Dissertationen zum Thema „Station de traitement des eaux résiduaires urbaines“

Dans le contexte de la directive cadre européenne sur l'eau, nous nous sommes intéressés aux métaux dans les rejets urbains pour le risque écotoxicologique qu'ils représentent envers les milieux aquatiques naturels. Ce risque écotoxicologique dépend de la forme chimique des métaux donc de leur spéciation, qui reste encore difficile à déterminer dans des milieux complexes comme les rejets urbains. Le travail proposé vise donc à évaluer la spéciation des métaux dans les eaux résiduaires urbaines (ERU) et son évolution jusqu'au rejet dans les milieux aquatiques, notamment sous l'effet des stations d'épuration (STEP). Dans cette optique, la technique de gradient de diffusion en couche mince (DGT) a été évaluée comme outil pour l'étude de la spéciation des métaux dans les ERU. Cet outil a ensuite été utilisé sur divers échantillons prélevés sur le terrain afin de mesurer la fraction labile des métaux et d'évaluer l'impact des traitements en STEP sur cette dernière. De plus, diverses expériences réalisées en laboratoire ont permit d'évaluer le rôle de la biodégradation de la matière organique sur la spéciation des métaux lors du traitement des ERU par boues activées. Nous avons ainsi, d'une part, validé la technique DGT pour l'étude des ERU et, d'autre part, réalisé une première caractérisation de la fraction labile des métaux ainsi mesurée. Le travail réalisé en laboratoire montre que la biodégradation de la matière organique ne permet que l'élimination des ligands les plus forts, les ligands faibles étant éliminés lors du traitement par boues activées probablement par des phénomènes d'adsorption ou de floculation. Enfin, la mesure sur les échantillons prélevés sur le terrain montre que les STEP ont un effet variable sur la fraction labile qui ne semble pas dépendre du type de traitement utilisé ou du temps de séjours dans l'ouvrage
In the European water framework directive context, we have studied metals in urban wastewaters for their potential threat to natural water bodies. The ecotoxicological effects of metals strongly depend on their speciation, which is still difficult to determine in complex media such as wastewaters. This work aims to assess metal speciation in urban wastewaters and its evolution until wastewater discharge into receiving waters, particularly during the wastewater treatment process. In this way, the diffusive gradient in thin film technique (DGT) has been evaluated as a metal speciation tool for wastewaters. Then, this tool has been used to measured labile metal in various wastewater samples collected in various wastewater treatment plants. In addition, different laboratory experiments have been performed to assess organic matter biodegradtion effect on metal speciation during activated sludge treatment. We have validated the DGT technique for the study of metal speciation in urban wastewaters and a first characterisation of labile metals measured by DGT has been made. The laboratory work showed that organic matter biodegradation removes only stronger ligands, weak ligands being removed during activated sludge process probably through adsorption or flocculation processes. Measurements performed on field samples showed that wastewater treatment plant effect on labile metal was variable and does not seem to depend on the treatment process or residence time within the system

Le travail présenté dans cet ouvrage concerne le développement d'une méthodologie d'optimisation des lois de contrôle/commande des stations d'épuration des eaux usées urbaines. Ce travail est basé sur l'utilisation des modèles des procédés de traitement afin de réaliser la simulation de leur fonctionnement. Ces simulations sont utilisées par un algorithme d'optimisation multi-objectifs, NSGA-II. Cet algorithme d'optimisation permet la recherche des solutions optimales en fonction des différents objectifs considérés (qualité de l'effluent, consommation énergétique, etc. ). Il permet également la visualisation claire des compromis entre diverses lois de contrôle ainsi que la détermination de leurs domaines d'application respectifs. Dans une première partie de cet ouvrage, la méthodologie est développée autour de quatre axes principaux : la conception d'une méthode de simulation fiable et robuste, le choix des jeux de données d'entrée à utiliser en simulation, le choix des objectifs et contraintes à considérer et enfin l'évaluation des performances et de la robustesse à long terme des lois de contrôles. L'application de cette méthodologie sur le cas d'école du BSM1 est réalisée dans cette première partie. Dans une seconde partie, la méthodologie développée est appliquée sur le cas réel de l'usine de dépollution de Cambrai. Cette application a nécessité le développement de nouveaux aspects que sont la génération de données d'entrée dynamiques à partir des données d'auto-surveillance de la station d'épuration et la simulation des lois de contrôles basées sur une mesure du potentiel redox. Cette application a permis de visualiser les compromis entre la loi de contrôle actuellement utilisée sur site et une nouvelle loi envisagée. Il a ainsi été possible d'évaluer le gain de performances à attendre de ce changement
The work presented in this thesis concerns the development of an optimization methodology for control laws of wastewater treatment plants. This work is based on the use of WWTP process models in order to simulate their operation. These simulations are used by a multi-objective genetic algorithm, NSGA-II. This optimization algorithm allows the search of optimal solutions when multiple objectives are considered (e. G. The effluent quality, energy consumption, etc. ). It also enables the visualisation of compromises arising between various control laws as well as their respective best domains of application. In a first part of this work, the optimization methodology in developed around four main axes: the conception of a robust simulation procedure, the choice of input datasets for the simulations, the choice of objectives and constraints to consider and the evaluation of long term performances and robustness of control laws. This methodology is then applied on the literature case study of BSM1. In a second part of the work, the methodology is applied on the real case study of Cambrai wastewater treatment plant. This application includes the development of new aspects like the generation of dynamic input datasets out of daily monitoring measurements of the wastewater treatment plant, as well as the simulation of control laws based on oxydo-reduction potential measurements. This application allowed to analyze the compromises between the control law currently tested on the wastewater treatment plant and a new control law foreseen. The benefits of this modification could hence be clearly observed

