Agrégation de cellules bactériennes par des polymères cationiques (polyéthylèneimine) : influence de la masse moléculaire du polymère et de la présence/absence de surstructures exopolymériques bactériennes sur la déshydratation des boues biologiques

Bacterial cell aggregation mediated by cationic polymers (polyethyleneimine) : Influence of molecular weight and presence/abcense of exopolymeric cell surface appendages on biological sludge dewatering

• Auteur / Autrice : Marie-Ève Krapf
• Direction : Bruno Lartiges, Jérôme Duval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 23/02/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement et minéralurgie (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Paule Mingeot-Leclercq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégory Francius, Gilles Guibaud, Christophe Merlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Noëlle Bellon-Fontaine, Jérôme Rose

Mots clés

Mots clés contrôlés

Floculation

Polymères

Bactéries -- Agrégation

Déshydratation

Boues d'épuration

Mots clés libres

Agrégation

Floculation

Bactéries

Polyéthylèneimine

Lyse

Exopolymères

Lypopolysaccharides

Boues biologiques

Déshydratation

Aggregation

Flocculation

Bacteria

Polyethyleneimine

Lysis

Exopolymers

Lypopolysaccharides

Biological sludge

Dewatering

Résumé

Après déshydration, les boues biologiques présentent en moyenne une siccité de 30%, ce qui pose d'importants problèmes environnementaux. Afin de comprendre les mécanismes physico-chimiques de rétention d'eau dans ces boues, nous les avons modélisées par une souche bactérienne pure présentant la particularité de produire ou non des surstructures, suivant sa température de culture. Les suspensions bactériennes ainsi obtenues ont été floculées par du polyéthylèneimine de différentes masses moléculaires. Des mesures de densité optique, mobilité électrophorétique, conductivité, pH, absorbance, granulométrie, ainsi que des observations en MET et AFM ont été effectuées. Cela nous a permis de caractériser la structure des agrégats ainsi obtenus et d'évaluer les influences relatives de la masse moléculaire du polymère ainsi que de sa concentration et de la présence/absence de surstructures sur l'agrégation de cellules bactériennes. Des mesures d'élasticité, de constante de raideur et de pression de turgescence ont été effectuées par spectroscopie de force, ce qui nous a permis de caractériser les propriétés nanomécaniques des agrégats. Dans un second temps, les suspensions floculées ont été déshydratées par centrifugation, procédé mis en oeuvre dans certaines station d'épuration. Des mesures d'élasticité et de viscosité (gradient de cisaillement infini) ont été effectuées par rhéologie. La corrélation de celles-ci avec des mesures de siccité nous a permis de conclure à un impact important des surstructures, de la masse moléculaire et de la concentration en polymère sur la déshydratation des boues biologiques

After dewatering, a biological sludge still contains an average water content of 70%, thus causing huge environmental problems. To achieve a better understanding of the mechanisms underlying physicochemical interactions inducing water retention in the sludge, the bacterial sludge was modeled by a pure strain producing or not surface appendages, depending on the growth temperature. These bacterial suspensions were flocculated by polyethyleneimine of various molecular weights. Measurements of optical density, electrophoretic mobility, conductivity, pH, absorbance, particle size, as well as AFM and TEM observations were performed. This allowed to characterize aggregates structures and to estimate the influence of molecular weight and concentration of polymer and presence/absence of surface appendages. Measurements of elasticity, spring constant and turgor pressure were carried out by force spectroscopy allowing to characterize nanomechanical properties of aggregates. In a second step, a dewatering of these flocculated suspensions was performed by centrifugation, process used in some wastewater treatment plants. Measurements of elasticity and viscosity were carried out by rheology. Correlations with dryness measurements allowed to conclude that the presence/absence of surface appendages, and also the molecular weight and concentration of the polymer have a significant impact on biological sludge dewatering