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    Electrodéshydratation des boues résiduaires : études des paramètres physico-chimiques et biologiques

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    Electrodewatering of residual sludge is liquid-solid separation that has been studied experimentally using a lab-scale device. This thesis work was carried out by applying an imposed constant electric current. This operating choice, besides being relatively underexplored in the literature, was initially made with the aim of improving the development of a previously developed kinetic model within the LaTEP laboratory. The results obtained during the tests also allowed the study of other process characteristics such as dry solids gain and energy consumption. Several statistical tests were carried out to link the sludge physico-chemical properties and the process performances. This work showed that: (i) the dry solids gain is significantly influenced by volatile suspended solids and electrical conductivity (ii) the energy consumption is affected by the initial dry solids matter, volatile suspended solids, electrical conductivity and surface charge; (iii) the dehydration kinetics is influenced by the initial dry solids and the concentration of soluble exocellular polymers (EPS). In a subsequent phase, we further investigated the impact of electrical conductivity on the process performances (in terms of dewatering kinetics, dry solids gain and energy consumption) by modifying the sludge prior to the tests to achieve different initial electrical conductivities. We modified the solid phase conductivity using graphite and adjusted liquid phase conductivity by adding a salted solution. A clear description of the impact of electrical conductivity on process performances was challenging because this parameter is interdependent with others. However, this study revealed that there is an optimum conductivity for the studied sludge and that it is possible to optimize the electrodewatering process by modifying the electrical conductivity of the solid or liquid phase. Finally, during this thesis work, we also attempted to evaluate the potential of the electrodewatering process to partially sanitize residual sludges (an aspect that is rarely studied in the literature). Based on various urban and industrial sludges with different microbial populations, we observed that the electrodewatering process has the potential to significantly reduce the content of pathogenic microorganisms. Therefore, in addition to its dehydration role, it could have a sanitization capacity for sludges. Unfortunately, the phenomena explaining these observations could not be thoroughly studied during this thesis work.L'électrodéshydratation des boues résiduaires est un procédé hybride de séparation liquide-solide qui a été étudié à l'aide d'un dispositif de laboratoire. Ce travail de thèse a été réalisé sur la base de tests réalisés avec l'application d'un courant électrique à intensité imposée constante. Ce choix de fonctionnement, outre le fait qu'il soit assez peu étudié dans la littérature, s'est initialement fait dans le but d'améliorer de développement d'un modèle cinétique développé précédemment au laboratoire. Les résultats obtenus lors des essais, ont également permis d'étudier d'autres caractéristiques du procédé telles que le gain de siccité et la consommation énergétique. Plusieurs tests statistiques ont été utilisés pour tenter de mettre en évidence les potentielles relations qui pourraient exister entre certaines propriétés physico-chimiques caractéristiques des boues et les performances du procédé. Ce travail a montré que : (i) le gain de siccité est significativement impacté par la teneur en matières volatiles et la conductivité électrique du gâteau de boue ; (ii) la consommation énergétique est impactée par la siccité initiale de l'échantillon, les matières volatiles, la conductivité et la charge de surface ; (iii) la cinétique de déshydratation est impactée par la siccité initiale et la concentration des polymères exocellulaires solubles (EPS). Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur l'étude de l'impact de la conductivité électrique sur les performances du procédé (en termes de cinétique de déshydratation, de gain de siccité et de consommation énergétique) en modifiant la composition des boues avant les essais. Avec cette démarche nous avons pu modifier la conductivité électrique initiale de la boue. Du graphite et des solutions salines ont été ajoutée afin de modifier respectivement la conductivité de la phase solide et de la phase liquide. Une description claire de l'impact de la conductivité sur les performances du procédé a été difficile car ce paramètre est multi-dépendant des autres paramètres, néanmoins cette étude a montré qu'il y avait un optimum de conductivité pour la boue étudiée et qu'il était donc possible d'optimiser le procédé d'électrodéshydratation en modifiant la conductivité de la phase solide et/ou liquide. Enfin, nous avons également tenter durant ce travail de thèse d'évaluer la potentialité du procédé d'électro-déshydratation à hygiéniser au moins partiellement les boues biologiques (aspect qui est très peu étudié dans la littérature). Sur la base de différentes boues urbaines et industrielles (avec des populations microbiennes différentes) nous avons observé que le procédé d'électro-déshydratation est potentiellement susceptible de réduire de façon significative la teneur en germes pathogènes et pourrait de ce fait avoir, en complément de son rôle de déshydratation, une capacité d'hygiénisation des boues. Malheureusement les phénomènes pouvant expliquer ces observations n'ont pas pu être réellement étudiés au cours de ce travail de thèse

    Electrodewatering of wastewater sludges : study of physico-chemical and biological properties

