Structure et propriétés hydrophobes des agrégats bactériens de boues activées

par Frédéric Jorand

Thèse de doctorat en Chimie et microbiologie de l'eau

Sous la direction de Jean-Claude Block.

Soutenue en 1995

à Nancy 1 .


  • Résumé

    La sédimentation de la biomasse microbienne formée au cours du procédé nommé "boues activées" est une étape clé du traitement biologique des eaux usées. Son efficacité dépend, outre de la présence de bactéries filamenteuses, de la structure physico-chimique des agrégats bactériens ou "flocs". L'analyse bibliographique souligne le caractère hydrophobe des micro-organismes et son effet sur la floculation. Afin d'améliorer la sédimentation des boues, nous avons cherché à expliquer et à contrôler le caractère hydrophobe des flocs. La microscopie électronique et des analyses granulométriques d'agrégats dispersés, montrent la structure hétérogène des flocs. Ceux dont le diamètre moyen est égal à 125 µm sont constitués de micro-agrégats de 13 µm et de particules de 2. 5 µm. Certains micro-agrégats correspondent à des micro-colonies bactériennes. Le floc est constitué de bactéries et d'une matrice d'hétéropolymères. Ces hétéropolymères, extraits par les ultrasons, sont constitués de protéines, de sucres et d'ADN. Par chromatographie d'adsorption à pH acide sur résines non ioniques, le caractère hydrophobe des hétéropolymères solubles est mis en évidence. Le test d'adhésion microbienne à l'octane révèle la coexistence dans les boues de bactéries "hydrophobes" et de bactéries "hydrophiles". Le caractère "hydrophobe / hydrophile" de certaines de ces souches varie en fonction des paramètres environnementaux qui agissent sur la croissance bactérienne (nutriments, oxygène,. . . ). Le contrôle de ces paramètres devrait permettre, en favorisant les populations bactériennes hydrophobes et/ou la production de polymères hydrophobes, d'assurer la formation de flocs présentant une bonne aptitude à décanter. Cependant, les plus faibles capacités de "biosorption" de la matière organique des eaux usées par les boues activées sont obtenues avec les flocs les plus denses. Il est alors nécessaire de trouver le compromis entre une bonne sédimentation des boues et une bonne capacité de biosorption.


  • Résumé

    Settling of microbial biomass formed during the "activated sludge" process is a key step of biological wastewater treatment. Its efficiency is know to be innuenced by filamentous bacteria. Besides this, evidence is present that this settleability is mainly governed by the physico-chemical structure of bacterial aggregates (" flocs"). Then, a better knowledge of the structure and the factors governing the floc formation is necessary to weil control the settling step. The hydrophobie character of activated sludge floc components has been studied to elucidated the effect on sludge settleability. Electronic microscopy and granulometric analysis of dispersed flocs, showed the heterogeneous structure. Flocs with an average diameter of 125 µm are constituted of 13 pm micro-aggregates and 2. 5 pm particles. Some of the micro-flocs are bacterial colonies. The flocs are shown to consist of bacteria along exo-cellular polymers. Polymers, extraeted by ultrasonication, are found to be composed of proteins, sugars and DNA. Adsorption chromatography in acidic conditions with no ionic resins, showed the hydrophobie character of the soluble heteropolymers constitutiIig the floc matrix. By using the microbial adhesion test to octane, we demonstrated that "hydrophobie" and "hydrophilic" bacteria coexist into the sludges. The "hydrophobic / hydrophilic" character of some of these strains, changes as a funetion of the environmental parameters (nutrient load, oxygen concentration,. . . ). The control of these parameters should be able by favouring the hydrophobic bacterial populations, or/and the production of hydrophobic polymers, to product flocs with good settleability. However, measurements of "biosorption" of organic matter in wastewater by activated sludges, comparing with other floc characteristics, showed that the floes with the nicest structure (best settlement), present the lower adsorption ability. AIso, it is necessary to find a compromise between the best settleability of sludge and the best biosorption properties.

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