Caractérisation rhéologique de boues liquides issues de l'épuration biologique des eaux usées

par Myriam Mori

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement. Génie des procédés et physico-chimie

Sous la direction de Nicolas Roche.

Soutenue en 2007

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Rheological characterization of liquid sludge from biological wastewater treatment


  • Résumé

    Le traitement des eaux résiduaires par boues activées est actuellement le procédé le plus utilisé en épuration biologique. Son efficacité réside notamment dans l’aptitude à la remise en suspension et/ou l’homogénéisation des flocs bactériens ainsi que dans leur capacité à décanter et à s’écouler à différentes étapes du procédé d’épuration. La connaissance des propriétés rhéologiques des boues biologiques liquides, connues pour leurs propriétés non newtoniennes, s’avère donc nécessaire à l’optimisation de la filière d’épuration. Dans ce cadre là, l’objectif de ce travail est de caractériser le comportement rhéologique de boues liquides issues de l’épuration biologique d’eaux usées dans une gamme de concentration en matières en suspension (MES) de 3 à 60 g/L environ. La mise au point d’un protocole expérimental rhéométrique a tout d’abord été requise. Plusieurs géométries ont été testées et comparées. La géométrie Couette et le ruban hélicoïdal ont ainsi été validés pour la caractérisation rhéologique des boues liquides. Le modèle de Herschel-Bulkley, choisi pour modéliser les courbes d’écoulement des boues dans la gamme de concentration étudiée, a montré que l’augmentation de la teneur en MES ainsi que celle des polymères exocellulaires en terme d’exopolysaccharides (EPS), renforce la viscoplasticité ainsi que la rhéofluidifiance des boues. Le mode dynamique a aussi révélé que l’énergie de cohésion entre les particules augmente avec l’augmentation en MES et en EPS. Enfin, l’étude de l’influence du protocole de mesure sur la rhéologie des boues liquides a permis de mettre en évidence que le cisaillement fait diminuer la viscoplasticité et la rhéofluidifiance, mais également que les boues sont des matériaux thixotropes susceptibles de sédimenter au cours de la mesure, en particulier avec le système Couette.


  • Résumé

    Activated sludge biological treatment is the most employed process in wastewater treatment plant (WWTP). The ability of sludge flocs to be suspended, to settle or to flow at the different steps of the process is the key parameter for a successful treatment. The optimisation of the wastewater treatment process thus requires knowledge of the non Newtonian rheological properties of liquid sludge. This study focuses on the rheological characterisation of biological liquid sludge from a WWTP, ranging, in terms of Total Suspended Solid (TSS), from 3 to about 60 g/L. A rheometrical protocol has first been established, in order to notably select adapted measuring systems to characterize the rheological behaviour of these suspensions. A classical Couette geometry and a helical ribbon impeller have then been chosen to study the rheological properties of sludge suspensions. The Herschel-Bulkley model has been selected to represent flow curves of the sludge. It has then been demonstrated that an increase of TSS but also an increase of exocellular polymers in terms of exopolysaccharides (EPS) concentration, enhances both plastic and shear-thinning properties of sludge suspensions. Dynamic measurements have revealed that the cohesion energy between particles increases with both increasing TSS and EPS. Finally, the study of the influence of the rheometric protocol has shown that both plastic and shearthinning properties decrease under shear, but also that liquid sludge are, in the range of TSS studied, thixotropic materials probably subjected to settle during the rheological measurements, in particular with the Couette system.

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  • Détails : 1 vol. (223 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr. p 148-152

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