Cette thèse s'inscrit dans la phase 5 du programme « OPUR : Observatoire des Polluants Urbains » et a pour objectif d'améliorer la compréhension et l’élimination des micropolluants pharmaceutiques (résidus de médicaments) le long des filières de traitement des eaux résiduaires urbaines. La présence de micropolluants pharmaceutiques dans les eaux résiduaires urbaines est principalement due à la consommation répandue de médicaments dans les zones urbaines, en particulier par le biais de l'excrétion humaine. L’élimination insuffisante de ces micropolluants pharmaceutiques par les stations d'épuration est la principale raison de leur présence dans les milieux aquatiques. Afin de réduire les risques liés à la présence de ces micropolluants pour la faune et la flore aquatiques, l'ajout d'un traitement tertiaire (avancé) aux stations d'épuration conventionnelles est l'une des solutions possibles et permettrait de diminuer la concentration de ces polluants émergents dans le rejet des stations d’épuration. L'importance de cette étude réside dans l'utilisation de l'acide performique, un désinfectant employé pour améliorer la qualité des effluents rejetés par les stations d'épuration dans la Seine en préparation des Jeux olympiques et paralympiques de 2024 qui se tiendront à Paris. Ainsi, cette étude vise à optimiser les conditions d'utilisation de ce désinfectant, que ce soit en utilisation individuelle ou en couplage avec d’autres oxydants sous forme de procédé d’oxydation avancée, en vue de l'élimination des micropolluants pharmaceutiques. Les diverses expérimentations menées, d'abord en utilisant de l'eau ultrapure, ont révélé la réactivité marquée mais sélective de l'acide performique envers les composés organiques contenant du soufre réduit ou les amines tertiaires déprotonées, le mécanisme d’oxydation principal étant le transfert d'un atome d'oxygène. Dans les eaux résiduaires urbaines, l'acide performique est relativement réactif avec les micropolluants pharmaceutiques étudiés et leur élimination dépend fortement des différents constituants présents dans les effluents, certains pouvant activer l'acide performique et engendrer des espèces réactives capables de réduire un nombre plus important de micropolluants pharmaceutiques. Les résultats ont également montré que l’acide performique est efficace pour éliminer les micropolluants organiques polaires souvent moins bien éliminés par les procédés classiques. Le couplage de l'acide performique avec la photolyse UV-C ou l'ozone a significativement amélioré l'élimination des micropolluants pharmaceutiques résistants à l'acide performique
This thesis is part of phase 5 of the "OPUR: Urban Pollutants Observatory" program and aims to enhance the understanding and elimination of pharmaceuticals (pharmaceutical residues) in the context of urban wastewater treatment processes. The presence of pharmaceuticals in urban wastewater is primarily attributed to widespread drug use in urban areas, particularly through human excretion. The insufficient removal of these pharmaceuticals by wastewater treatment plants is the main cause of their presence in aquatic environments.To mitigate the risks associated with these micropollutants for aquatic flora and fauna, the addition of an advanced (tertiary) treatment to conventional wastewater treatment plants is one of the possible solutions. This approach would result in the reduction of the concentration of these emerging micropollutants in wastewater plant effluents.The significance of this study lies in the use of performic acid, a disinfectant employed to improve the quality of effluent discharged in the Seine River by the wastewater treatment plants in preparation for the 2024 Olympic and Paralympic Games to be held in Paris. Thus, this study aims to optimize the conditions for using this disinfectant, either individually or in conjunction with other oxidants in tertiary (advanced) oxidation processes, for the removal of pharmaceuticals.Various experiments, initially conducted using deionized water, revealed the pronounced yet selective reactivity of performic acid towards organic compounds containing reduced sulfur or deprotonated tertiary amines, with the primary oxidation mechanism involving the transfer of an oxygen atom.In urban wastewater, performic acid exhibits relatively high reactivity with the pharmaceuticals under investigation, and their removal is significantly influenced by the diverse constituents present in the effluent. Some of these constituents could activate performic acid, thereby generating reactive species that can effectively reduce a greater number of pharmaceuticals. Furthermore, the results demonstrate the efficacy of performic acid in eliminating polar organic micropollutants, a task often challenging for conventional treatment processes. The combination of performic acid with UV-C photolysis or ozone significantly improved the removal of pharmaceuticals resistant to performic acid alone

L'infiltration-percolation est un procede qui consiste a infiltrer l'eau usee urbaine a travers un massif filtrant sableux en place ou rapporte. L'epuration s'exprime par des phenomenes physiques, chimiques et biologiques suivant la profondeur du filtre. La charge appliquee sur les champs d'epandage (systemes precurseurs des massifs d'infiltration), qui etait voisine de 10 litres/m2, atteint 200 a 300 litres/m2 dans les bassins d'infiltration sur sable. Les essais ont ete realises a grande echelle et durant une longue duree au criter, au create et a la caesb (bresil). Les rendements d'elimination de la pollution carbonee (dco et dbo5) atteint 70 a 95%, on reduit le nitrogene kjeldahl (ntk) et on nitrifie l'ammonium (n-nh4#+n-no3#-). Les bassins d'infiltration ont ete sensibles au phenomene de colmatage du a une surcharge en mes ou a l'accumulation des mes apres plusieurs bachees. C'est le facteur limitant du systeme. L'optimisation consiste a un pretraitement pousse de l'eau brute pour prevenir les risques de colmatage. Le maintien de la capacite de reoxygenation du massif filtrant et le controle du phenomene du colmatage sont les problemes principaux rencontres dans l'exploitation de ce type d'installation

Malgré le fait que les bioréacteurs à membranes (BRM) soient largement appliqués au traitement des eaux usées, l'étude approfondie du vieillissement des matériaux membranaires dans les conditions d'exploitation des BRM à l'échelle industrielle est nécessaire afin de comprendre et anticiper celui-ci. Ainsi, l'objectif de ce travail vise à (i) comprendre l'action chimique de l'hypochlorite de sodium sur les fibres creuses commerciales de polyfluorure de vinylidène (PVDF)/polyvinylpyrrolidone (PVP) utilisées dans les BRM et (ii) décrire le vieillissement dans les BRMs traitant des eaux usées urbaines, sur la base de la caractérisation de membranes prélevées sur site et des indicateurs d'exploitation à l'échelle industrielle. Pour cela, des membranes ZeeWeed® 500D ont été vieillies à l'échelle laboratoire par trempage dans une solution d'hypochlorite de sodium (1000 ppm et pH 9.0) similaires aux conditions de nettoyage à l'échelle industrielle. Par ailleurs, des prélèvements de membranes ont été effectués entre 2016 et 2021 au sein des cellules membranaires de deux stations de traitement des eaux résiduaires urbaines (de capacités respectives de 50 000 et 300 000 m3/j). Les données d'exploitation ont été collectées et analysées en parallèle. Les fibres creuses vieillies à l'échelle laboratoire et à l'échelle industrielle ont été caractérisées à l'aide de méthodes analytiques similaires et comparées en considérant leur dose d'exposition au chlore (C x t). De grandes différences ont été trouvées entre le vieillissement aux deux échelles. À l'échelle laboratoire, les membranes ont présenté des propriétés mécaniques stables. Trois phases distinctes ont été observées pour l'évolution de la perméabilité intrinsèque avec une augmentation jusqu'à une dose de 78 000 ppm.h (+ 90% de la perméabilité initiale) en raison de la dégradation de la PVP et de la formation de pores de petite taille (diamètre < 20 nm), suivi d'une diminution jusqu'à retourner à la perméabilité initiale (pour un 78 000 ppm.h < C x t < 150 000 ppm.h) en raison d'une décroissance de la porosité, probablement due à une restructuration des chaines de PVDF. Pour les C x t > 150 000 ppm.h, la perméabilité reste relativement constante autour de sa valeur initiale. À l'échelle industrielle, une diminution des propriétés mécaniques est observée en lien avec les conditions dynamiques des BRMs (filtration, aération, rétrolavages, etc.). De plus, une augmentation de la perméabilité est également observée (C x t < 98 000 ppm.h) en raison d'une oxydation/délogement plus prononcé des molécules de PVP en comparaison des membranes vieillies au laboratoire (25% vs 40% de la teneur initiale, respectivement), conduisant à une porosité plus élevée et à l'apparition de pores de plus grande taille (diamètre > 40 nm). Ces changements ont favorisé un colmatage irréversible important, en comparaison des échantillons issus des vieillissements à l'échelle laboratoire. A l'échelle industrielle, l'indice de perméabilité (représentant le rapport flux de perméat/pression transmembranaire) mesuré après chaque nettoyage intensif diminue de l'ordre de 20% sur l'ensemble de la période de suivi, pour les deux installations étudiées.[...]
While membrane bioreactors (MBR) have been broadly applied to wastewater treatment, a comprehensive study of the aging of membrane materials under operating conditions of MBR at full-scale is necessary in order to understand and to anticipate it. Thus, the present research aim (i) to analyse the chemical action of sodium hypochlorite to commercial polyvinylidene difluoride (PVDF)/Polyvinylpyrrolidone (PVP) hollow fibers used in MBR, (ii) to describe membrane ageing of such materials in urban wastewater full-scale MBR based on a coupled characterization of harvested membranes and full-scale process indicators. To that end, ZeeWeed® 500D membranes were aged at bench-scale by single soaking in hypochlorite solution at a concentration (1000 ppm) and pH (9.0) similar to MBR cleaning protocols. In addition, membranes were sampled between 2016 and 2021 from modules from two urban wastewater treatment plants (capacities of 50,000 m3/d and 300,000 m3/d, respectively). Simultaneously, process data were collected and analyzed. Both bench-scale and full-scale aged hollow-fibers were characterized using similar analytical methods and compared considering the chlorine exposure dose (C x t). Significant differences were found between ageing mechanisms at both scales. At bench-scale, membranes presented stable mechanical properties. Three distinctive phases were observed for the changes on intrinsic permeability with an initial increasing phase up to a C x t of 78,000 ppm.h (+ 90% with respect to the initial permeability), because of hydrophilic agent degradation and the formation of small pores (diameter < 20 nm). Then, a decreasing phase is observed (from 78,000 ppm.h to 150,000 ppm.h), caused by a decline in porosity, likely due to a restructuration of PVDF chains. After 150,000 ppm.h, intrinsic permeability seemed to fluctuate around its initial values. At full-scale, a decline in mechanical properties is highlighted, probably linked to the dynamic conditions in the MBR (i.e. filtration, aeration and backwashing). Moreover, an increase in permeability is observed during the studied period (< 98,000 ppm.h) because of a more pronounced oxidation/dislodgement of PVP molecules (25% vs 40% from the initial PVP content, for full- and bench-scale respectively) leading to a higher porosity and the appearance of bigger pores (diameter > 40 nm). These changes favored irreversible fouling in contrary to bench-scale ageing. At full-scale, permeability index (the ratio of permeate flux and transmembrane pressure during the process) after each cleaning-in-place protocol decreases to around 20% over the studied period for both facilities. This decline is well correlated to the PVP content and intrinsic permeability, allowing the determination of key indicators to monitor membrane ageing. This study showed that understanding the mechanisms behind the action of NaOCl on supported PVDF membranes may not represent what actually occurs at full-scale operation. A non-negligible contribution of filtration conditions, mechanical stress due to aeration and backwashes, and residual fouling, specific to onsite operating conditions, may significantly change ageing mechanisms. Continuous autopsies of harvested fibers over the years and monitoring consistent full-scale operating indicators are still needed