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    L'électrodéshydratation des boues résiduaires est un procédé hybride de séparation liquide-solide qui a été étudié à l'aide d'un dispositif de laboratoire. Ce travail de thèse a été réalisé sur la base de tests réalisés avec l'application d'un courant électrique à intensité imposée constante. Ce choix de fonctionnement, outre le fait qu'il soit assez peu étudié dans la littérature, s'est initialement fait dans le but d'améliorer de développement d'un modèle cinétique développé précédemment au laboratoire. Les résultats obtenus lors des essais, ont également permis d'étudier d'autres caractéristiques du procédé telles que le gain de siccité et la consommation énergétique. Plusieurs tests statistiques ont été utilisés pour tenter de mettre en évidence les potentielles relations qui pourraient exister entre certaines propriétés physico-chimiques caractéristiques des boues et les performances du procédé. Ce travail a montré que : (i) le gain de siccité est significativement impacté par la teneur en matières volatiles et la conductivité électrique du gâteau de boue ; (ii) la consommation énergétique est impactée par la siccité initiale de l'échantillon, les matières volatiles, la conductivité et la charge de surface ; (iii) la cinétique de déshydratation est impactée par la siccité initiale et la concentration des polymères exocellulaires solubles (EPS). Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur l'étude de l'impact de la conductivité électrique sur les performances du procédé (en termes de cinétique de déshydratation, de gain de siccité et de consommation énergétique) en modifiant la composition des boues avant les essais. Avec cette démarche nous avons pu modifier la conductivité électrique initiale de la boue. Du graphite et des solutions salines ont été ajoutée afin de modifier respectivement la conductivité de la phase solide et de la phase liquide. Une description claire de l'impact de la conductivité sur les performances du procédé a été difficile car ce paramètre est multi-dépendant des autres paramètres, néanmoins cette étude a montré qu'il y avait un optimum de conductivité pour la boue étudiée et qu'il était donc possible d'optimiser le procédé d'électrodéshydratation en modifiant la conductivité de la phase solide et/ou liquide. Enfin, nous avons également tenter durant ce travail de thèse d'évaluer la potentialité du procédé d'électro-déshydratation à hygiéniser au moins partiellement les boues biologiques (aspect qui est très peu étudié dans la littérature). Sur la base de différentes boues urbaines et industrielles (avec des populations microbiennes différentes) nous avons observé que le procédé d'électro-déshydratation est potentiellement susceptible de réduire de façon significative la teneur en germes pathogènes et pourrait de ce fait avoir, en complément de son rôle de déshydratation, une capacité d'hygiénisation des boues. Malheureusement les phénomènes pouvant expliquer ces observations n'ont pas pu être réellement étudiés au cours de ce travail de thèse.Electrodewatering of residual sludge is liquid-solid separation that has been studied experimentally using a lab-scale device. This thesis work was carried out by applying an imposed constant electric current. This operating choice, besides being relatively underexplored in the literature, was initially made with the aim of improving the development of a previously developed kinetic model within the LaTEP laboratory. The results obtained during the tests also allowed the study of other process characteristics such as dry solids gain and energy consumption. Several statistical tests were carried out to link the sludge physico-chemical properties and the process performances. This work showed that: (i) the dry solids gain is significantly influenced by volatile suspended solids and electrical conductivity (ii) the energy consumption is affected by the initial dry solids matter, volatile suspended solids, electrical conductivity and surface charge; (iii) the dehydration kinetics is influenced by the initial dry solids and the concentration of soluble exocellular polymers (EPS). In a subsequent phase, we further investigated the impact of electrical conductivity on the process performances (in terms of dewatering kinetics, dry solids gain and energy consumption) by modifying the sludge prior to the tests to achieve different initial electrical conductivities. We modified the solid phase conductivity using graphite and adjusted liquid phase conductivity by adding a salted solution. A clear description of the impact of electrical conductivity on process performances was challenging because this parameter is interdependent with others. However, this study revealed that there is an optimum conductivity for the studied sludge and that it is possible to optimize the electrodewatering process by modifying the electrical conductivity of the solid or liquid phase. Finally, during this thesis work, we also attempted to evaluate the potential of the electrodewatering process to partially sanitize residual sludges (an aspect that is rarely studied in the literature). Based on various urban and industrial sludges with different microbial populations, we observed that the electrodewatering process has the potential to significantly reduce the content of pathogenic microorganisms. Therefore, in addition to its dehydration role, it could have a sanitization capacity for sludges. Unfortunately, the phenomena explaining these observations could not be thoroughly studied during this thesis work

    ELECTRODEWATERING OF DIFFERENT SEWAGE SLUDGES UNDER CONSTANT ELECTRIC CURRENT: IMPACT OF PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES ON THE DEWATERABILITY AND THE SEPARATION KINETICS

