Letteratura scientifica selezionata sul tema "Boues digérées"

L’objectif de cet article est de proposer des protocoles de caractérisation thermo-rhéologique des boues digérées pour réaliser un dimensionnement pertinent des installations de traitement en station de traitement des eaux usées (STEU). Pour cela, tous les aspects rhéologiques pouvant impacter l’écoulement des boues dans les composants hydrauliques sont abordés, notamment le seuil d’écoulement, le comportement rhéofluidifiant, la thixotropie, la viscoélasticité ou encore la dépendance thermique des caractéristiques rhéologiques. Un protocole de détermination de chacune de ces propriétés rhéologiques adapté aux boues digérées issues de STEU est détaillé. Les lignes directrices proposées ici se basent sur les retours d’expériences de campagnes de caractérisation menées en laboratoire sur des boues digérées prélevées en STEU. Les résultats des caractérisations menées grâce à l’application des protocoles décrits confirment la présence d’un seuil d’écoulement et d’un caractère rhéofluidifiant pour des boues digérées issues de STEU. Ils montrent également que dans le cas d’une boue digérée, la thermo-rhéologie peut être simplifiée, car la thixotropie, la viscoélasticité et la dépendance thermique ont un impact négligeable sur l’écoulement de la boue digérée dans les conditions typiques des procédés en STEU.

Description du Sujet: Les résidus graisseux figurent, à l’heure actuelle, parmi les problèmes les plus importants posés par les déchets ménagers. L’insolubilité des graisses en milieu aqueux provoque dès leur rejet à l’égout, l’encrassement des ouvrages d’assainissement et le colmatage des canalisations. Ces déchets riches en lipides étant considérés comme une importante source d’énergie potentielle renouvelable, une co-digestion avec les boues primaires (BP) et les boues biologiques d’aération prolongée (BB) apparaît comme une solution intéressante. Objectif: L’objectif de cette étude est de produire du biogaz à partir d’un traitement biologique anaérobie des graisses provenant du dégraissage par co- digestion avec les boues de station pour une couverture des besoins énergétiques en général dans les stations d’épuration. Méthodes: La méthodologie adoptée a essentiellement reposé sur la caractérisation des boues primaires, biologiques d’aération prolongée et des déchets graisseux, la détermination du potentiel méthanogène des boues et des boues co-digérées avec les déchets graisseux et l’évaluation de la qualité agronomique des digestats ainsi que le rendement épuratoire du traitement expérimental. Résultats: A l’issu des essais au laboratoire, l’adéquation des résidus graisseux en tant que co-substrat à la digestion anaérobie des boues est confirmée. Plus la quantité de graisse ajoutée augmente plus la production de biogaz est élevée. Le meilleur rendement est obtenu à 45 % de graisse avec les boues biologiques d’aération prolongée (17,15 m3 /t MB) et à 30 % de graisse (11,88 m3 /t MB) avec les boues primaires. L'évaluation de la performance épuratoire du dispositif donne un abattement de la matière grasse allant de 50 à 75 %, de la DBO5 de 46,15 % à 73,77 % et de la DCO de 50,01 à 61,75 % dans les digestats avec les BP et de 34,68 % à 75,89 % pour la DBO5 et de 15,94 à 62,21 % dans ceux des BB. Conclusion: L’analyse de la qualité agronomique de ces résidus de digestion montre qu’ils peuvent être valorisés comme fertilisant en agriculture.

A process for metal removal by thiobacilli was applied to aerobic sludge from three different sources: treated sludge not subjected to phosphate removal, sludge subjected to a FeCl3 phosphate-removal process, and sludge subjected to an alum phosphate-removal process. Solubilization varied, and a number of hypotheses were formulated and tested to explain the results: influence of digestion factors, addition of Percol, metal concentrations of the sludge, and phosphate-removal processes during sludge generation. Sludge digestion and addition of Percol proved not to affect metal solubilization resulting from application of the metal removal process. Solubilized copper concentration was plotted against copper content of the sludge studied, yielding a regression with an r2 of 0.72. For manganese, an r2 of 0.53 was obtained for the same type of regression. The more contaminated the sludge, the higher the element solubilization (%). Copper solubilization correlated with sludge phosphate content (r2 = 0.46), suggesting the phosphate-removal process affected copper solubilization. With manganese, no correlation with phosphate content was established. Under optimum reactor operating conditions, metal content was the main factor in copper and manganese solubilization in the aerobic sludges studied. Key words: heavy metals, biological solubilization, thiobacilli, Thiobacillus ferrooxidans, sewage sludge. [Journal translation]