Afin de preserver les ressources en eau, le developpement de procedes qui permettent le traitement combine du carbone, de l'azote et du phosphore est necessaire. Dans ce but, les procedes biologiques sont largement utilises. La qualite et la quantite de la matiere organique de l'effluent ont une influence sur les performances de ces procedes. En effet, les bacteries denitrifiantes et dephosphatantes ont besoins d'une fraction de la matiere organique dite rapidement biodegradable. L'optimisation des performances demande la caracterisation de cette fraction. Ce travail propose le developpement de trois methodes de caracterisation. La premiere methode utilise un reacteur aere avec une biomasse en suspension. La consommation d'oxygene dissous est suivie et les donnees sont interpretees en utilisant un protocole d'estimation de parametres. Cette methode permet l'evaluation qualitative et quantitative de la matiere organique. Cependant, la precision des resultats depend du choix des parametres cinetiques et stchiometriques utilises. La deuxieme methode evalue la matiere organique a partir de la cinetique de denitrification d'un systeme a biomasse fixee. Une procedure discontinue et une procedure en continu ont ete testees. A ce stade, la methode en continu peut etre utilisee comme base pour le developpement d'un outil industriel en vue d'une utilisation sur le terrain. La troisieme methode evalue la matiere organique a partir de la cinetique de relargage du phosphore, dans un systeme a biomasse fixee. L'effluent est mis en contact avec la biomasse dans un systeme discontinu. Une equation de premier ordre est proposee pour decrire la cinetique de relargage du phosphore. La valeur de la constante de premier ordre est obtenue par estimation de parametres en utilisant les donnees de concentration en phosphate. Cette constante est utilisee comme parametre d'evaluation de la qualite de la matiere organique.

L'OXYDATION EN VOIE HUMIDE A L'OXYGENE PUR EST ETUDIEE POUR REPONDRE AU PROBLEME D'ACTUALITE DU TRAITEMENT DES BOUES RESIDUAIRES URBAINES. L'ETUDE DE CE PROCEDE EST REALISEE EN REACTEUR DISCONTINU DE LABORATOIRE, EN REACTEUR CONTINU DE LABORATOIRE ET LORS D'ESSAIS SUR UN PROTOTYPE INDUSTRIEL DE CAPACITE 500 L/H ET POUR DES TEMPERATURES COMPRISES ENTRE 220°c ET 300°c. IL RESSORT DE L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBSERVES LORS DU TRAITEMENT DE 7 BOUES URBAINES DIFFERENTES QUE PLUS LA TEMPERATURE DE TRAITEMENT EST ELEVEE, PLUS LA MINERALISATION DES SOUS-PRODUITS EST IMPORTANTE ET LEUR TRAITEMENT AVANT EVACUATION AISEE. DE PLUS, AU DESSUS DE 260°c, LA DESTRUCTION DES COMPOSES GRAS SUPPRIME LES PHENOMENES DE MOUSSAGE. A 300\C, LE TEMPS DE TRAITEMENT PEUT ETRE REDUIT A ENVIRON 30 MIN. ENSUITE, DES PROCEDES DE CONVERSION DE L'AZOTE AMMONIACAL RESIDUEL EN AZOTE MOLECULAIRE SONT ETUDIES AFIN DE PERMETTRE LE SEUL RECYCLAGE DES COMPOSES ORGANIQUES BIODEGRADABLES ISSUS DE L'OXYDATION ET PERMETTRE L'INTEGRATION DE CE PROCEDE DANS LES STATIONS D'EPURATION EXISTANTES TOUT EN GARANTISSANT LA FIABILITE DE LEUR FONCTIONNEMENT. DANS LE CAS DU DEGAZAGE DE L'AMMONIAQUE COUPLE A UNE OXYDATION CATALYTIQUE, LE DEGAZAGE DE L'AMMONIAQUE DOIT S'EFFECTUER A UNE TEMPERATURE INFERIEURE A 100°c ET AVEC AJOUT DE SOUDE AFIN DE STRIPPER SELECTIVEMENT L'AMMONIAQUE. LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE PAR NITRIFICATION ET DENITRIFICATION EN BASSIN SPECIFIQUE REPOND EGALEMENT AUX EXIGENCES DE TRAITEMENT ET D'INTEGRATION DE CE PROCEDE MAIS NECESSITE L'AJOUT D'UN COMPLEMENT DE SUBSTRAT ORGANIQUE BIODEGRADABLE AFIN QUE L'ELIMINATION DES NITRATES PRODUITS SOIT TOTALE. CE TRAVAIL A PERMIS DE LEVER UN NOMBRE SIGNIFICATIF D'OBSTACLES SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES ET S'INSCRIT DANS LE CADRE DU DEVELOPPEMENT DU PROCEDE MINERALIS

