Élimination des Composés Organiques Volatils hydrophobes par couplage de l’absorption et de la biodégradation : absorption dans un solvant organique biodégradable

Removal of toluene by coupling of absorption and biodegradation by activated sludge : absorption in a biodegradable organic solvent

• Auteur / Autrice : Imane Bechohra
• Direction : Annabelle Couvert, Abdeltif Amrane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Phtalate de di-2-éthylhexyle

Absorption

Toluène

Biodégradation

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Couplage de procédés

Résumé

L’élimination des composés organiques volatils (COVs) hydrophobes, tels que le toluène, par voie biologique est limitée par l’étape de l’absorption dans la phase aqueuse (contenant les agents microbiens). Dans le but de contourner ce verrou, un solvant organique a été rajouté, jouant le rôle d’absorbant, dans le bioréacteur multiphasique. Cette phase apolaire peut être onéreuse et/ou sa régénération difficile à mettre en oeuvre. Le choix d’un « déchet-solvant » a donc été envisagé. Le choix de cette phase a été effectué en se basant sur différents critères, tels que la capacité d’absorber le composé cible (coefficient de partage), une absence de solubilité dans l’eau, une biodégradabilité, et une biocompatibilité vis-à-vis des microorganismes. Trois solvants organiques ont été testés : l’hexadécane comme solvant modèle, de l’huile de friture usagée et le di (2-éthyl hexyl) phatalate (DEHP) ou dioctyl de phtalate. Les essais de biodégradation ont été conduits en batch (erlenmeyers de 250 mL munis de systèmes de prélèvement spécifiques). Les résultats obtenus avec le solvant modèle a permis d’envisager l’utilisation d’un solvant organique biodégradable dans les réacteurs à partition (TPPB). En effet, le COV cible a pu être assimilé simultanément en présence d’hexadécane à 5% volumique dans l’eau par les boues activées issues d’une station d’épuration. En revanche, dans le cas de l’huile de friture usagée (HFU), le toluène n’a pas été complètement consommé à la fin de la culture. Même après acclimatation des microorganismes, de faibles taux de dégradation du COV et de l’HFU ont été obtenus. En revanche, les résultats obtenus avec le DEHP, solvant déchet envisageable, ont été prometteurs. En effet, une biodégradation du toluène, rapide et plus importante qu’en présence d’hexadécane, a été observée. Une optimisation de la fraction volumique du DEHP dans l’eau a donc été réalisée, et l’influence de la concentration initiale en toluène a été étudiée. Un ratio de 0. 1% de DEHP dans l’eau et une concentration en toluène de 106 mg. L-1 ont été retenus comme conditions optimales. Des essais sur ce système ont ensuite été réalisés dans un bioréacteur semi-continu de 3 litres contenant des boues activées non acclimatées, puis acclimatées aux deux substrats (COV et DEHP). Ceux-ci ont permis de limiter le problème des pertes en toluène rencontrés en batch (dans les erlenmeyers) et de valider la viabilité du procédé. La vitesse de biodégradation du toluène s’est révélée importante (9,8 mg. L-1. H-1) et le taux de dégradation du DEHP a atteint 89%.

Removal of hydrophobic volatile organic compounds (VOCs), such as toluene, by biological way is limited by the step of absorption in the aqueous phase (containing the microbial agents). In order to overcome this lock, an organic solvent has been added, serving as absorbent, in the multiphase bioreactor. This apolar phase can be expensive and / or regeneration is difficult to implement. The choice of a "waste-solvent" was therefore considered. The choice of this solvent was performed based on different criteria, such as the ability to absorb the target compound (partition coefficient), a low solubility in water, a biodegradability, and a biocompatibility towards microorganisms. Three organic solvents were tested: hexadecane as a model solvent, waste frying oil and di (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) or dioctyl phthalate. Biodegradation tests were conducted in batch (250 mL Erlenmeyer flasks fitted with specific sampling systems). The results obtained with the solvent model allowed to consider the use of biodegradable organic solvent in partition reactors (TPPB). Indeed, the target VOC could be treated simultaneously in the presence of hexadecane at 5% by volume in water by activated sludge from a wastewater treatment plant. In contrast, in the case of waste frying oil (HFU), toluene was not completely consumed at the end of the culture. Even after acclimation of microorganisms, low VOC degradation rates and HFU were obtained. In contrast, the results obtained with DEHP, conceivable solvent waste, have been promising. Indeed, a biodegradation of toluene, rapid and greater than in the presence of hexadecane, was observed. An optimization of the volume fraction of DEHP in water was thus performed, and the influence of the initial concentration in toluene was investigated. A ratio of 0. 1% of DEHP in water and a toluene concentration of 106 mg. L-1 were selected as optimal conditions. Tests on this system were then carried out in a 3 Liter semi-continuous bioreactor containing of non-acclimated activated sludge, then acclimated to two substrates (VOCs and DEHP). These have allowed to limit losses toluene encountered in batch (in flasks) and to validate the viability of the process. The toluene biodegradation rate was significant (9. 8 mg. L-1. H-1) and the rate of degradation of DEHP was 89%.