La méthanisation est un processus biologique de dégradation anaérobie de la matière organique, poursuivant deux buts principaux : une valorisation énergétique par la production de biogaz, composé en majorité de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2), et une valorisation agronomique par la production de digestat (résidu organique liquide ou pâteux des déchets non digérés), riche en nutriments (azote, phosphore, potassium) et pouvant être utilisé comme fertilisant ou amendement (épandage direct ou compostage). La méthanisation suit un schéma global relativement générique (prétraitement des déchets entrants; digestion; posttraitement du digestat produit et valorisation du biogaz), mais les technologies existantes et les procédés qui leur sont associés sont souvent complexes et variés. Certaines technologies ont été développées en voie humide (réacteurs infiniment mélangés, à lit fixe, à lit fluidisé ou à lit de boues) et d’autres en voie sèche (réacteurs verticaux à recirculation de digestat ou de biogaz, horizontaux à piston, batch à percolation ou cellules de méthanisation). Les procédés qui sont associés à ces diverses technologies se différencient par les choix de prétraitement et de posttraitement appliqués en amont et en aval de la méthanisation, avec une contrainte principale : la nature des déchets à méthaniser. Toutes les variantes sont ensuite possibles à décliner afin d’optimiser l’efficacité du procédé choisi.

Le besoin en traitement des eaux usées par la société est assurée en usine d’épuration par des traitements menant à la production de boues. Afin d’anticiper l’augmentation de ce besoin à l’avenir, les filières de traitement de ces boues doivent atteindre une certaine efficacité, en termes de traitement et de valorisation des boues. Parmi ces filières, le procédé de méthanisation permet de réduire significativement le volume des boues générées et permet par la suite une valorisation agronomique et énergétique, sous forme de digestat, de biogaz, d’électricité ou de chaleur. Il est néanmoins limité par un contrôle inefficace du transport des boues digérées en son sein, du fait de la méconnaissance de la thermo-rhéologie, en termes de connaissances et de méthodes de caractérisation et en termes d’hydrodynamique en conduite de ces boues très diverses. Cela se manifeste opérationnellement, en aval de la phase de dimensionnement et de conception, lors de l’opération par des pompages inefficaces, des hétérogénéités de la matrice ou des colmatages de composants.C’est dans cette optique d’apport des éléments scientifiques, de la caractérisation thermo-rhéologique des boues digérées d’une part et de la mise en évidence de l’hydrodynamique en conduite de ces fluides d’autre part, que le travail de recherche mené dans le cadre de cette thèse s’inscrit.Premièrement, des protocoles dédiés à caractériser spécifiquement chaque comportement non-newtonien sont établis pour cela. L’application de ces protocoles, au centre de recherche Energie Environnement de l’IMT Nord Europe et sur la plateforme Caractérisation du partenaire industriel, montre que les caractéristiques thermo-rhéologiques des boues digérées sont fidèlement modélisées par un modèle d’Herschel-Bulkley non modifié. En effet, la contrainte seuil et la rhéofluidification sont significativement pré-pondérantes devant les autres caractéristiques thermo-rhéologiques de thixotropie, de visco-élasticité et de thermo-dépendance. Le phénomène physique non anticipé de glissement aux parois est observé sur ces boues digérées, menant à une hydrodynamique hétérogène de l’écoulement en conduite de faible inertie et de faible rugosité des parois.Deuxièmement, un dispositif expérimental dédié à l’étude de l’écoulement en conduite de tels fluides est mis en place en vue de déterminer leurs comportements hydrodynamiques. Il permet de démontrer, à l’aide de fluides de travail (solution s de Carbopol), que ces fluides suivent une transition rhéo-inertielles (RIT) vers la turbulence. Cette transition se distingue par l’existence d’un régime de pré-transition, inexistant pour un fluide newtonien, au sein duquel l’écoulement présente une asymétrie, qui est observée par visualisation directe. Ces visualisations, couplées à la mesure des pertes de charges, permettent de quantifier l’intermittence de la RIT à partir des structures turbulents visualisées. Cela permet de contrôler le mouvement de tels fluides par la connaissance de la stabilisation de leurs écoulements et de l’augmentation du temps de séjour des structures turbulentes, du fait des caractéristiques non-newtoniennes (sans visco-élasticité).Ainsi, ce manuscrit synthétise les éléments scientifiques développés dans le cadre de cette thèse pour répondre aux problématiques opérationnelles rencontrées. Les verrous découlant du mande de connaissances fondamentales de la thermo-rhéologie et de l’hydrodynamique des boues qui y circule, l’étude axe sa recherche sur ces deux domaines pour apporter les fondamentaux qui pourront permettre l’amélioration de la maîtrise du transport des boues au sein du procédé de méthanisation en usine d’épuration
The society’s wastewater treatment needs are met by waste water treatment plants that produce sludges. In order to anticipate the increase in this requirement in the future, the sludge treatment processes must achieve a certain level of efficiency in terms of sludge treatment and recovery. The anaerobic digestion process significantly reduces the volume of sludge generated and can the be used for agricultural and energy purposes, in the form of digestate, biogas, electricity or heat. It is nevertheless limited by ineffective control of the transport of digested sludge within it, due to a lack of knowledge of thermo-rheology, in terms of understanding and characterisation methods, and of the hydrodynamics involved in handling these very diverse sludges. This manifests itself operationally, downstream of the sizing and design phase, in inefficient pumping, matrix heterogeneity or component clogging.It is in this context of providing scientific elements, on the one hand of the therm-rheological characerisation of digested sludge and on the other hand of the demonstration of the hydrodynamics of these fluids in operation, that the research work carried out within the framework of this thesis falls within the scope of.Firstly, protocols dedicated to the specific characterisation of each non-Newtonian behaviour have been established. The application of these protocols, at the ITM Nord Europe – Energy Environment research centre and on the industrial partner’s Characterisation plateform, shows that the thermo-rheological characteristics of digested sludge are accurately modelled by a non-modified Herschel-Bulkley model. Yield stress and shear-thinning are significantly more important than the other thermo-rheological characteristics of thixotropy, viscoelasticity and thermo-dependence. The unanticipated physical phenomon of wall slip is observed in these digested sludges, leading to heterogeneous flow hydrodynamics under conditions of low inertia and loaw wall roughness.Secondly, an experimental set-up dedicated to studying the flow of such fluids in pipe is being set up, with a visualisation to determining their hydrodynamic behaviour. Using working fluids (Carbopol solutions), it was demonstrated that these fluids undergo a rheo-inertial transition (RIT) towards turbulence. This transition is characterised by the existence of a pre-transition regime, non-existent for a Newtonian fluid, within which the flow exibits an asymmetry, which is observed by direct visualisation. These visualisations, coupled with the measurement of pressure drops, also make it possible to quantify the intermittency of the RIT on the basis of the turbulent structures visualised. This makes it possible to control the movement of such fluids through knowledge of the stabilisation of their flows and the increase in the residence time of turbulent structures, due to the non-Newtonian characteristics without viscoelasticity.Thus, this thesis manuscipt summarises the scientific elements developed within the framework of this thesis to respond to the problems of the operational obstacles encountered. As these problems stem from a lack of fundamental knowledge of the thermo-rheology and hydrodynamics of the sludge that flows through it, the study focuses its research on these two areas in order to provide the fundamentals that will make it possible to improve the control of sludge transport within the anaerobic digestion process in wastewater treatment plants

