de traitement

Eaux usées -- Épuration

Mots clés libres

Environnement

Traitement eau usée

Eau usée

Composé soufré

Digestion anaerobie

Hydrolyse thermique

Station d'épuration

Sulfure d'hydrogène (H2S)

Boue d'épuration

Epuration

Environment

Wastewater management

Wastewater

Sulfur compound

Anaerobic digestion

Thermal hydrolysis

Wastewater treatment plant

Hydrogen sulfide (H2S)

Sewage sludge ashes

Purification

Résumé

Le soufre est un élément clé, souvent négligé, dans les stations d'epurations des eaux usées (STEP). Il subit des conversions biologiques et physicochimiques dans les procédés unitaires dominants, tandis que son émission sous forme de sulfure d'hydrogène (H2S) peut provoquer des nuisances olfactives, de la corrosion et avoir des effets négatifs sur la production de biogaz. Malgré son importance, peu d'informations sont disponibles sur le devenir du soufre dans les STEPs, notamment en ce qui concerne la caractérisation à grande échelle et à l'échelle de l'usine. Ce travail de recherche doctorale présente les avancées dans notre compréhension de la caractérisation du flux de soufre total et de la transformation du soufre pendant les processus de traitement des eaux usées des STEP.

Sulfur is an often-overlooked but key element in water resource recovery facilities (WRRFs). It undergoes biological and physicochemical conversions in the prevailing unit processes, while its emission as hydrogen sulfide (H2S) may cause odour nuisance, corrosion and have adverse effects on biogas production. Despite its importance, little information is available concerning the fate of sulfur in WRRFs, notably when it comes to full-scale and plant-wide characterization. This doctoral research work presents advancements in our understanding of characterization of total sulfur flow and sulfur transformation during wastewater treatment processes of municipal WRRFs. First, a comprehensive literature review was performed to identify potential sulfur transformations within individual unit processes of municipal WRRFs. Sulfur mass flows in a full-scale WRRF were quantified on a plant-wide level, assessing liquid, sludge and gas streams simultaneously. Besides showing the distribution of sulfur flows, this result specified key sulfur flows, process treatments, and enabled a comparison of process treatment units. Next, the transformations of sulfur species were studied in both water and sludge treatment lines. Particular attention was given to fate of sulfur species during anaerobic digestion process and the influence of thermal hydrolysis, as a sludge pretreatment process, on the fate of sulfur species during anaerobic digestion. Both full-scale and lab-scale data were used for this purpose. Overall, this work improves our understanding of sulfur transformation in WRRFs, and in particular highlights the important role of organic sulfur conversion during anaerobic digestion process, which has been widely over-looked in literature.