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Analyse et modĂ©lisation du traitement de lâazote dans un procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie Hybride
Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particuliĂšrement celui de lâazote en procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie a Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©. \ud
Lâapproche expĂ©rimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilitĂ© des caractĂ©ristiques physiques et microbiologiques dâagrĂ©gats dĂ©veloppĂ©s dans deux rĂ©acteurs fonctionnant en alternances de phases anaĂ©robie / aĂ©robie ou anoxie / aĂ©robie. LâopĂ©ration dâun procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie en alternance de phases anoxie / aĂ©robie a favorisĂ© la stabilisation des performances de traitement de lâazote et notamment celle de la nitrification. Le dĂ©veloppement dâune boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a Ă©tĂ© observĂ©. \ud
Dans le but dâĂ©valuer comment le caractĂšre hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aĂ©robie oriente les performances et vitesses de transformation de lâazote, une caractĂ©risation ex-situ des limitations au transfert dâoxygĂšne au sein des flocs, granules et boue hybride a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e par respiromĂ©trie. En complĂ©ment, la localisation des espĂšces nitrifiantes par la technique dâhybridation fluorescente in situ (FISH) a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e. Les rĂ©sultats obtenus indiquent que la prĂ©sence de flocs au sein dâune boue granulaire permet dâaugmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygĂšne dissous. Dâautre part, il est ici mis en Ă©vidence la nĂ©cessitĂ© de contrĂŽler simultanĂ©ment le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de lâoptimisation du traitement de lâazote.\ud
Enfin un outil mathĂ©matique permettant de dĂ©crire les phĂ©nomĂšnes rĂ©actionnels ayant lieu au sein dâune biomasse hybride a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©. Celui-ci a Ă©tĂ© employĂ© dans le but dâoptimiser le fonctionnement du procĂ©dĂ© hybride par lâĂ©valuation de lâeffet des propriĂ©tĂ©s physiques de la biomasse, et plus particuliĂšrement de la proportion de granules en prĂ©sence, pouvant conduire Ă une Ă©limination efficace de lâazote et Ă lâaugmentation de la robustesse du procĂ©dĂ© vis-Ă -vis de diminutions ponctuelles de lâoxygĂšne 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
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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 (SVIâ20 mL gâ1) and high solid concentrations (up to 35 g Lâ1) 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 (CaâP) 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 particuliÚrement 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 caractÚre 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 oxygÚne au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espÚces 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 oxygÚne dissous. D autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrÎler 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 phénomÚnes 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 particuliÚrement 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 oxygÚne 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
Gasâliquid mass transfer in wastewater treatment processes has received considerable attention over the last decades from both academia and industry. Indeed, improvements in modelling gasâliquid mass transfer can bring huge benefits in terms of reaction rates, plant energy expenditure, acidâbase 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 gasâliquid 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 gasâliquid 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 gasâliquid mass transfer coefficient should be applied. That is why the presented work aims at clarifying the current state-of-the-art in gasâliquid 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 particuliĂšrement celui de lâazote en procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie a Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©. Lâapproche expĂ©rimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilitĂ© des caractĂ©ristiques physiques et microbiologiques dâagrĂ©gats dĂ©veloppĂ©s dans deux rĂ©acteurs fonctionnant en alternances de phases anaĂ©robie / aĂ©robie ou anoxie / aĂ©robie. LâopĂ©ration dâun procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie en alternance de phases anoxie / aĂ©robie a favorisĂ© la stabilisation des performances de traitement de lâazote et notamment celle de la nitrification. Le dĂ©veloppement dâune boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a Ă©tĂ© observĂ©. Dans le but dâĂ©valuer comment le caractĂšre hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aĂ©robie oriente les performances et vitesses de transformation de lâazote, une caractĂ©risation ex-situ des limitations au transfert dâoxygĂšne au sein des flocs, granules et boue hybride a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e par respiromĂ©trie. En