Scale-up d'un procédé continu aérobie à lit fluidisé granulaire pour le traitement des effluents

Scale-up of a fluidized bed reactor for effluent treatment by aerobic granular sludge

• Auteur / Autrice : Justine Henriques
• Direction : Magali Casellas-Français, Christophe Dagot, Matthieu Georgel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'environnement
• Date : Soutenance le 21/03/2019
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, écologie, géosciences et agrosciences Théodore Monod (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PEIRENE
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Pons
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magali Casellas-Français, Christophe Dagot, Matthieu Georgel, Marie-Noëlle Pons, Michel Baudu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Roche, Claire Albasi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Épuration -- Réacteurs biologiques séquentiels

Boues d'épuration

Mots clés libres

Boues granulaires aérobies

Modélisation

AGS

Batch

Montée en échelle

Aerobic Granular Sludge

Modeling

SBR

Batch

Scale-up

Résumé

Pour faire face à des réglementations de plus en plus contraignantes, des procédés compacts et performants doivent être développés pour assurer un traitement des effluents efficace et pérenne. La technologie des boues granulaires aérobies permet de coupler productivité et compacité pour autant qu’elle soit maîtrisée. La formation des granules implique des conditions opératoires définies principalement dans des réacteurs discontinus. Afin d’améliorer la capacité de traitement, ce travail a pour objectif de proposer des conditions opératoires permettant l’utilisation des boues granulaires aérobies dans un réacteur en régime continu. Pour cela, la technique de granulation de l’écosystème est contrôlée par l’optimisation du fonctionnement d’un réacteur de laboratoire fonctionnant en discontinu (mode transitoire) puis la procédure obtenue est transposée à une taille de réacteur plus importante. Cette étude montre que la charge massique, le cisaillement et la pression de sélection des boues conditionnent la formation des granules et leurs propriétés. Le fonctionnement du réacteur en régime continu a ensuite été étudié. Il est montré que la structure granulaire a pu être maintenue tout en augmentant l’efficacité du procédé, tout paramètre équivalent par ailleurs (capacité de traitement doublée pour le réacteur continu). In fine, le système a été testé avec un effluent industriel. Un logiciel industriel a été utilisé afin de représenter pour l’optimiser le fonctionnement d’un réacteur fluidisé granulaire tel qu’obtenu expérimentalement. Si le module proposé dans ce logiciel a montré ses limites pour simuler un régime SBR, le modèle MBBR , bien que ne considérant pas la granule dans son ensemble, semble être adéquat pour représenter le fonctionnement en continu. L’utilisation des boues granulaires dans un réacteur continu est une technologie prometteuse mais nécessite des investigations sur son fonctionnement à long terme et sa modélisation.

Due to more stringent regulations, wastewater processes need to be more compact and effective. The utilization of aerobic granular sludge conjugates compactness and productivity with the control of the operational. Granulation, which need specific conditions, are mostly operated in batch reactors. To improve the capacity of treatment, this study investigates process conditions for an optimal operation for a continuous reactor working with aerobic granular sludge. First of all, granulation technique is optimized in a laboratory batch reactor (SBR) and results reveal that food to microorganism ratio, shear and selection pressure applied influence pellets’ formation and their properties. Then, this optimized method is successfully scaled-up. After that, the utilization of granules in continuous is studied and this mode increases the reactor capacity while the granular structure is maintained. The utilization of an industrial influent shows reserved results. A commercial software was used to simulate experimental results obtained for a fluidized reactor using pellets. The model, proposed by the software, shows inconsistencies in batch mode. The MBBR model seems more appropriate to simulate continuous mode although the whole pellet is not considered. So, the utilization of aerobic granular sludge in a continuous reactor is a promising technology but further research is needed in the long term operation and its modeling.