Aération et dynamique de colmatage en bioréacteur à membranes immergées : identification de grandeurs et phénomènes déterminants

par Julie Lebegue

Thèse de doctorat en Énergétique. Génie des procédés

Sous la direction de Alain Grasmick et de Marc Héran.

Soutenue en 2008

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    Le bioréacteur à membranes, associant bioréactions et séparation membranaire dans la même unité, permet de développer une biomasse importante au sein du réacteur qui autorise l'intensification des processus biologiques mais pénalise l'étape de séparation. Intégré dans un programme européen, EUROMBRA, ce travail a eu pour objectif d'étudier l'importance de l'hydrodynamique créée par aération au voisinage des membranes filtrantes sur la dynamique de colmatage. Au regard des travaux antérieurs du laboratoire dans ce domaine et de l'analyse bibliographique, ce phénomène a été étudié selon trois niveaux phénoménologiques: accumulation de biomasse au sein des modules de filtration, développement d'un biofilm en surface membranaire, adsorption de molécules organiques dans les pores des membranes. Des méthodologies expérimentales spécifiques ont été mises en place, réacteurs pilotes et méthodes d'analyses conventionnelles et spécifiques pour, notamment, étudier la structure du biofilm et l'identification des composés irréversiblement fixés sur le matériau membranaire (en collaboration avec l'Université Technologique de Sydney). Les résultats obtenus montrent l'importance de grandeurs déterminantes pour maîtriser la dynamique colmatage: (i) sur le plan biologique, l'adéquation du modèle ASM3 aux réponses biologiques a permis, par simulation, de montrer le rôle de la charge volumique et du temps de rétention de la phase solide sur les teneurs en biomasse et en produits microbiens solubles PMS directement impliqués dans les processus réactionnels mais aussi de colmatage, (ii) sur le de la filtration, il a pu être montré le rôle déterminant de l'aération sur les deux premiers niveaux de colmatage observés, seule l'adsorption n'a pas été influencée par l'aération. Les perspectives de ce travail pourraient être axées principalement sur la production et la nature des PMS produits en fonction des conditions biologiques imposées et leur influence sur l'évolution et les propriétés du biofilm

  • Titre traduit

    Aeration and fouling dynamic in immersed membrane bioreactor : determining criteria and phenomena identification


  • Résumé

    Membrane bioréactor, coupling bioreactions and porous membrane separation in a same unit, allows working with high biomass concentrations what improves bioreaction rates but penalizes the separation step. Integrated in a European Program (EUROMBRA), this work had as objective to study the influence of hydrodynamics induced by aeration on the membrane fouling dynamic. According to precedent works of the laboratory and the analyses of references, the objective was axed on the phenomenon analysis at three observation scales: irreversible biomass accumulation throughout the membrane bundle, analysis of the biofilm present on the membrane surface, importance of adsorbed molecules into membrane pores. Specific methodologies were carried out, lab scale pilots and analytical methods, notably for biofilm observations and identification of irreversible compounds fixed onto/into membrane (this part was developed in collaboration with the University of Technology of Sydney). Results show the importance of determining criteria (i) on the biological step such as solid retention time and organic load rate which determine concentrations of biomass and soluble microbial product in biological suspension and influence directly reaction rates but also membrane fouling dynamics and (ii) on the separation step, the role of aeration to control sludging and biofilm importance, wheras adsorption into the pores was not depending on aeration. Future researches can then be focused on identification of SMP in relation with biological conditions and their influence on biofilm structure and properties

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Annexes : Bibliographie. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2008.MON-97
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