Le contexte réglementaire européen et français actuel impose des contraintes importantes sur la politique d’assainissement des petites collectivités. Les zones humides artificielles dédiées au traitement des eaux usées urbaines, et notamment les massifs filtrants verticaux, sont un outil efficace pour mener à bien cette politique. Ainsi, l’intérêt de la recherche sur ces techniques prometteuses s’est accentué ces dernières années. La modélisation mécaniste est une discipline en plein essor dans ce domaine. Le présent travail détaille le développement d’un modèle de transport réactif diphasique adapté aux massifs filtrants verticaux. L’oxygène est un facteur déterminant pour le fonctionnement de ces systèmes. Une étude permettant d’évaluer l’influence de leur conception et de leur exploitation sur les transferts d’oxygène est proposée. Les capacités de ré-oxygénation des filtres verticaux non colonisés sont évaluées à l’aide du modèle numérique. Dans la continuité de ces premiers résultats, l’interdépendance entre renouvellement d’oxygène et consommation bactérienne est abordée. Pour cela, un modèle de biodégradation aérobie adapté aux massifs filtrants verticaux est couplé au modèle de transport. Parallèlement à une meilleure compréhension des transferts d’oxygène, les résultats ouvrent la discussion sur les limites du modèle biologique adopté. De manière complémentaire à la modélisation, un dispositif expérimental visant à étudier le transport réactif des filtres verticaux non colonisés a été mis en place. Il ouvre la voie au calage du modèle numérique qui a été développé
Oxygen renewal, as a prominent phenomenon for aerobic bacterial activity, deeply impacts Vertical Flow Constructed Wetland (VFCW) treatment efficiency. We introduce a multiphase model able to simulate multi-component transfer in VFCWs. It is based on a two-phase flow module, and a transport module. The flow module can quantify both water and air velocities throughout the filter during operation. The reactive transport module follows dissolved and gaseous oxygen concentrations, and the transport of solutes such as ammonium and readily biodegradable COD (Chemical Oxygen Demand). The consumption of components is governed by Monod-type kinetics. Heterotrophic and autotrophic bacteria, which are responsible for COD and ammonium degradation respectively, are part of the model components. The kinetics are based on the Constructed Wetlands Model 1. The results from the simulation tool were compared with existing experimental data, and two kinds of operation with VFCWs were investigated. The authors show strong interplay between oxygen renewal and bacterial consumption in case of sequential batch feeding with transient flooding of surface. Oxygen renewal is essentially convection mediated in such operation, while convection is not significant in non-flooding operation. Simulated bacterial patterns are impacted by the operation, both quantitatively and spatially. From a modelling point of view, the authors highlight some limitations of the biological model : the description of bacterial lysis processes needs to be enhanced, as well as ammonium adsorption to organic matter

L'élimination des boues produites lors de l'épuration biologique des eaux usées fait partie des enjeux majeurs de la prochaine décennie. Les contraintes qui pèsent sur les filières classiques orientent les recherches vers des procédés de réduction de la production de boue au sein de la filière de traitement de l'eau. Ainsi, l'association entre une étape d'oxydation chimique par l'ozone et un traitement biologique par boues activées peut conduire à une réduction significative de la quantité de boue produite. Basée sur une double approche, expérimentale et de modélisation, l'analyse des mécanismes de la production de boue montre l'influence capitale des processus d'accumulation des matières organiques inertes particulaires provenant de l'effluent à traiter et issues du processus de décès. Si l'étape d'ozonation permet de rendre biodégradables ces fractions inertes, les simulations montrent qu'il est possible d'atteintre une réduction totale de la production de boue. Les essais discontinus d'ozonation de boue mettent en évidence une acion solubilisante de l'ozone sur la matière particulaire, une augmentation de la biodégradabilité et une inactivation significative des microorganismes. Les résultats obtenus permettent de construire un modèle d'action de l'ozone sur la boue qui, couplé au modèle du procédé biologique, permet de confirmer par la simulation l'intérêt du procédé combiné. Le couplage entre l'étape d'ozonation et le procédé biologique permet de supprimer la production de boue organique excédentaire et conduit à une réduction de la production de boue minérale. L'optimisation du mode d'apport de l'ozone apparaît déterminante pour garantir l'efficacité de l'étape d'ozonation. Ce travail met en évidence l'apparition d'un talon de DCO réfractaire dans l'effluent, l'amélioration des caractéristiques de décantation et le maintien des activités nitrifiantes. Il montre l'applicabilité de ce procédé et précises les conditions dans lesquelles il peut être mis en œuvre
Elimination of excess sludge produced by biological wastewater treatment is an important issue of the next decade. Due to the constraints inherent to the current practices for sludge disposal, research efforts are focused on processes that reduce sludge production simultaneously to treating wastewater. The association of a chemical oxidation step (with ozone) with an activated sludge process can lead to a significant reduction of sludge production. Experimental and simulation approaches, were employed to analyse the main mechanisms of sludge production. Results showed the major influence of the accumulation of particular inert organic compounds coming from the influent and from the decay of biomass. Il ozonation treatment improves the biodegradability of those compounds, simulations confirms that total reduction of excess sludge production could be reached. Batch experiments of sludge ozonation show the solubilising effect if ozone and also demonstrate the biodegradability improvements of the solubilised matter and significant inactivation of biomass. The obtained results allow generation of a simulation model on the effect of ozone on sludge. Using this model combined with the existing biological model confirms the potential of the combined process. Continuous experiments at pilot scale confirm that the association of ozonation treatment with an activated sludge process allows total reduction of excess organic sludge production and also leads to the reduction of mineral sludge production. The optimization of the way of applying ozone (dosage, treatment frequency) appears to be a key point to guarantee the efficiency of the ozonation treatment. The obtained data show that ozone treatment lead to the production of non settleable refractory COD in the effluent. Significant improvements in sludge settling characteristics and conservation of nitrifying activity are also observed. The results of this work confirm the applicability of the combined process

Les normes plus restrictives de rejets après traitement des eaux résiduaires urbaines, ainsi que l'obligation faite aux petites localités d'être équipées (d'ici 2005) de leur propre station d'épuration, entraînent le développement de nouveaux systèmes de dépollution. Le couplage de techniques membranaires au procédé de traitement biologique par boues activées apporte une solution à ces contraintes. L'étape de la clarification par décantation y est supprimée, et la possibilité d'opérer avec des boues âgées et fortement concentrées permet de réduire le volume des ouvrages. Le procédé de traitement avec les membranes directement immergées dans la boue activée représente la 2ème génération de ces systèmes de couplage, il succède au procédé dit à boucle externe et il apporte une simplification de mise en oeuvre et une réduction des coûts énergétiques. L'étude présente les conditions de fonctionnement du procédé de boues activées à membranes immergées (BAMI) tant sous l'aspect de l'épuration biologique que sous l'aspect des performances hydrauliques. Elle permet de définir des conditions opératoires permettant d'obtenir une élimination très poussée de la DCO et de l'azote, ainsi que des flux de perméat stables. La qualité bactériologique de l'eau traitée est satisfaisante. Le dispositif est insensible au phénomène de foisonnement, élimine les risques de perte des boues vers le milieu récepteur et par rapport à un traitement conventionnel, la production de boues en excès est réduite.