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    International audienceA sewage sludge is the by-product of a wastewater treatment plant (WWTP), and is mainly composed of water and the rest of its mass is the dry solids (DS). Prior to the transport and valorisation of these sludges, a liquid-solid separation is necessary. Various processes allow this aim, but their performance is limited and can be enhanced to avoid the use of processes like thermal drying which consume high amounts of energy, that needs to be limited. Electro-dewatering (EDW) is a hybrid process in which a conventional filtration-compression process is combined with the application of an electric field in order to enhance sludge dewatering (with lower energy consumption compared to a conventional drying process). Previous studies have proposed an empirical model that reveals a relationship between the evolution of DS over time. This mathematical model includes a kinetics coefficient that is proportional to the sludge's physicochemical properties. This model was developed for EDW tests carried out under a constant electric current (I-EDW), unlike most of the studies presented in the literature where a constant voltage (U-EDW) is commonly used. Although less studied in the literature, the I-EDW mode remains an interesting operating mode since it limits the raise of temperature which can be detrimental for the electrodes. The objectives of this study are to evaluate the influence of the physicochemical properties on the response of the process, notably the kinetics of the liquid-solid separation and the DS evolution. Then, a mathematical relationship between the kinetics coefficient and the influencing parameters is proposed. First step was to conduct I-EDW tests on different sludge types in a lab-scale equipment running with a constant current of I=0.32A, a constant pressure of P=36kPa and a constant sludge thickness (H) of 5mm height. The duration of tests was fixed at 15min. For every sludge, several physicochemical properties were measured (pH, conductivity, hydrophobicity, volatile suspended solids (VSS), surface charge and extracellular polymeric substances (EPS)). Then simple correlation models were used among the studied parameters. Initial DS and soluble EPS seems to be the most influencing parameters on the kinetics. VSS and conductivity happens to have an important influence as well. Later, a mathematical relationship between the kinetics coefficient and the physicochemical properties was established using a multiple linear correlation. The experimental and the modelled kinetics coefficient appears to be comparable, we could then assume that this model is viable for our sludge types. These results will help improving the existing empirical model, by integrating the influencing parameters on the kinetics. The model will help predict the evolution of DS over time depending on the sludge properties, the applied current, the sludge loading rate and the initial DS

    Aération forcée en Filtres Plantés de Roseaux (FPR) : premiers retours d'expériences

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    National audienceAération forcée en Filtres Plantés de Roseaux (FPR) : premiers retours d'expériences. Le contexte et l'intérêt des FPR avec aération forcée est rappelé, ainsi que les différentes configurations existantes (2 brevets français, et configurations à l'international). Les principes de fonctionnement et de mise en oeuvre sont détaillés, avec notamment une discussion quant au séquençage de l'aération (fréquence). Enfin, 2 retours d'expériences en France sont discutés. En conclusion, cette technologie semble compacte, robuste, peu énergivore, et adaptable à diverses contraintes de charge ou de typologies d'effluents

    Les filtres plantés de roseaux avec aération forcée Suivi de la station de Tarcenay (25), procédé Rhizosph'air ® (Syntea)

