Thèse soutenue

Etude bibliographique et expérimentale des performances de traitement et de valorisation d’eaux usées urbaines par voie bioélectrochimique
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Valentin Larzillière
Direction : Théodore BouchezRoman Moscoviz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biotechnologies
Date : Soutenance le 28/11/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés biotechnologiques au service de l'environnement (Antony, Hauts-de-Seine ; 2005-....) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Sylvie Gillot
Examinateurs / Examinatrices : Eric Trably, Mathieu Étienne, Alain Bergel
Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Trably, Mathieu Étienne

Résumé

FR  |  
EN

L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les conditions optimales d’opération du compartiment anodique d’un électrolyseur microbien en vue d’assurer sur le long terme un traitement robuste et conforme aux normes de rejet d’eaux résiduaires urbaines. Pour identifier les facteurs les plus influents, une revue systématique de la littérature a été initialement réalisée sur 1074 articles et 4579 observations. L’analyse a relevé une différence frappante entre le niveau d’abattement de la demande chimique en oxygène (médiane de 72% sur 3145 données) et du rendement faradique (médiane de 18% sur 2097 données). Un travail de modélisation statistique a ensuite permis de mettre en évidence les configurations potentiellement intéressantes pour l’optimisation des performances de traitement et électrochimiques, notamment sur le choix de l’inoculum. Ainsi, quatre stratégies d’inoculation ont ensuite été expérimentalement testées lors de six batches consécutifs de traitement d’eaux usées municipales dans des pilotes bioélectrochimiques à échelle laboratoire en condition anaérobie. Après seulement trois batches, les abattements de la DCO, les rendements faradiques et la récupération d’ammonium par électrodialyse se sont stabilisés et homogénéisés à des valeurs moyennes de respectivement 30,8 ± 2,8 %, 88,0 ± 3,9 % et 1,11 ± 0,03 g/L quelle que soit la stratégie d’inoculation. Dans un second temps, ces mêmes pilotes bioélectrochimiques ont été utilisés pour traiter en continu des eaux résiduaires urbaines pendant 8 mois. Lors de cette seconde phase, les performances électrochimiques et de traitement ont été qualifiées de manière robuste et répétable. Ainsi, les abattement de la DCO étaient, en moyenne, de 45,3 ± 10,6 % tandis que les rendement faradiques étaient de 36,3 ± 19,3 % pour une densité de courant de 0,36 ± 0,16 A/m² et une charge appliquée de 21,4 ± 5,5 gO2/m²/j. De plus, l’évolution dans le temps de la composition microbienne des différents biofilms a été étudiée, puis mise en relation avec les performances du procédé. Ces resultats ont montré que la sélection est le principal mecanisme de formation des biofilms électroactifs. Tous ces résultats permettent de rationaliser les choix opérationnels pour une montée en échelle de ces procédés, et servir de base robuste pour une analyse techno-économique de la filière de traitement.