La dynamique des œstrogènes et de l'activité œstrogénique a été étudiée au niveau d'une station d'épuration en combinant des évaluations chimiques et biologiques. Le devenir des œstrogènes et de leur toxicité au cours de la méthanisation ou du compostage des boues a également pu être abordé grâce à la validation d'une méthode analytique. Enfin, les bactéries impliquées dans le mécanisme de biodégradation des œstrogènes ont été caractérisées via la combinaison de méthodes de microbiologie classique et moléculaire. Les œstrogènes et leur toxicité sont efficacement éliminés par biodégradation au cours du traitement des eaux usées urbaines. Bien que faible, les œstrogènes adsorbés sur les boues et leur toxicité associée persistent au cours de la méthanisation et du compostage. Les communautés dégradant les œstrogènes sont constituées de bactéries non cultivées ou déjà reconnues pour dégrader des œstrogènes et micropolluants. Brevundimonas diminuta est impliqué dans la dégradation de E2
The fate of estrogens and estrogenic activity through a sewage treatment plant were studied combining chemical and biological assessments. The behaviour of estrogens and endocrine-disrupting activities was also investigated during sludge anaerobic digestion or composting after validation of a specific analytical method. Finally, the bacteria involved in the degradation of estrogens were characterised using both classical and molecular microbiological methods. The estrogens and estrogenic activity are efficiently removed by biodegradation during urban sewage treatment. Despite slightly sorption of estrogens on sludge, persistence of these compounds and endocrine-disrupting activities was observed through anaerobic digestion and composting process. The estrogens-degrading consortia consist of until now uncultured species or bacteria already known to degrade estrogens or others organic pollutants. Brevundimonas diminuta was involved in the degradation of estradiol

Dans une problématique de réduction des volumes de déchet, l’électro-compression (ou électro-déshydratation) apparaît être une technique efficace pour éliminer une grande partie de l’eau des boues résiduaires urbaines. Cette thèse de doctorat présente différentes contributions à l’étude de ce procédé appliqué à ce type de boues. Un lien entre les données cinétiques et énergétiques est établi par une étude expérimentale à l’échelle du laboratoire. D’autre part, un nouveau modèle relativement simple est proposé pour l’étude et la simulation de l’électro-compression et permet de mettre en avant les phénomènes prépondérants. Enfin, un protocole d’analyse ionique des filtrats et des tranches de gâteaux de boue a permis une étude de la migration des espèces chimiques au cours de l’électro-déshydratation
In the purpose to reduce waste amount, the electro-dewatering process is a promising technique to efficiently withdraw a large part of the water included in wastewater sludge. This PhD thesis contributes in various ways to the study of this technique. Lab-scale experiments showed correlations between dewatering kinetics and energy consumption of the process. Moreover, a new model, relatively simple, is proposed to study and simulate the process. This model highlights the main phenomena involved in the electro-dewatering. Finally, a study of the migration of chemical species during the dewatering process is carried out thanks to an analytical protocol measuring ions in filtrates and sludge slices.1

Cette étude s'attache à décrire et analyser les interactions liant les spécificités du milieu biologique d’un bioréacteur à membranes immergées (BAMI) et les phénomènes de colmatage. Le BAMI a été comparé avec un procédé à boues activées, tous deux alimentés avec la même eau résiduaire urbaine. Les performances d'épuration des deux procédés sont comparées dans les mêmes conditions opératoires et à différents âges de boues (10 à 110 jours). L'influence de la séparation membranaire et de l'âge des boues sur les caractéristiques des surnageants (polymères solubles, DCO) et des flocs (diamètre, dimension fractale, exopolymères liés, indice de boue, turbidité) a été soulignée. Les productions de boues des deux systèmes ont également été calculées et confrontées à celles prédites par différents modèles. Par ailleurs, les principaux mécanismes impliqués dans le colmatage à court terme et long terme ont été étudiés. Enfin, le rôle spécifique des protéines et polysaccharides du surnageant des boues dans la structuration du dépôt de filtration a été mis en évidence
This study describes and analyses the interactions which exist between the biological medium specificities coming from a submerged Membrane Bioreactor (MBR) and fouling. The MBR was compared with an activated sludge process, both fed with the same urban wastewater. The purification efficiencies of both processes were compared for the same operating conditions and at different sludge ages. The influence of membrane and sludge age on supernatant (soluble polymer, COD) and floc characteristics (diameter, fractal dimension, bound exopolymer, sludge volume index, turbidity) was analysed. Sludge production for both systems were calculated and confronted with models. Moreover, we mentioned the main mechanisms implied in long and short term fouling. Finally, the specific role of soluble/colloidal proteins and polysaccharides on deposit structuring was underlined

Les procédés à biomasse fixée sont utilisés pour la dégradation simultanée des pollutions carbonées et azotées. Cette biodégradation est basée sur le fonctionnement d’un consortium bactérien complexe, composé de bactéries autotrophes et hétérotrophes, associées sous forme de biofilm. La coexistence de ces deux populations résulte d’un phénomène de compétition pour leurs substrats communs (oxygène et azote) et pour l’espace. Elle est à l’origine de nombreux disfonctionnements des réacteurs, et les mécanismes qui la gouvernent ne sont aujourd’hui pas clairement identifiés. A cet effet, trois aspects ont été abordés dans ce travail : (i) le développement d’un modèle de croissance, (ii) la caractérisation du détachement et son influence sur la compétition, (iii) et l’analyse de l’impact des conditions de croissance sur la compétition. Les principaux résultats sont les suivants : un modèle 1-D qualitatif, dont la structure permet de prédire les dynamiques de populations et les performances épuratoires du système biofilm, a été développé. Ce modèle est multi-espèces et multi-substrats. Un détachement surfacique continu est initialement considéré. Une étude expérimentale du détachement a été réalisée. Différents biofilms ont été développés sous des conditions environnementales variées et contrastées, au sein de réacteurs de Couette-Taylor. L’érosion a été redéfinie comme le couplage entre un détachement surfacique continu de petites particules et des évènements volumiques dynamiques détachant de larges particules. A l’aide du modèle, différents modes de détachement, en termes de fractions d’épaisseurs détachées et de fréquences d’évènements, ont été testés. Le mode de détachement fixe la croissance hétérotrophique à la surface du biofilm, et par conséquent la disponibilité de l’oxygène dans les couches internes du biofilm. Si l’oxygène est limitant, la croissance des bactéries autotrophes est limitée voire impossible. Le mode de détachement, associé au degré de limitation en oxygène, gouverne donc directement les capacités de coexistence entre les différentes populations fonctionnelles. Différentes observations expérimentales, réalisées sous des conditions de limitation en oxygène, démontrent cependant que l’avantage accordé par le modèle à la croissance hétérotrophique est surestimé. L’hypothèse d’une dénitrification au sein de clusters anoxiques denses, présents dans la zone aérobie du biofilm, a été émise. Des phénomènes de « détachement spécifique des bactéries hétérotrophes » et de « convection particulaire » ont été évalués à l’aide du modèle. Ces deux processus, en limitant l’activité exogène hétérotrophique à la surface du biofilm, ont un impact favorable sur la croissance autotrophique. Une stratification stricte des fonctionnalités est régulièrement prédite par les modèles 1-D qui considèrent une représentation simplifiée des phénomènes biologiques et physiques. Cette étude soulève finalement l’interrogation suivante : Cette stratification stricte ne fausse-t-elle pas la prédiction du résultat de la compétition entre bactéries autotrophes et hétérotrophes sous certaines conditions ?
Biofim reactors are used in wastewater treatment for simultaneous COD and nitrogen removal. This biological process is based on a complex bacterial consortium, composed of both autotrophic and heterotrophic bacteria, associated in “biofilm”. The coexistence of these populations results of a microbial competition for both the substrates and the space. This microbial competition potentially leads to process failures as decreases of the removal rates, and thus its mechanisms must be understood. In this way, the objectives of this work were: (i) to develop a model of biofilm growth, (ii) to characterize the detachment mode and its impact on the competition, (iii) and to analyze the impact of the environmental growth conditions on the competition. The main results of this work are the following : a 1-D biofilm model, since the structure allows predicting population dynamics and the biofilm reactor performances, was developed. This is a multi-species and multi-substrates model, which assumes a continuous surface detachment. An experimental study of the detachment mode was performed. Different biofilms were grown under different various and contrasted growth conditions in Couette-Taylor Reactors. Erosion process was defined as a continuous surface detachment of small particles coupled with dynamic volume events detaching large particles. Using the model, different detachment modes in terms of fraction of biofilm thickness detached and in terms of frequency were tested. The dynamic volume events determine the heterotrophic growth at the biofilm surface, and thus the availability of oxygen inside the biofilm. If oxygen is limiting in the inner zone of the biofilm, the autotrophic growth is limited or impossible. By impacting the oxygen availability, the dynamic volume events consequently govern the result of the autotrophic-heterotrophic competition. Under oxygen-limiting conditions, the comparison between numerical and experimental results shows that a simple 1-D model overpredicts the advantage of the heterotrophic growth. The impact of more complex processes on autotrophic-heterotrophic coexistence was thus evaluated. Specific heterotrophic detachment and particulate convection were shown to favour the autotrophic growth and thus the autotrophic-heterotrophic coexistence. Finally, 1-D models considering simple biological and physical processes leads to a strict stratification of the functionalities. The following question is highlighted by this work: Is the strict stratification of the microbial functionalities predicted by simple 1-D model can potentially change the result of the autotrophic-heterotrophic competition ?

