Céline JACQUIN
a soutenu sa thèse le 6 octobre 2017.
Caractérisation de la Matière Organique Dissoute (DOM) et de ses interactions avec une séparation par membrane, pour l’amélioration du contrôle des BioRéacteurs à Membranes (BàM)
Préparée au sein de l’école doctorale GAIA (n°584) et de l’unité de recherche Institut Européen des Membranes, UMR 5635 (CNRS – ENSCM – UM)
Spécialité: Génie des procédés
devant le jury composé de :
• M. Marc HERAN, Professeur Université de Montpellier – IEM, Directeur de thèse
• M. Geoffroy LESAGE, Maître de Conférences Université de Montpellier – IEM, Co-Encadrant de thèse
• Mme Christelle GUIGUI, Professeur LISBP/INSA de Toulouse, Rapporteur
• M. Christophe DAGOT, Professeur Université de Limoges – GRESE, Rapporteur
• M. Nicolas DERLON, Directeur de Recherche, EAWAG, SUISSE, Examinateur
• M. Benoit TEYCHENE, Maître de conférences, Université de Poitiers – IC2MP, Examinateur
• M. Wouter PRONK, Directeur de Recherche, EAWAG, SUISSE, Invité
Résumé :
Le BioRéacteur à Membranes (BàM) est une technologie qui répond à l’un des défis du 21ème siècle : la réutilisation des eaux usées. En combinant un traitement biologique et une filtration membranaire, ce procédé permet d’atteindre une qualité d’eau adaptée à la réutilisation, en permettant une désinfection physique totale. Néanmoins, son essor économique est fortement limité par le colmatage membranaire qui, quand le système est optimisé, est dû principalement à la Matière Organique Dissoute (DOM). Ainsi, le but de cette thèse était de comprendre l’implication de la DOM dans les mécanismes de colmatage et de développer des indicateurs permettant son suivi dans le procédé, que ce soit à l’échelle pilote ou à l’échelle d’une station d’épuration. Une approche en quatre étapes successives a ainsi été élaborée. Dans un premier temps, la DOM prélevée dans une station d’épuration BàM a été fractionnée suivant des critères de taille et d’hydrophobicité, en utilisant une dialyse et des résines XAD, puis filtrée. Les tests de filtration montrent que la fraction des colloïdes hydrophiles (protéines) et la fraction hydrophobe (substances humiques) sont respectivement responsables du colmatage externe et interne. En mélangeant les fractions, la chute de flux est plus importante et le colmatage plus irréversible que lorsque les espèces étaient seules
en solution. La fluorescence3D (3DEEM) a ensuite été utilisée pour identifier et suivre ces fractions lors du traitement biologique et de la séparation membranaire. Le siganl qualitatif de la 3DEEM a été calibré en utilisant une méthode de séparation et de quantification de la DOM par taille : la LC-OCD-OND. Ce nouvel aspect de l’exploitation des résultats de 3DEEM a été testé et validé pour le suivi de la DOM lors du traitement par BàM d’effluent réels ’effluents domestiques et urines réelles). D’autres indicateurs, comme la concentration en biomasse active estimée par respirométrie, ont été utilisés afin de mettre en évidence des interactions entre les paramètres opératoires, l’évolution de la DOM et son caractère colmatant. L’approche développée au cours de cette thèse a permis de mettre en évidence
une façon d’exploiter quantitativement les résultats de 3DEEM, pour le suivi de l’activité de la biomasse active, comme pour le suivi et l’impact de la DOM sur le colmatage, apportant ainsi des informations complémentaires sur l’impact de la DOM dans le procédé. La 3DEEM et le traitement croisé des spectres obtenus confirment l’intérêt et la potentialité de cette technique analytique comme indicateur en temps réel du suivi, du contrôle et de l’optimisation de l’étape de séparation.