complĂ©ment, la localisation des espĂšces nitrifiantes par la technique dâhybridation fluorescente in situ (FISH) a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e. Les rĂ©sultats obtenus indiquent que la prĂ©sence de flocs au sein dâune boue granulaire permet dâaugmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygĂšne dissous. Dâautre part, il est ici mis en Ă©vidence la nĂ©cessitĂ© de contrĂŽler simultanĂ©ment le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de lâoptimisation du traitement de lâazote.Enfin un outil mathĂ©matique permettant de dĂ©crire les phĂ©nomĂšnes rĂ©actionnels ayant lieu au sein dâune biomasse hybride a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©. Celui-ci a Ă©tĂ© employĂ© dans le but dâoptimiser le fonctionnement du procĂ©dĂ© hybride par lâĂ©valuation de lâeffet des propriĂ©tĂ©s physiques de la biomasse, et plus particuliĂšrement de la proportion de granules en prĂ©sence, pouvant conduire Ă une Ă©limination efficace de lâazote et Ă lâaugmentation de la robustesse du procĂ©dĂ© vis-Ă -vis de diminutions ponctuelles de lâoxygĂšne 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 particuliĂšrement celui de lâazote en procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie a Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©. Lâapproche expĂ©rimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilitĂ© des caractĂ©ristiques physiques et microbiologiques dâagrĂ©gats dĂ©veloppĂ©s dans deux rĂ©acteurs fonctionnant en alternances de phases anaĂ©robie / aĂ©robie ou anoxie / aĂ©robie. LâopĂ©ration dâun procĂ©dĂ© de granulation aĂ©robie en alternance de phases anoxie / aĂ©robie a favorisĂ© la stabilisation des performances de traitement de lâazote et notamment celle de la nitrification. Le dĂ©veloppement dâune boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a Ă©tĂ© observĂ©. Dans le but dâĂ©valuer comment le caractĂšre hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aĂ©robie oriente les performances et vitesses de transformation de lâazote, une caractĂ©risation ex-situ des limitations au transfert dâoxygĂšne au sein des flocs, granules et boue hybride a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e par respiromĂ©trie. En complĂ©ment, la localisation des espĂšces nitrifiantes par la technique dâhybridation fluorescente in situ (FISH) a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e. Les rĂ©sultats obtenus indiquent que la prĂ©sence de flocs au sein dâune boue granulaire permet dâaugmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygĂšne dissous. Dâautre part, il est ici mis en Ă©vidence la nĂ©cessitĂ© de contrĂŽler simultanĂ©ment le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de lâoptimisation du traitement de lâazote.Enfin un outil mathĂ©matique permettant de dĂ©crire les phĂ©nomĂšnes rĂ©actionnels ayant lieu au sein dâune biomasse hybride a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©. Celui-ci a Ă©tĂ© employĂ© dans le but dâoptimiser le fonctionnement du procĂ©dĂ© hybride par lâĂ©valuation de lâeffet des propriĂ©tĂ©s physiques de la biomasse, et plus particuliĂšrement de la proportion de granules en prĂ©sence, pouvant conduire Ă une Ă©limination efficace de lâazote et Ă lâaugmentation de la robustesse du procĂ©dĂ© vis-Ă -vis de diminutions ponctuelles de lâoxygĂšne dissous
Modélisation dynamique du traitement biologique des effluents liquides
National audienceLes enjeux de l'assainissement vont au-delĂ de la seule Ă©puration des eaux usĂ©es. Parmi les dĂ©fis que doivent relever les stations d'Ă©puration figurent : l'optimisation des consommations, le recyclage des ressources qu'elles contiennent (Ă©nergie, matiĂšres), la rĂ©duction des impacts environnementaux et la maĂźtrise des coĂ»ts. Dans ce contexte, les modĂšles mathĂ©matiques du fonctionnement des stations sont apparus comme un outil de choix pour l'aide Ă la conception et Ă la gestion des stations ainsi qu'Ă la formation du personnel et Ă la recherche. La reprĂ©sentation mathĂ©matique du fonctionnement des installations de traitement des eaux nĂ©cessite plusieurs modĂšles, parmi lesquels : un modĂšle d'Ă©coulements ; des modĂšles reprĂ©sentant les phĂ©nomĂšnes physico-chimiques (prĂ©cipitation-dissolution, dĂ©cantation, filtration, adsorption âŠ), un modĂšle biocinĂ©tique reprĂ©sentant les phĂ©nomĂšnes biologiques ; un modĂšle de fractionnement de la matiĂšre organique en classe de biodĂ©gradabilitĂ©, permettant de convertir les analyses rĂ©alisĂ©es sur l'eau usĂ©e en variables d'Ă©tat utilisĂ©es dans les modĂšles; et un modĂšle de transfert gaz-liquide (aĂ©ration, Ă©missions de gaz, ...). Cette prĂ©sentation vise Ă montrer des exemples de travaux rĂ©alisĂ©s Ă l'aide d'approches de modĂ©lisation et Ă illustrer l'apport de ces outils dans le dĂ©veloppement de connaissances et leur implication opĂ©rationnelle. Les challenges actuels sont Ă©galement abordĂ©s
Ăvaluation des Ă©missions de N2OliĂ©es au rejet des effluents de lâassainissement dans les eaux superficielles
Fiche produite par le sous-groupe de travail ASTEE « MĂ©thode de quantification des Ă©missions de protoxyde dâazote
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