Bien que le principe de la décantation soit connu depuis fort longtemps, il devient très complexe dans le cas de la décantation primaire des eaux usées du fait de la variabilité des débits et flux polluants de l'alimentation, de la nature organique et minérale des particules ainsi que de leur grande étendue granulométrique. Le présent travail tente de prendre en compte ces différents facteurs à l'aide de mesures effectuées directement sur un site réel. Une modélisation complète de l'hydrodynamique du décanteur primaire est élaborée à partir de la mesure de la distribution des temps de séjour du liquide en son sein. Ce modèle présente de bonnes possibilités prédictives des performances de l'ouvrage. Un simulateur fonctionnel du décanteur primaire est ensuite mis au point: de conception très simple, il permet effectivement, à l'échelle du laboratoire et après ajustement de quelques paramètres, de simuler le fonctionnement du décanteur primaire de la station

Le travail présenté dans cet ouvrage concerne le développement d'une méthodologie d'optimisation des lois de contrôle/commande des stations d'épuration des eaux usées urbaines. Ce travail est basé sur l'utilisation des modèles des procédés de traitement afin de réaliser la simulation de leur fonctionnement. Ces simulations sont utilisées par un algorithme d'optimisation multi-objectifs, NSGA-II. Cet algorithme d'optimisation permet la recherche des solutions optimales en fonction des différents objectifs considérés (qualité de l'effluent, consommation énergétique, etc.). Il permet également la visualisation claire des compromis entre diverses lois de contrôle ainsi que la détermination de leurs domaines d'application respectifs. Dans une première partie de cet ouvrage, la méthodologie est développée autour de quatre axes principaux : la conception d'une méthode de simulation fiable et robuste, le choix des jeux de données d'entrée à utiliser en simulation, le choix des objectifs et contraintes à considérer et enfin l'évaluation des performances et de la robustesse à long terme des lois de contrôles. L'application de cette méthodologie sur le cas d'école du BSM1 est réalisée dans cette première partie. Dans une seconde partie, la méthodologie développée est appliquée sur le cas réel de l'usine de dépollution de Cambrai. Cette application a nécessité le développement de nouveaux aspects que sont la génération de données d'entrée dynamiques à partir des données d'auto-surveillance de la station d'épuration et la simulation des lois de contrôles basées sur une mesure du potentiel redox. Cette application a permis de visualiser les compromis entre la loi de contrôle actuellement utilisée sur site et une nouvelle loi envisagée. Il a ainsi été possible d'évaluer le gain de performances à attendre de ce changement.

Ce travail a permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur la micropollution issue de l'activité domestique. Un état des lieux a été réalisé sur la présence de certains micropolluants dans les eaux usées (dans les phases liquide et solide) de deux zones urbaines, résidentielle et mixte (habitats, hôpital, administrations), et dans deux stations d'épuration (STEP) biologiques. Les micropolluants étudiés ont été choisis selon leurs usages et en fonction de leurs propriétés physico-chimiques afin de mieux appréhender leur répartition entre les phases liquides et solides. Dans un premier temps, les méthodes d'extraction et d'analyse des micropolluants dans les matrices liquides (eau usée et eau traitée) et solides (matières en suspension et boue) ont été développées et validées. Les prélèvements d'eaux usées dans les égouts des deux zones urbaines ont mis en évidence différents usages de certains composés en fonction de la zone urbaine et de la saison (été ou hiver). Les mesures des concentrations en micropolluants en entrée et en sortie de STEP dans les eaux et les boues ont permis d'évaluer leurs rendements d'élimination et ont révélé une différence d'efficacité entre les deux STEP biologiques. Une étude statistique a montré qu'il existe des corrélations entre les concentrations en micropolluants et en macropolluants (DCO, ammonium, et turbidité) en entrée et en sortie de chacune des STEP étudiées. L'effet des micropolluants sur l'activité bactérienne a été examiné en conditions de laboratoire par des tests de toxicité sur Escherichia coli et par des expériences sur la biomasse de STEP en réacteur batch
This work allowed to acquire new knowledge on micropollution issued from household activities. The occurrence of some micropollutants in urban wastewater (liquid and solid phases) of two urban areas, residential and mixed (houses, hospital, administrations), and in two biological wastewater treatment plants (WWTPs) was assessed. The studied micropollutants were chosen according to use and as function of their physical and chemical properties in order to consider their partitioning between liquid and solid phases. Firstly, the methods for the extraction and the analysis of micropollutants in liquid and solid matrices (wastewater and treated water, suspended matter and sludge) were developed and validated. Wastewater sampling in the sewers of the two urban catchments showed some differences of the use of certain compounds according to the catchment and to the season (summer or winter). Measurements of micropollutant concentrations at the inlet and outlet of the plants, on water and sludge, allowed to assess their removal yields and revealed a difference of efficiency of the two biological WWTPs. A statistical treatment showed that there are some correlations between concentrations of micro and macropollutants (COD, ammonium and turbidity) at the inlet and at the outlet of each studied WWTPs. The effect of the target micropollutants on bacterial activity was evaluated under laboratory conditions, by toxicity tests on Escherichia coli, and by experiments on biological sludge in batch reactors