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    Les filtres plantés de roseaux (FPR) constituent aujourd’hui un procédé de traitement des eaux usées avantageux du point de vue de leurs faibles coûts d’investissement/exploitation et de leur maintenance simple. Ce procédé largement développé en France depuis plus de 20 ans, notamment pour les petites collectivités, a montré de bonnes performances sur les paramètres organiques et la nitrification. Cependant, compte tenu des niveaux de rejet réglementaires de plus en plus contraignants en sortie de station (notamment sur les paramètres azotés et phosphorés) et des contraintes d’emprise foncière, la filière classique de FPR n’est pas systématiquement applicable et/ou nécessiterait une emprise foncière pénalisante (3 – 5 m²/EH). Ainsi, plusieurs variantes du procédé classique de FPR ont vu le jour (superposition d’étages, recirculation, matériaux spécifiques...), dont l’ajout d’une aération mécanisée à faible pression (généralement appelée « aération forcée »). Le nouveau procédé Rhizosph’air® développé par Syntea incorpore cette évolution dans l’objectif d’assurer un traitement plus poussé de la pollution organique et de l’azote global, notamment par une optimisation des processus de nitrification-dénitrification au sein d’un même filtre. L’étude réalisée sur la station de traitement des eaux usées Rhizosph’air® de Tarcenay (25) en 2018 et 2019 a permis, notamment en modulant les apports en oxygène, de mieux appréhender les mécanismes en jeu, les performances atteignables et les limites du procédé tel que dimensionné sur cette station. Le traitement de la fraction carbonée est très bon, avec des rendements > 99 % sur la DBO5 et les MES, et > 92 % pour la DCO. Concernant l’azote, s’il est possible d’atteindre une nitrification quasi-complète grâce à l’aération forcée (rendement en NK de 84 à 97 % selon le taux d’aération appliqué), la dénitrification opérant dans la partie saturée du filtre est importante, mais peut être limitée par la disponibilité en carbone organique, elle-même conditionnée par la quantité d’oxygène apportée. Ces résultats sont à pondérer du fait de la conception spécifique de cette installation conçue pour satisfaire à un niveau de rejet sans contrainte sur l’azote global (NGL). Cependant, l’équilibre entre la dégradation de la fraction carbonée et la nitrification complète (en période d’aération) et la dénitrification (en période de non-aération), a permis d’obtenir des rendements jusqu’à 85 % sur ce paramètre dans le cadre de cette étude. Cet équilibre constitue l’enjeu fort en vue du traitement de l’azote global. L’étude des transferts d’oxygène et du séquençage de l’aération apparaît comme une voie d’optimisation du procédé en vue du respect de performances encore plus strictes.Les filtres plantés de roseaux (FPR) constituent aujourd’hui un procédé de traitement des eaux usées avantageux du point de vue de leurs faibles coûts d’investissement/exploitation et de leur maintenance simple. Ce procédé largement développé en France depuis plus de 20 ans, notamment pour les petites collectivités, a montré de bonnes performances sur les paramètres organiques et la nitrification. Cependant, compte tenu des niveaux de rejet réglementaires de plus en plus contraignants en sortie de station (notamment sur les paramètres azotés et phosphorés) et des contraintes d’emprise foncière, la filière classique de FPR n’est pas systématiquement applicable et/ou nécessiterait une emprise foncière pénalisante (3 – 5 m²/EH). Ainsi, plusieurs variantes du procédé classique de FPR ont vu le jour (superposition d’étages, recirculation, matériaux spécifiques...), dont l’ajout d’une aération mécanisée à faible pression (généralement appelée « aération forcée »). Le nouveau procédé Rhizosph’air® développé par Syntea incorpore cette évolution dans l’objectif d’assurer un traitement plus poussé de la pollution organique et de l’azote global, notamment par une optimisation des processus de nitrification dénitrification au sein d’un même filtre. L’étude réalisée sur la station de traitement des eaux usées Rhizosph’air® de Tarcenay (25) en 2018 et 2019 a permis, notamment en modulant les apports en oxygène, de mieux appréhender les mécanismes en jeu, les performances atteignables et les limites du procédé tel que dimensionné sur cette station. Le traitement de la fraction carbonée est très bon, avec des rendements > 99 % sur la DBO5 et les MES, et > 92 % pour la DCO. Concernant l’azote, s’il est possible d’atteindre une nitrification quasi-complète grâce à l’aération forcée (rendement en NK de 84 à 97 % selon le taux d’aération appliqué), la dénitrification opérant dans la partie saturée du filtre est importante, mais peut être limitée par la disponibilité en carbone organique, elle même conditionnée par la quantité d’oxygène apportée. Ces résultats sont à pondérer du fait de la conception spécifique de cette installation conçue pour satisfaire à un niveau de rejet sans contrainte sur l’azote global (NGL).Cependant, l’équilibre entre la dégradation de la fraction carbonée et la nitrification complète (en période d’aération) et la dénitrification (en période de non-aération), a permis d’obtenir des rendements jusqu’à 85 % sur ce paramètre dans le cadre de cette étude. Cet équilibre constitue l’enjeu fort en vue du traitement de l’azote global. L’étude des transferts d’oxygène et du séquençage de l’aération apparaît comme une voie d’optimisation du procédé en vue du respect de performances encore plus strictes

    Valorization of the Green Waste from Two Varieties of Fennel and Carrot Cultivated in Tunisia by Identification of the Phytochemical Profile and Evaluation of the Antimicrobial Activities of Their Essentials Oils

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    The purpose of this study was to identify the chemical composition and the antibacterial activity of the essential oils (EOs) extracted from the green tops of Daucus carota L. subsp. sativus (Hoffm.) Arcang. plants producing yellow roots (DcsYR) and those producing orange roots (DcsOR) and from two varieties of Foeniculum vulgare subsp. vulgare cultivated in Tunisia. Analyses revealed that the EOs from the two D. carota varieties were rich in constituents belonging to sesquiterpenes. Phenylpropanoids and non-terpene derivatives were the most abundant classes of compounds in the EOs from the two varieties of F. vulgare, of which compositions were predominated by (E)-anethole and p-acetonylanisole. All the tested EOs were significantly more effective against Gram-negative bacteria, and that obtained from var. azoricum was more active against the yeast Candida albicans than the reference drug. The EOs obtained from these by-products showed indeed interesting potential to be promoted as natural antimicrobials in food preservation systems, as well as the possibility to be used in flavor industries
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