traitement des eaux et déchets

Procédés biologiques

Procédés thermiques

Outils et Approches transverses

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Présentation
Approche Globale du Cycle de l’Eau

Les travaux de l’équipe Traitement des Eaux et Déchets (TED) sont organisés autour d’une vision globale intégrée du traitement et de la valorisation des eaux usées et des déchets.

Cette approche systémique s’appuie sur une démarche couplée expérimentation-modélisation-simulation des procédés, pour traiter, réutiliser et valoriser des effluents urbains ou industriels (production d’H2, de CH4, de chaleur ; récupération des nutriments, des métaux, reuse, etc). Elle vise à contribuer aux grands enjeux du 21ème siècle et plus particulièrement aux transitions écologique et énergétique.

A cet effet, l’équipe développe des approches multi-échelles de traitement et de valorisation des effluents liquides et solides en suspension.

A l’échelle de la matière, l’équipe possèdes les compétences pour des caractérisations spécifiques que sont la rhéologie et la bio-calorimétrie.

A l’échelle du procédé, les études se focalisent sur l’application de mécanismes novateurs que ce soit en réacteur biologique, thermique ou physico-chimique. La caractérisation des grandeurs de transfert, matière et cinétique mène au développement de modèles dédiés.

Ces modèles sont utilisés au sein de méthodologies intégratives spécifiques dès lors que deux ou plusieurs procédés sont couplés. Ces méthodes sont développées pour déterminer le fonctionnement optimal du couplage et/ou du site industriel accueillant ces procédés.

Les thématiques développées dans l’équipe TED s’articulent autour des trois axes suivants :

Axe Dépollution 

dédié au dimensionnement de procédés de traitement des eaux et des déchets ainsi qu’à la compréhension des mécanismes de transfert et processus réactionnels mis en jeu.

Sous-axes : bioréacteurs, filtres réactifs, OVH, gazéification, rhéologie, calorimétrie

Axe Valorisation 

dans lequel les études sont consacrées à l’optimisation des processus et procédés pour la valorisation matière et/ou énergie des effluents et des déchets (récupération de phosphore, production de vecteurs énergétiques : H2, CH4, etc)

Sous-axes : cristallisation, bioH2 et vecteurs énergétiques à partir de biomasse, récupération des nutriments, etc

Axe Intégration 

focalisé sur l’étude du couplage des procédés développés dans l’équipe associée à une démarche d’optimisation des flux par des méthodes ad hoc de type symbiose industrielle.

Sous-axes : couplage de procédés, optimisation énergétique, etc

Responsable

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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

- Rhéomètre TA Instrument (géométries : couette, double-couette, ruban, plan-plan, cône-plan)
- Calorimètre SETARAM C80
- Spectromètre IR
- Chromatographe gaz
- Pilote de Gazéification
- Banc de caractérisation di et triphasique des propriétés rhéologiques
- Rhéoreacteur
- Pilote de biofiltre immergé aéré à membranes
- Banc de caractérisation de la pollution des eaux (DCO, DBO5, MES, MVS, NH4+, NO3- …)
- Réacteur calorimétrique
- Bioréacteurs à biofilm (aérobies et anaérobies)

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

Institut Mexicain du Pétrole / Université de Monastir / Université de Sfax / Université de Gand

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

Véolia Environnement / Groupe Lesaffre / CIRAD / Phytorem SA / G2C Environnement / Phocéenne des Eaux / CICL / Sterlab

Académiques - Institutionnelles :

Région PACA / IFR PMSE / FR ECCOREV / CEMAGREF / ISM2 / CEREGE / INRA / IRD

 