Le premier chapitre de ce manuscrit est dédié aux traitements primaires et biologiques conventionnels. Les abattements de nombreux polluants prioritaires et émergents ont été déterminés pour la décantation, la décantation physico-chimique lamellaire, les boues activées faible charge et la biofiltration. Les composés hydrophobes et les métaux, les composés organiques volatils et les molécules biodégradables sont plutôt bien éliminés par ces filières. La normalisation des abattements à celui de l'azote a permis de démontrer que la filière décantation physico-chimique lamellaire + biofiltration a une efficacité comparable à la filière décantation + boues activées, bien que plus compacte et opérant avec un temps de séjour hydraulique plus faible. En complément, l'analyse dans trois effluents de STEP du SIAAP de 55 résidus pharmaceutiques et hormones (PPHs), et de 6 autres polluants émergents, a permis de caractériser finement la contamination de ces rejets par ces composés, et de montrer la forte fréquence de détection à des concentrations supérieures à 100 ng/L de 14 composés. Dans le second chapitre, les campagnes menées ont permis de fournir des données sur cinq types de boues, dont les boues brutes, centrifugées, digérées, séchées et les cakes de boues, et sur quatre procédés de traitement des boues communément utilisés en France (centrifugation, digestion anaérobie, séchage thermique et cuisson + filtration presse). De nombreux composés ont été détectés dans ces boues et ce à des niveaux de concentrations variant du µg/kg MS (matière sèche) au g/kg MS. Certains polluants, comme les LAS, métaux ou PCBs, ne sont pas du tout éliminés au cours des traitements des boues, entrainant une augmentation de leur teneur, alors que d'autres, tels que les alkylphénols ou les PPHs, sont abattus partiellement par digestion et séchage thermique. La digestion anaérobie est le procédé qui permet la meilleure élimination de ces composés. La présence de plusieurs composés dans les centrats et condensats indique qu'un transfert a lieu et que la biodégradation et la volatilisation ne sont pas les seuls mécanismes d'élimination. Le dernier chapitre décrit les performances d'un pilote de traitement tertiaire, fonctionnant avec du charbon actif en poudre (CAP) ou en micro-grain (CAµG), à l'échelle industrielle, au cours de 32 campagnes de mesure. Les résultats ont montré que la plupart des PPHs, alkylphénols, édulcorants, pesticides et parabènes pouvaient être abattus efficacement (> 80%) par du charbon actif en lit fluidisé, à des doses limitées de charbon (10-20 g/m3). La dose de charbon influence fortement les performances, que ce soit avec du CAP ou du CAµG. Le CAµG permet d'obtenir des abattements en PPHs comparables au CAP à une même dose (10 ou 20 gCAµG/m3), même si certains composés sont légèrement mieux abattus (5-15%) avec le CAP, probablement par l'action du FeCl3. Cependant, le CAµG a plusieurs avantages opérationnels par rapport au CAP. En particulier, le CAµG est réactivable, facile à utiliser, il fonctionne à des temps de séjour élevés favorisant le développement d'une activité biologique et sans ajout de coagulant/flocculant pour maintenir le lit de charbon. Par ailleurs, ce type de procédé permet l'affinage du traitement des paramètres globaux de qualité des eaux, notamment le CAµG qui retient les MES et élimine totalement les nitrites. La corrélation entre performances du procédé et abattement de l'absorbance UV à 254 nm a été établie, indiquant que ce paramètre pourrait être utilisé comme indicateur de performance. La mise en place d'expériences complémentaires en laboratoire a permis de mieux appréhender le processus de sorption sur le CAP. Le lien étroit entre surface spécifique, densité apparente du CAP et abattement des PPHs a été démontré, ainsi que l'importance de la dose de CAP et du temps de contact. L'impact positif du FeCl3, et l'influence négative de la quantité et de la qualité de la matière organique ont été observés
The first chapter is dedicated to the conventional primary and biological treatments. Hence, removals of a wide range of priority and emerging micropollutants were assessed for primary settling, physico-chemical lamellar settling, low load activated sludge process and biofiltration. Hydrophobic compounds and metals, as well as volatile organic compounds and biodegradable pollutants are rather well eliminated by these treatments. Moreover, considering removals normalized with nitrogen removals, the physico-chemical lamellar settling + biofiltration wastewater treatment plant (WWTP) is as efficient as the primary settling + low load activated sludge WWTP, despite its lower hydraulic retention time and its higher compactness. As a complement, the analysis in 3 WWTP effluents from SIAAP of 55 pharmaceuticals and hormones (PPHs) and 6 other emerging pollutants allowed characterizing the contamination of these discharges, and highlighting the high occurrence of 14 compounds at concentrations above 100 ng/L. In the second chapter, the contamination by micropollutants of different types of Parisian sewage sludges was assessed, as well as their fate during sludge treatments. Various compounds, such as alkylphenols, linear alkylbenzene sulfonates (LAS), metals, organotins, phthalates, polybromodiphenylethers (PBDEs), perfluorinated acids (PFAs), polychlorobiphenyls (PCBs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and PPHs, were quantified in raw, centrifuged, digested, thermally dried sludges and sludge cakes (cooking + press-filtering). Some of them (LAS, metals, PCBs) are not eliminated or less than dry matter by sludge treatments resulting in a content increase, while others (alkylphenols, organotins, PBDEs, PPHs, PFAs) are more removed than dry matter by anaerobic digestion and thermal drying. Overall, anaerobic digestion is the most efficient sludge process. Finally, the detection of several pollutants in the centrifuged and condensed waters from centrifugation and thermal drying indicates that a transfer is occurring and that biodegradation and volatilization are not the only mechanism to be involved in micropollutant removal from sludge. The last chapter aimed at investigating the performance of a large scale pilot operating with powdered (PAC) or micro-grain activated carbon (µGAC), during 32 campaigns. Results showed that most of PPHs, alkylphenols, artificial sweeteners, parabens and pesticides are efficiently removed (> 80%) by activated carbon in fluidized bed at moderate doses (10-20 g/m3). Furthermore, the activated carbon dose has a great influence on performances, whether with PAC or µGAC. Then, µGAC has several operational advantages (reactivability, ease of operation, high solid retention time, no need for coagulant/flocculant addition to handle the fluidized bed) over the PAC together with similar performances at a similar fresh µGAC dose (20 gµGAC/m3 ≈ 20 gPAC/m3). In addition this type of process allows an improvement of the conventional wastewater quality parameters, especially µGAC which retains total suspended solids and eliminates totally nitrites. Finally, a correlation between micropollutant and UV-254 removals has been confirmed, suggesting that this parameter could be used as a performances indicator. The complementary laboratory scale experiments performed within this chapter allowed understanding better the PAC adsorption mechanism in wastewater. The correlation between the specific surface, the bulk density of the PAC and PPHs removal has been displayed, as well as the importance of the fresh PAC dose and the contact time. Moreover, the positive effect of FeCl3 and negative influence of the quantity and quality of organic matter on micropollutant adsorption have been observed

Les travaux décrits dans le présent rapport concernent l’étude d’un ouvrage de traitement en ligne des eaux pluviales issues d’un bassin versant fortement urbanisé. L’ouvrage Charles Keller, d’une capacité de 7000 m3, est conçu pour traiter les eaux pluviales issues du bassin versant de Boudonville, situé dans la Communauté Urbaine du Grand Nancy. L’ouvrage est installé à l’exutoire de bassin versant en aval d’autres ouvrages de stockage temporaires. Les eaux traitées par l’ouvrage Charles Keller sont ensuite renvoyées vers la Meurthe et les boues produites sont traitées au niveau de la station d’épuration du Grand Nancy à Maxéville. La stratégie adoptée dans ce travail a permis de d’aborder l’ouvrage sous plusieurs angles : 1) d’abord l’étude de l’ouvrage seul en se focalisant sur l’ensemble de ses composantes unitaires (dessableurs, chambre d’injection des réactifs, réacteurs et décanteurs) ; 2) la partie physico-chimique (non opérationnelle jusqu’à présent) a fait l’objet de plusieurs compagnes d’analyse à travers les essais en Jar test effectués au laboratoire sur des eaux issues du bassin versant de Boudonville dont les caractéristiques couvrent toute la gamme que l’ouvrage Charles Keller peut traiter ; 3) ensuite l’ouvrage a été resitué dans l’ensemble du système de gestion des eaux pluviales (bassin versant - ouvrage Charles Keller - station d’épuration) et son fonctionnement simulé. Plusieurs configurations ont été testées pour reproduire les conditions réelles de fonctionnement de l’ouvrage. Les résultats obtenus ont montré d’abord la complexité de faire fonctionner dans la pratique un tel ouvrage, notamment avec sa partie coagulation/floculation mais a fait également ressortir des défauts de conception
An online urban storm-water treatment system has been studied in this work. This system is able to treat the runoff from a highly impervious watershed (Boudonville) in Greater Nancy (North-East of France). It has a capacity of 7000 cubic meters. Some storage tanks are existing in the watershed. The treated water is discharged into the Meurthe River, while the sludge is treated in the Greater Nancy wastewater treatment plant in Maxéville.The strategy adopted in this work allowed for the consideration of the treat ment system from several angles:• first of all, the system is analyzed through its elementary components (sand removal unit, reagents injection and reactors for flocculation-coagulation and clarifiers): this has been done by observing the variations in water quality at the different treatment levels with online instrumentation. This has been completed with an offline characterization.• the flocculation-coagulation section, which was not yet operational during our work, was studied in the laboratory by jar tests. The water to be treated was sampled from the Boudonville watershed to be close to the conditions that should be observed in the Charles Keller treatment system.• finally the stormwater treatment was simulated as part of a full storm-water management system (watershed-Charles Keller treatment system-wastewater treatment plant).• The results that were obtained showed in the one hand the complexity of using such a treatment system in real-life conditions, especially with a coagulation / flocculation part to it, which has some conceptual issues

