traitement des eaux et déchets

Biological processes

Thermal processes

Cross-cutting tools and approaches

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Water and Waste Treatment
Présentation

Integrated approach to water and waste treatment and recovery


The research of the Water and Waste Treatment team (TED) is organized around an integrated global vision of the treatment and valorization of wastewater, biomass and waste.

This systemic approach is based on a joint experimentation-modeling-simulation approach of processes, to treat, reuse and valorize urban or industrial effluents and biomasses (production of H2, CH4, heat; production of biofuels and platform molecules for chemistry; recovery of nutrients, metals, etc.). It aims to contribute to the major challenges of the 21st century and more particularly to the ecological and energy transitions.

To this end, the team develops multi-scale approaches to the treatment and valorization of effluents and biomasses. At the molecular and cellular scales, the team possesses and develops skills for specific characterizations such as rheology and (bio)-calorimetry. The latter is applied both to the determination of heat related to cellular metabolism and also to high-pressure calorimetry (max 300°C, 60 MPa), the originality of the team concerns the design of specific calorimetric cells. At the reactor scale, studies focus on the development, dimensioning and optimization of biological, thermochemical and physicochemical processes. The characterization of kinetic and transfer quantities leads to the development of dedicated models. These models are used within specific integrative methodologies as soon as two or more processes are coupled. These methods are developed to determine the optimal operation of the coupling and/or the industrial site hosting these processes.

 

The themes developed in the TED team are articulated around the following three axes:

 

Pollution control axis

dedicated to the dimensioning of water and waste treatment processes as well as to the understanding of the transfer mechanisms and reaction processes involved.

Sub-axes: bioreactors, reactive filters, wet oxidation, rheology, calorimetry, etc.

 

Valorization axis

in which studies are devoted to the optimization of processes and procedures for the material and/or energy recovery of effluents and waste

Sub-axes: bioH2 and energy carriers from biomass, gasification, hydrothermal liquefaction processes, nutrient recovery, etc.

 

Integration axis

focused on the study of the coupling of processes developed in the team associated with a flow optimization approach by ad hoc methods.

Sub-axes: process coupling, energy optimization, simulation of processes, etc.


Team leader

  • Maître de Conférences AMU - HDR
    équipe Traitement des Eaux et Déchets
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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

-    Rhéomètre
-    Calorimètre SETARAM C80
-    Spectromètre UV et IR équipé avec une cellule gaz pour mesure on-line continu et ATR
-    Micro-chromatographe gaz
-    Pilote de Gazéification semi Batch (10 gr) (études de faisabilité)
-    Banc de caractérisation de la pollution des eaux (DCO, DBO5, MES, MVS, PO43+, NH4+, NO3- …)
-    Calorimètre de réaction (1 L)
-    Réacteurs hydrothermaux hautes pression et température, batch (200 mL 350°C, 40MPa) et continus (6 L/h, 500°C, 30MPa)
-    Pompes haute pression
-    Bioréacteurs

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

Kumamoto University (Japon) / EAN Bogotá (Colombie) / La Sapienza Rome (Italie) / Politecnico di Torino (Italie) / LBGEL-ENIS Sfax (Tunisie)

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

ENGIE / A3i INOVERTIS / Société du Canal de Provence / Athéna Recherche & Innovation / Earthwake / CMA-CGM

Académiques - Institutionnelles :

Région PACA / Institut de Mécanique et Ingénierie (IMI) / FR Fabri de Peiresc / FR ECCOREV / BIP Marseille / BBF Marseille / CEREGE Aix-en-Provence / INERIS Aix-en-Provence / DEEP-INSA Lyon / LRGP Nancy / LGC Toulouse / Hôpitaux de Marseille

 

Dernières publications de l'équipe

  • Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩ Plus de détails...
  • Tetyana Kyrpel, Vita Saska, Anne de Poulpiquet, Mathieu Luglia, Audrey Soric, et al.. Hydrogenase-based electrode for hydrogen sensing in a fermentation bioreactor. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 225, pp.115106. ⟨10.1016/j.bios.2023.115106⟩. ⟨hal-03963086⟩ Plus de détails...
  • Antonello Tangredi, Cristian Barca, Jean-Henry Ferrasse, Olivier Boutin. Effect of process parameters on phosphorus conversion pathways during hydrothermal treatment of sewage sludge: A review. Chemical Engineering Journal, 2023, 463, pp.142342. ⟨10.1016/j.cej.2023.142342⟩. ⟨hal-04303018⟩ Plus de détails...
  • Cristian Barca, Matteo Magari, Hélène Miche, Pierre Hennebert. Effect of different wastewater composition on kinetics, capacities, and mechanisms of phosphorus sorption by carbonated bauxite residue. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 10 (6), pp.108922. ⟨10.1016/j.jece.2022.108922⟩. ⟨hal-03884024⟩ Plus de détails...
  • Shumet Sharew, Ludovic Montastruc, Abubeker Yimam, Stéphane Négny, Jean-Henry Ferrasse. Alternative Energy Potential and Conversion Efficiency of Biomass into Target Biofuels: A Case Study in Ethiopian Sugar Industry- Wonji-Shoa. Biomass, 2022, 2 (4), pp.279-298. ⟨10.3390/biomass2040019⟩. ⟨hal-03936793⟩ Plus de détails...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

25 janvier 2024 - Développement d'approches intégrées pour la récupération de nutriments et de vecteurs énergétiques à partir des eaux usées et des biomasses résiduaires / Soutenance HDR Cristian Barca
Date et lieu : le jeudi 25 janvier 2024 à 10h00 au M2P2, Grand Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois, Avenue Louis Philibert 13290 Aix en Provence.

