Couplage d’un procédé électrochimique d’oxydation avancée, électro-Fenton, et d’un traitement biologique avancé pour l’élimination d’un composé pharmaceutique, le Métronidazole, en milieux aqueux

par Arwa Abou Dalle

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Abdeltif Amrane et de Samir Taha.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur la mise en oeuvre du couplage entre un procédé électrochimique et un traitement biologique avancé pour l’élimination de composés organiques biorécalcitrants. Dans cette étude, le composé cible choisi est un antibiotique, le Métronidazole. Le procédé électro-Fenton, envisagé en tant que prétraitement, est effectué dans un réacteur électrochimique mono-compartimentée fonctionnant en mode discontinu. Il est équipé d’une cathode en feutre de graphite et d’une anode en platine. Un protocole analytique a été développé afin de quantifier les radicaux hydroxyle produits par le procédé électro- Fenton. Dans ce protocole, le Diméthylsulfoxyde (DMSO) est utilisé comme piégeur de radicaux. La quantification des radicaux hydroxyle a pour intérêt d’améliorer la compréhension du prétraitement électro-Fenton en fonction des conditions opératoires. Les résultats montrent que le DMSO peut être utilisé durant le procédé électro-Fenton pour des densités de courant inférieures ou égales à 0. 07 mA. Cm-2. Au cours du prétraitement électro-Fenton, le métronidazole a été totalement dégradé et minéralisé à hauteur de 40 % au bout de respectivement 20 et 135 min d’électrolyse. Ce prétraitement conduit à une augmentation du rapport DBO5 /DCO de 0 à 0. 46, signifiant ainsi l’amélioration de la biodégradabilité de la solution. Un traitement biologique durant 21 jours avec des boues activées a été appliqué par la suite confirmant l’efficacité du couplage des procédés grâce à un taux de minéralisation globale de 87. 4 %. Un suivi de la population microbienne a montré une diminution de la diversité microbienne durant le traitement biologique et seules deux espèces ont pu être isolées en fin de culture. Les microorganismes isolés ont été identifiés ; il s’agit de Pseudomonas putida (99 %) et d’une souche d’Achromobacter (denitrificans (50 %) ou xyloxidans (50 %)). La dernière partie de ces travaux a été consacrée à l’amélioration de la performance du traitement biologique. Des traitements biologiques avancés basés sur la biostimulation des boues activées par des nutriments (glucose) et/ou sur la bioaugmentation des boues activées par les bactéries isolées ont été mis en oeuvre. Le couplage électro-Fenton avec la combinaison de la biostimulation et de la bioaugmentation a permis d’obtenir un taux global de minéralisation de 97 % avec une diminution du temps de traitement de 16 jours par rapport au traitement biologique conventionnel. Ces résultats montrent donc la pertinence de l’application du procédé biologique avancé dans le cadre d’un couplage avec un prétraitement électro-Fenton.

  • Titre traduit

    Coupling of an advanced electrochemical oxidation process, electro-Fenton, and an advanced biological treatment for the elimination of a pharmaceutical compound, Metronidazole, in an aqueous medium


  • Résumé

    The PhD work deals with the coupling between an electrochemical process and an advanced biological treatment in order to eliminate a biorecalcitrant antibiotic : Metronidazole. The electro-Fenton process, envisaged as a pre-treatment, was carried out in a mono-compartmentalized electrochemical reactor operating in batch mode. It was equipped with a graphite felt cathode and a platinum electrode. An analytical method was developed to quantify hydroxyl radicals produced by the electro- Fenton process. In this protocol, Dimethyl sulfoxide (DMSO) was used as scavenger of radicals. The quantification of the hydroxyl radicals has the advantage of improving the understanding of electro-Fenton pretreatment as a function of the operating conditions. The results showed that DMSO can be used during the electro-Fenton process for current densities less than or equal to 0. 07 mA. Cm-2. During electro-Fenton pretreatment, Metronidazole was completely degraded and mineralized to 40 % after 20 min and 135 min of electrolysis respectively. This pretreatment led to an improvement of the biodegradability of the by-products, assessed from the BOD5 on COD ratio, which increased from 0 before treatment until 0. 46 after 1 hour of electrolysis. The subsequent conventional biological treatment carried out with activated sludge confirmed the efficiency of coupled process with global mineralization yield of 87. 4 %. A monitoring of the microbial population showed a decrease of the microbial diversity during the biological treatment and only two species were found and isolated at the end of culture. The isolated microorganisms were identified and belonged to Pseudomonas putida (99 %) and Achromobacter (denitrificans (50 %) or xyloxidans (50 %)). The last part of this work was dedicated to the improvement of the performance of the biological treatment through the application of advanced biological treatment. It was based on the biostimulation of the activated sludge by nutrients (glucose) and / or the bioaugmentation of the activated sludge by the addition of the isolated bacteria. The coupling between electro-Fenton and the combination of biostimulation and bioaugmentation led to an overall mineralization yield of 97 % with a processing time gain of 16 days compared to the conventional biological treatment. This proves the relevance of the application of the advanced biological process in the context of a coupling with an electro-Fenton pretreatment.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (219 p.)
  • Annexes : Bibliographie : 422 réf.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : École nationale supérieure de chimie de Rennes. Centre de documentation.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : THE ABO [2017]
  • Bibliothèque : École nationale supérieure de chimie de Rennes. Centre de documentation.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : THE ABO [2017]
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.