Notre étude porte sur la preuve de concept de contrôle électrochimique de la méthanogénèse, métabolisme clé de la digestion anaérobie et de la bioremédiation des eaux, en exploitant le principe des piles à combustible microbiennes. Une première partie bibliographique vise à décrire les mécanismes de la méthanogénèse dans le contexte de l'auto-épuration des eaux et de production naturelle de gaz à effet de serre (GES). Les technologies de pile à combustibles microbiennes y sont traitées. Une analyse critique des études sur le contrôle électrochimique de la méthanogénèse permet de dimensionner un montage expérimental dédié à la quantification des GES en cultures biologiques électro-stimulées. Sa conception, sa validation ainsi que les méthodes de mise en culture sont décrites dans une seconde partie. Une série de cultures préliminaires sur des boues digérées anaérobies de station d'épuration permettent d'identifier et fixer les paramètres expérimentaux. Dans une troisième partie, une étude expérimentale fait la preuve de concept de contrôle électrochimique de la méthanogénèse avec une diminution significative de 33% en CH4 (tension de +300 mV vs Ag/AgCl) par rapport à la méthanogénèse naturelle non stimulée. Toutefois, la stimulation contribue à multiplier par 10 la production de CO2. Ce constat amène la problématique supplémentaire d'impact sur l'effet de serre des cultures étudiées. Nous allons donc plus loin que l'objectif initial en nous intéressant à l'empreinte carbone générée par l'ensemble des GES. Le traitement électrochimique, outre la diminution du CH4 produit, permet de diminuer la contribution à l'effet de serre de 15% des cultures électro-stimulées
Our study focuses on the proof of concept of electrochemical control of methanogenesis, key metabolism of anaerobic digestion and water bioremediation, using the principle of microbial fuel cells. A first bibliographic section aims to describe the mechanisms of methanogenesis in the context of self-purification of water and natural production of greenhouse gases (GHG). Microbial fuel cell technologies are addressed. A critical analysis of the studies dealing with electrochemical control of methanogenesis makes it possible to size an experimental setup dedicated to quantification of GHGs in electro-stimulated biological cultures. Its design, validation and methods of cultivation are described in a second part. A series of preliminary cultures on anaerobic digested sewage sludge make it possible to identify and set the experimental parameters. In a third part, an experimental study proves the concept of electrochemical control of methanogenesis with a significant decrease of 33% in CH4 (voltage of +300 mV vs Ag/AgCl) compared to natural unstimulated methanogenesis. However, stimulation contributes to a 10-fold increase in CO2 production. This observation leads to the additional problem of impact on the greenhouse effect of the cultures studied. We go further than the initial objective by looking at the carbon footprint generated by all GHGs. The electrochemical treatment, in addition to the reduction of CH4 produced, makes it possible to reduce the contribution to the greenhouse effect of 15% of electro-stimulated cultures