Modélisation de la dynamique des micropolluants organiques pendant le compostage : Application pour le recyclage de déchets en France et la bioremédiation d'un sol pollué en Chine

par Yuan Zhang

Thèse de doctorat en Science de l'environnement

Sous la direction de Patricia Garnier, Yong-Guan Zhu et de Sabine Houot.

Le jury était composé de Patricia Garnier, Yong-Guan Zhu, Sabine Houot, Yuan Zhang, Zong-Ze Shao, Chang-Zhou Yan.

Les rapporteurs étaient Yuan Zhang, Zong-Ze Shao.


  • Résumé

    Avec l'augmentation de niveau de vie des populations, de plus en plus déchets urbains sont produits chaque jour en grande quantité. Ces déchets non seulement occupent une place importante mais dégradent l'environnement en particulier parce qu'ils contiennent divers polluants, qui peuvent porter atteinte à la santé humaine. Le compostage permet aux déchets urbains d'être recyclés en transformant la matière organique en engrais pour les sols agricoles. Par ailleurs, ce procédé peut aussi être utilisé comme méthode de biorestauration pour les sols pollués. Les modèles mathématiques sont des outils qui permettent de comprendre et éventuellement de modifier le processus de compostage. Ils pourraient également prédire la stabilité des produits issus du compostage et quantifier la nocivité des polluants qu'ils contiennent. L'objectif dans cette étude était de construire un modèle décrivant la dynamique des micropolluants organiques au cours du compostage et paramétrer le modèle sous l'interface de MATLAB. Ce modèle peut être utilisé selon les besoins des usagers avec 3 modules: le module de carbone organique, le module de polluants organiques et le module de couplage. Afin de calibrer et valider notre modèle, un ensemble de données de 12 différents mélanges de déchets et 4 différents types de polluants ont été utilisés. Pour l'application de la technique de compostage dans le domaine de la bioremédiation des sols contaminés, une expérience de compostage en laboratoire a été conçue dans lequel les déchets urbains organiques ont été mélangés avec un sol contaminé par des HAP. Nous avons étudié la dynamique des matières organiques, des micropolluants organiques et des populations microbiennes. Les résultats ont montré que la quantité des HAP dégradée a été de 50-60% lorsque le sol est composté avec des déchets organiques. En outre, des populations microbiennes successives ont été observées pendant le processus de compostage. Ces résultats expérimentaux ont été simulés par notre modèle afin de tester sa capacité dans un système sol-compostage. Cependant, quelques questions de recherches se posent encore: en ce qui concerne la modélisation, la simulation des substrats organiques solubles n'est pas assez bonne, ce qui est probablement dû à des limites sur l'étude des caractéristiques biochimiques des fractions organiques soluble; par ailleurs, seule la fonction température a été considérée comme facteur de l'environnement dans notre modèle, des limitations dues à l'l'humidité ou à l'oxygène, par exemple, doivent être étudiées dans des études ultérieures. L'activité microbienne pendant chaque phase de dégradation des HAPs n'a pas encore été assez clairement établie pour être incorporée dans notre modèle.

  • Titre traduit

    Modelling the dynamic of organic micropollutants during composting process of french organic wastes and chinese polluted soil


  • Résumé

    With the increasing of people's living standards, more and more urban wastes are produced everyday with a huge quantity. The big amount of wastes have not only occupied precious land resource, influenced the industry seriously and agricultural production, but also introduced various pollutants, which will harm human's life and health. Compost processing can help urban wastes to be recycled by transforming the organic matter into fertilizer and be returned to nature. Also it can be used as a bioremediation method for the polluted soil. The mathematical model is an efficient tool for understanding and modifying the composting process, predicting the stability of compost products, and then assuring the harmfulness of pollutants for agriculture. Our objective in this study was to construct a model describing the dynamics of organic micro-pollutants during the composting and parameterize the model under the interface of MATLAB. This model should be used according to users' needs with 3 modules: organic carbon module, organic pollutants module and coupling module. In order to calibrate and validate our model, the datasets from 12 different waste mixtures and 2 different types of pollutants with different initial conditions were applied. On the other hand, for applying the composting technique in the field of bioremediation of contaminated soil, an in-vessel composting experiment was designed in which the organic urban wastes mixed with soil contaminated by PAHs were used as materials. We studied the dynamics of organic matter, organic micro-pollutants and the microbial populations. The conclusion showed that the concentration of PAHs could be decrease by 50-60% with the effects of organic matters and the accelerated microbial activities compared to bare soil. Furthermore, the successive microbial populations have been observed during the composting process. These experimental results could be well simulated by our model which indicates its capacity in the soil-composting system. However, we still came across some questions during my research. The simulations for soluble organic substrates were not accurate enough, due to the limits of the biochemical characterization of organic fractions. In our model, only the function of temperature has been considered as the environmental factor, more limiting factors such as moisture, oxygen, … need to be investigated in the further studies. The microbial diversity of each decomposition phase has been investigated in the experiment but was not added in the model because its impact on PAHs degradation is not clear enough. In order to answer all these questions, further researches needs to be done, although the study in the field of microbial flora has begun to be carried out.


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