Analyse et modélisation du traitement de l’azote dans un procédé de granulation aérobie Hybride

Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l’azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. \ud L’approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d’agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L’opération d’un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l’azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d’une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. \ud Dans le but d’évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l’azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d’oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d’hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d’une boue granulaire permet d’augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D’autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l’optimisation du traitement de l’azote.\ud Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d’une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d’optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l’évaluation de l’effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l’azote et à l’augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l’oxygène dissous.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied.\ud The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed.\ud In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size.\ud Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the process.\ud \u

Stability and performance of two GSBR operated in alternating anoxic/aerobic or anaerobic/aerobic conditions for nutrient removal

Two granular sludge sequencing batch reactors (GSBR) with alternating anoxic/aerobic (R1) and anaerobic/aerobic (R2) conditions were operated with a 4-carbon-source synthetic influent. The physical properties of the granular sludge were very good (SVI≈20 mL g−1) and high solid concentrations (up to 35 g L−1) were obtained in the bioreactor operated with a pre-anoxic phase with additional nitrate (R1). In contrast, performance and granule settleability were lower in R2 due to the development of filamentous heterotrophic bacteria on the surface of granules. These disturbances were linked to the fact that a fraction of COD remained during the aerobic phase, which was not stored during the anaerobic period. To stabilize a GSBR with a mixture of organic carbon sources, it is thus necessary to maximize the amount of substrate used during the non-aerated, anaerobic or anoxic, phase. Comparable phosphate removal efficiency was observed in both systems; enhanced biological P removal being greater in anaerobic/aerobic conditions, while the contribution of precipitation (Ca–P) was more significant in anoxic/aerobic conditions

Analyse et modélisation du traitement de l'azote dans un procédé de granulation aérobie hydride

Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. L approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L opération d un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. Dans le but d évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d une boue granulaire permet d augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l optimisation du traitement de l azote.Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l évaluation de l effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l azote et à l augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l oxygène dissousIn this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied.The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed.In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size.Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the processTOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF

Modelling gas-liquid mass transfer in wastewater treatment : when current knowledge needs to encounter engineering practice and vice versa

Abstract Gas–liquid mass transfer in wastewater treatment processes has received considerable attention over the last decades from both academia and industry. Indeed, improvements in modelling gas–liquid mass transfer can bring huge benefits in terms of reaction rates, plant energy expenditure, acid–base equilibria and greenhouse gas emissions. Despite these efforts, there is still no universally valid correlation between the design and operating parameters of a wastewater treatment plant and the gas–liquid mass transfer coefficients. That is why the current practice for oxygen mass transfer modelling is to apply overly simplified models, which come with multiple assumptions that are not valid for most applications. To deal with these complexities, correction factors were introduced over time. The most uncertain of them is the α-factor. To build fundamental gas–liquid mass transfer knowledge more advanced modelling paradigms have been applied more recently. Yet these come with a high level of complexity making them impractical for rapid process design and optimisation in an industrial setting. However, the knowledge gained from these more advanced models can help in improving the way the α-factor and thus gas–liquid mass transfer coefficient should be applied. That is why the presented work aims at clarifying the current state-of-the-art in gas–liquid mass transfer modelling of oxygen and other gases, but also to direct academic research efforts towards the needs of the industrial practitioners

Analysis and modelling of nitrogen removal in a hybrid granular sludge reactor

Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l’azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. L’approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d’agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L’opération d’un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l’azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d’une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. Dans le but d’évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l’azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d’oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d’hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d’une boue granulaire permet d’augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D’autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l’optimisation du traitement de l’azote.Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d’une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d’optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l’évaluation de l’effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l’azote et à l’augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l’oxygène dissousIn this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied.The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed.In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size.Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the proces

Analyse et modélisation du traitement de l'azote dans un procédé de granulation aérobie hydride

In this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied. The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed. In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size. Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the process.Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l’azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. L’approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d’agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L’opération d’un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l’azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d’une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. Dans le but d’évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l’azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d’oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d’hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d’une boue granulaire permet d’augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D’autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l’optimisation du traitement de l’azote.Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d’une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d’optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l’évaluation de l’effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l’azote et à l’augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l’oxygène dissous

Modélisation dynamique du traitement biologique des effluents liquides

National audienceLes enjeux de l'assainissement vont au-delà de la seule épuration des eaux usées. Parmi les défis que doivent relever les stations d'épuration figurent : l'optimisation des consommations, le recyclage des ressources qu'elles contiennent (énergie, matières), la réduction des impacts environnementaux et la maîtrise des coûts. Dans ce contexte, les modèles mathématiques du fonctionnement des stations sont apparus comme un outil de choix pour l'aide à la conception et à la gestion des stations ainsi qu'à la formation du personnel et à la recherche. La représentation mathématique du fonctionnement des installations de traitement des eaux nécessite plusieurs modèles, parmi lesquels : un modèle d'écoulements ; des modèles représentant les phénomènes physico-chimiques (précipitation-dissolution, décantation, filtration, adsorption …), un modèle biocinétique représentant les phénomènes biologiques ; un modèle de fractionnement de la matière organique en classe de biodégradabilité, permettant de convertir les analyses réalisées sur l'eau usée en variables d'état utilisées dans les modèles; et un modèle de transfert gaz-liquide (aération, émissions de gaz, ...). Cette présentation vise à montrer des exemples de travaux réalisés à l'aide d'approches de modélisation et à illustrer l'apport de ces outils dans le développement de connaissances et leur implication opérationnelle. Les challenges actuels sont également abordés

Évaluation des émissions de N2Oliées au rejet des effluents de l’assainissement dans les eaux superficielles

Fiche produite par le sous-groupe de travail ASTEE « Méthode de quantification des émissions de protoxyde d’azote