Dernières publications de l'équipe

  • Hélène Cervo, Jean-Henry Ferrasse, Bernard Descales, Greet van Eetvelde. Blueprint: A methodology facilitating data exchanges to enhance the detection of industrial symbiosis opportunities – application to a refinery. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 211, pp.115254. ⟨10.1016/j.ces.2019.115254⟩. ⟨hal-02319708⟩ Plus de détails...
  • Julien Saussereau, Alicia Guillien, Thibaud Soumagne, Jean-Jacques Laplante, Lucie Laurent, et al.. Dietary Patterns and Prevalence of Post-bronchodilator Airway Obstruction in Dairy Farmers Exposed to Organic Dusts. COPD: Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease, Taylor & Francis, 2019, 16 (2), pp.118-125. ⟨10.1080/15412555.2019.1631775⟩. ⟨hal-02307829⟩ Plus de détails...
  • Clément Leonard, Jean-Henry Ferrasse, Sébastien Lefevre, Alain Viand, Olivier Boutin. Gas hold up in bubble column at high pressure and high temperature. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2019, 200, pp.186-202. ⟨10.1016/j.ces.2019.01.055⟩. ⟨hal-02177058⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Lusinier, Isabelle Seyssiecq, Cécilia Sambusiti, Matthieu Jacob, Nicolas Lesage, et al.. Biological Treatments of Oilfield Produced Water: A Comprehensive Review. SPE Journal -Richardson-, SPE Inc., 2019, ⟨10.2118/195677-PA⟩. ⟨hal-02118229⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Lusinier, Isabelle Seyssiecq, Cécilia Sambusiti, Matthieu Jacob, Nicolas Lesage, et al.. Biological Treatments of Oilfield Produced Water: A Comprehensive Review. SPE Journal -Richardson-, SPE Inc., 2019, ⟨10.2118/195677-PA⟩. ⟨hal-02103265⟩ Plus de détails...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Lundi 18 Novembre 2019 - Optimisation de filières de traitements des eaux par couplage de procédés physico-chimiques, thermiques et biologiques / Soutenance de thèse de Kelly OHANESSIAN
Doctorant : Kelly OHANESSIAN 

Date de la soutenance : Lundi 18 Novembre 2019 à 14:00 ,  Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, 13545 Aix-en-Provence / Amphithéâtre CEREGE 

Résumé de la thèse :
La modélisation, la simulation et l'optimisation de différentes filières de traitement des eaux usées industrielles par la méthode du couplage de procédés ont été étudiées afin de comparer leurs performances épuratoires, d'une part, et d'évaluer les dépenses énergétiques et économiques associées. Pour cela, trois effluents caractéristiques de l'industrie microélectronique ont été sélectionnés : les effluents d'acides fluoré et phosphoré (AFP) ainsi que les effluents provenant des procédés des polissage des micropuces de Tungstène (CMP W) et de Cuivre (CMP Cu). Dans un premier temps, une étude bibliographique a permis de déterminer les données d'entrées de chacune des filières étudiées (débits, composition) ainsi que les procédés de traitement conventionnels employés. Les filières de traitement classiques des trois effluents sélectionnés ont ensuite été simulées sur ProSimPlus®. A partir des fonctionnalités disponibles du logiciel (modules, constituants, modèle thermodynamique), certains procédés ont été modélisés à partir de données physiques, chimiques et cinétiques issues de la littérature : Oxidation de Fenton, adsorption, échange ionique sur résine, ultrafiltration ; ou développés comme le module de cristallisation. Dans un second temps, de nouvelles filières de traitement ont été proposées pour chacun des effluents considérés. Le couplage d'un procédé d'OVH aux procédés de précipitation, d'ultrafiltration et d'échange ionique sur résine a été proposé pour l'optimisation de la filière CMP Cu. Ce couplage a montré de fortes performances épuratoires permettant premièrement, de s'affranchir de l'étape d'adsorption qui était le point noir de la filière CMP Cu, deuxièmement, de réduire la consommation en produits chimiques et troisièmement de rejeter l'effluent en milieu naturel. Le bilan économique réalisé sur les filières CMP Cu conventionnelle et alternative a montré que la filière CMP Cu alternative permet non seulement une nette économie sur la consommation en produits chimiques mais également une production de chaleur non négligeable, qui convertie en électricité, pourrait engendrer un revenu annuel conséquent. Cinq configurations AFP différentes ont été proposées faisant intervenir des couplages entre des procédés physico-chimiques de précipitations et des procédés de traitement biologiques. Un procédé à boues activées ainsi qu'un procédé à biofilm sur membrane aérée ont été modélisés à partir de données hydrodynamiques et cinétiques tirées de la littérature et intégrés sur ProSimPlus®. Les différents couplages proposés montrent des performances épuratoires intéressantes permettant de rejeter l'effluent soit en milieu naturel soit en zone sensible. D'autre part, la valorisation de sous-produits de précipitation (Struvite et CaF2) a permis de réaliser des bénéfices. Cependant, la pureté de l'hydroxyapatite obtenue est très faible (44,8%), par la présence de fluorapatite au sein du même cristalliseur, et ne peut être valorisée sans l'ajout d'un cristalliseur supplémentaire. Finalement, le bilan économique sur le couplage des filières CMP Cu alternative et CMP W a montré que cette configuration était intéressante des points de vue des dépenses en produits chimiques et de la production potentielle d’électricité permettant ainsi une économie de près de 1,44 M par rapport aux filières séparées. 