L’optimisation du traitement des eaux urbaines nécessite la mise en place de procédés fiables et un contrôle rigoureux du fonctionnement. Dans ce cadre, le procédé discontinu séquentiel SBR (sequencing Batch reactor) consistant en la succession de phases de réaction, de décantation et de purge au cours du temps est étudié. A cette fin, une méthodologie de développement fondée sur l’exploitation de résultats de simulations mathématiques, d’expérimentations en laboratoire, d’extrapolation à pleine échelle, et de protocoles de contrôle simples mais robustes est présentée. Le simulateur de procédé de traitement de l’eau ( « Benchmark ») associe un modèle de traitement des eaux (ASM n°1 de HENZE et coll. , 1986) et un modèle de décantation (TACKACS et coll. , 1991). L’association de ces deux modèles permet de simuler le fonctionnement d’un système d’épuration à boues activées. Une étude bibliographique exhaustive a permis de dégager des scénarios de fonctionnement d’un SBR susceptibles d’aboutir au traitement du carbone, de l’azote, du phosphore et des MES contenus dans une eau usée urbaine. Les différents cycles sont testés afin de dégager deux procédures : un cycles long et un cycle court. L’utilisation du Benchmark, suite à une mise en place critique de procédures d’identification des variables d’entrée des modèles, est étendue à l’élaboration de différentes stratégies d’amélioration de l’élimination de l’azote. Cette étude, couplée à une étude expérimentale de la déphosphatation, a abouti à la définition d’un cycle de 24 heures, améliorant les cinétiques de dénitrification et mettant en exergue les problèmes liés à la variation temporelle de la charge d’entrée. Afin d’y remédier, une méthode de contrôle et de fiabilisation du fonctionnement, fondée sur l’utilisation conjointe de trois capteurs : pH, potentiel rédox, oxygène dissous, est présentée et mise en oeuvre à l’échelle semi-industrielle
Wastewater treatment optimization requires the installation of reliable processes and a control of operating conditions. In this context, discontinuous processes like SBR, working on the principle of alternating reaction, settling and purge phases is investigated. A development process methodology based on the use of mathematical simulations, lab scale experiments, full scale extrapolation and simple but robust control strategies is reported. The Benchmark of wastewater treatment associates a wastewater treatment model (ASM n°1 ofHENZE et al. , 1986) and a settling conditions model (TACKACS et al. , 1991). Combining both models allows for the simulation of an activated sludge process operation. An exhaustive bibliographic study could highlight different scenarios of SBR operations able to achieve carbon, nitrogen, phosphorus and total suspended solids removal. Different time delays were investigated in order to identify two particular operating conditions : short cycles and long cycles. The use of the Benchmark associated with a critical identification of incoming variables of the model, was extended to the development of strategies for nitrogen removal improvement. This study, combined with an experimental study of phosphorus removal allowed to define a 24 hours cycle, improving denitrification rates but also highlighting problems related to temporal variations of incoming load. In order to solve this problem, a special procedure , based on the use of three sensors : pH, ORP, dissolved oxygen, was investigated and full scale commissioned, in order to control with accuracy operating conditions

Au Burkina Faso, l'un des soucis majeurs demeure la gestion des eaux usées et excréta. Dans l'optique de trouver une alternative à l'assainissement autonome (assainissement non collectif), des technologies biologiques rustiques par cultures fixées sur supports fins, destinées aux petites et moyennes collectivités ont été expérimentées. Le premier volet du travail expérimental à consister à évaluer les performances comparées du sable et des fibres de coco en traitement d'eaux résiduaires urbaines après un processus anaérobie par lagunage. Dans une deuxième étape, ont été évaluées les performances épuratoires de filtres plantés de Andropogon gayanus Kunth et Chrysopogon nigritana (Benth) Veldkamp deux poaceae des zones tropicales. Les abattements moyens d'élimination de la pollution biodégradable sont respectivement de 99% et 98% à la sortie du filtre à sable et de celui de substrat de coco. Cependant, il y a une DCO ajoutée due à l'extraction de composés phénoliques du substrat de coco qui occulte les performances réelles de ce support de culture. Toutefois, en l'absence d'une bonne nitrification au sein du massif de substrat de coco, contrairement au sable, nous avons relevé une élimination de l'azote sous forme d'ammonium avec un rendement de 75%. Par ailleurs, ce matériau végétal par sa structure très poreuse a montré une plus grande capacité à éliminer les sels minéraux comparativement au sable. Quant aux filtres plantés de Andropogon gayanus et Chrysopogon nigritana, si les deux pilotes ont assuré des abattements de plus de 97% de la DBO5, le premier a assuré un prélèvement plus important des nutriments (N et P).

Au cours des 15 dernières années, le traitement extensif des eaux usées a pris en France une place importante parmi les procédés de traitement des eaux usées urbaines. Il représente environ 20 % du parc des stations traitant ces eaux. L'épuration résulte essentiellement de l'action symbiotique de communautés bactériennes aérobies et algales. Ces dernières génèrent par photosynthèse l'oxygène dissous nécessaire à la dégradation de la matière organique par les bactéries aérobies. Cette matière est d'abord convertie en CO2 et ammonium puis en présence de la lumière solaire en algues. Ce procédé dépend fortement des conditions climatiques et des cycles nocturnes et diurnes et peut induire dans certaines régions des émissions d'odeurs désagréables. Afin de mieux comprendre et d'améliorer les rendements épuratoires d'un tel système ainsi que de réduire les problèmes d'odeurs, nous avons étudié, depuis novembre 1992, l'influence d'une recirculation de l'effluent et d'une aération modérée sur un système lagunaire de 8000 m2 localisé à Rethondes (800 équivalents habitants), département de l'Oise, au nord de la France. L'effluent est recirculé (durant une année), à un faible taux (0. 15) de la sortie de la station vers le bassin de tête. L'étude de l'influence de la recirculation sur les différents paramètres indicateurs de pollution montre une amélioration des rendements de : la DCO brute de 15. 4 %, de la DCO dissoute de 12 %, des MES de 37 %, des PO43- brutes de 24. 3 %, des PO43- dissous de 17. 8 % et de la flore totale de 8 %. De plus, la recirculation avait induit une amélioration du rendement des NH4+ dissous de 10 % et une augmentation de +100% d'oxygène dissous en sortie du bassin primaire. Une autre approche permettant d'améliorer le rendement épuratoire et de supprimer les odeurs consiste à combattre l'installation de l'anaérobiose dans les couches supérieures de l'eau. A cet effet, nous avons construit un aérateur de surface permettant d'oxygéner les eaux sans remettre en suspension les matières décantées. La concentration en oxygène dissous passe ainsi de 0,1 mg/l à 3,8 mg/l.