Mots clés : traitement de l'eau, procédés, optimisation, simulation

Jury
Directeur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Cristian BARCA Aix Marseille Université
Examinateur Mme Audrey SORIC Ecole Centrale Marseille
Examinateur M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Marie Noëlle PONS Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, CNRS-Univ. de Lorraine
Rapporteur M. Florent CHAZARENC Irstea – UR REVERSAAL
Examinateur Mme Raphaële Thery HETREUX ENSIACET CAMPUS INP – ENSIACET
Examinateur M. Denis BOUYER Institut Européen des Membranes - Université de Montpellier
Jeudi 11 Juillet 2019 - Etude du Procédé Hydrothermal dédié aux traitement des déchets amiantés / Soutenance de thèse de Christ Terence NZOGO METOULE
Doctorant : Christ Terence NZOGO METOULE

Date de la soutenance : Jeudi 11 Juillet 2019 / 24 rue Joseph Fourier, 38400 Saint Martin d'Hères, Grenoble 

Résumé de la thèse :
L'objectif de ce travail de doctorat est de démontrer la faisabilité de convertir des amiantes pures (chrysotile, amosite, crocidolite) et un matériau contenant de l'amiante (tuile en amiante ciment) en matériaux non dangereux via le traitement hydrothermal supercritique (400 ≤ T ≤ 750°C et P ≥ 21 MPa). Les expériences sont réalisées dans un réacteur fermé haute pression (30 MPa) et haute température (800°C) en inconel, conçu pour cette étude. Les conditions de température, concentration initiale et durée de traitement pour réaliser la destruction de l'amiante, observée en DRX, ont été obtenues à partir d'une étude paramétrique (T=750°C, t ≥ 1h et C ≥ 2.10-2 mg.mL-1). Les essais ont ensuite montré que la variété chrysotile et la tuile en amiante ciment sont transformés, respectivement en forstérite, qui peut évoluer en enstatite pour le premier et en un mélange de calcite, gehlenite et spurrite pour le second après une heure de traitement hydrothermal (analyses DRX, META). Dans le même temps, l'analyse META montre qu'aucune fibre de crocidolite n'est détectée après 3h de traitement pour une concentration initiale de 2.10-2 mg.mL-1 tandis que l'analyse DRX révèle le maintien de la structure asbestiforme à une la concentration de 20 mg.mL-1, pour la même durée de traitement. Aucun effet n'a été observé sur la structure cristalline des fibres d'amosite. Dans tous les cas, la persistance de résidus microparticulaire (structures allongées) fragilisés de 200 à 400nm (MEB) de longueur supérieure à 5 µm est observée. Un post-traitement aux ultrasons a été appliqué dans le but d'améliorer la fragmentation des structures allongées. Les analyses MEB appliquées à la méthode de comptage des particules montrent une diminution de 27 µm à 6 µm après post-traitement. Finalement, une première étude énergétique sur le procédé hydrothermal donné de premiers éléments sur son intérêt à l'échelle industrielle et sa viabilité à long terme par rapport au procédé à torche à plasma. Des travaux supplémentaires de confirmation des résultats sur la fragmentation des structures allongées doivent être menés. Des études énergétiques plus développées sont également nécessaire pour positionner le procédé. 

Mots Clés : Hydrothermal, Amiante, Déchets, Procédés, Supercritique

Jury
Directeur de these M. Olivier BOUTIN                         Aix Marseille Université
Examinateur         Mme Séverine CAMY                                ENSIACET
Rapporteur         Mme Elsa WEISS-HORTALA                IMT Mines Albi-Carmaux
CoDirecteur de these M. Jean Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Examinateur M. Stéphane DELABY                         Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
Rapporteur M. Sylvain FAURE                                 CEA - Marcoule