Résumé : La mise en œuvre d’une économie circulaire dans les secteurs des eaux usées et des biodéchets représente aujourd’hui un enjeu de grande actualité pour les chercheurs et les professionnels dans le domaine de la gestion durable des ressources. En effet, la récupération de vecteurs énergétiques et matières premières secondaires à partir des eaux usées et des biodéchets peut représenter une solution durable pour surmonter la pénurie de ressources naturelles non renouvelables. En particulier, les eaux usées et les biomasses résiduaires telles que les boues d'épuration, les digestats de méthanisation et les lisiers d’élevage représentent des sources renouvelables de carbone organique et de nutriments tels que l'azote (N), le potassium (K) et le phosphore (P) qui peuvent être valorisés dans la production de biocarburants (e.g. biogaz, biohuiles) et d'engrais (e.g. précipités de N, K et P). Par conséquent, le développement de procédés innovants qui intègrent la récupération de vecteurs énergétiques et de nutriments lors du traitement des eaux usées et des biomasses résiduaires a reçu une attention croissante au cours de la dernière décennie.
Depuis l’obtention d'un doctorat en Génie des Procédés, mon activité de recherche a porté principalement sur le développement de procédés destinés au traitement et à la valorisation des eaux usées et des biomasses résiduaires, avec un accent particulier sur la récupération de nutriments et vecteurs énergétiques. Ces recherches ont ainsi contribué à l’avancement scientifique des connaissances sur les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de conversion et de transfert, ainsi qu’à l’avancement technologique de la conception et de la mise au point des procédés. Dans le cadre de la préparation du diplôme d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR), cette présentation de soutenance portera sur une synthèse des travaux de recherche menés depuis l’obtention du doctorat. Enfin, la stratégie de recherche et quelques perspectives de recherches futures seront présentées.

Mots clés : Eaux usées, Biomasses résiduaires, Nutriments, Biogaz, Économie circulaire

Jury
Mme Alessandra CARUCCI,   Professeur des Universités, Université de Cagliari (Italie), Rapporteur
Mme Véronique DELUCHAT,  Professeur des Universités, Université de Limoges (France), Rapporteur                     
M Rémy GOURDON,   Professeur des Universités, INSA Lyon (France), Rapporteur   
M Florent CHAZARENC,   Directeur de recherche, INRAE Lyon (France), Examinateur
M Eric RECORD,   Directeur de recherche, INRAE Marseille (France), Examinateur
Mme Laure MALLERET,   Maître de Conférences (HDR), Aix-Marseille Université (France), Examinateur
M Olivier BOUTIN,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Tuteur
M Jean-Henry FERRASSE,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Invité
28 novembre - Sustainable biorefinery schemes for the recovery of energy, material and nutrient of residual biomass / Soutenance de thèse Monica AMADO
Doctorant : Monica AMADO 

Date : lundi 28 novembre à 9h30 dans La salle 205 du CEREGE / Arbois

Abstract : Agricultural activities are a constant source of residual biomass that does not usually have an added value during harvesting activities or throughout the raw material transformation industry, impacting the environmental surroundings where these activities take place. The residual biomass coming from the livestock sector (manure) and the agricultural sector (transient and permanent crops) has a high pollutant load related to biodegradable organic matter.  
The problem of the project focuses on Colombian economic changes that have encouraged the use of biofuels as an alternative to reduce dependence on the fossil fuel industry. By presenting the biological processes of anaerobic co-digestion (AD) or dark fermentation (DF) as an alternative for the waste valorization of three relevant agricultural waste from the Colombian (coffee mucilage, cocoa mucilage and swine manure) due to its production increase and their high content of carbohydrates, proteins, and cellulose. 
Bioprocesses are limited by efficient and optimal design. Therefore, the results present three biorefinery schemes modeled in Aspen Plus, for the recovery of products and by-product. Furthermore, through energy, by using Aspen Energy Analyzer and life cycle assessments (LCA - SimaPro), the project presents the sustainability and efficiency for the proposed schemes.  
The project aims an advance in the subject given that the first works in the country have been conceptual approaches to develop the biorefinery concept. 
  
Jury

  • Pierre BUFFIERE  Rapporteur - Professeur, INSA de Lyon, France 
  • Ludovic MONTASTRUC  Rapporteur - Professeur, INP Toulouse, France 
  • Paola ACEVEDO  Examinatrice - Maître de conférences, Université Coopérative de Colombie, Colombie 
  • Ivan CABEZA  Examinateur - Professeur, Université La Salle, Colombie 
  • Hélène CARRERE  Présidente de jury - Directrice de recherche INRAE, France 
  • Jean-Henry FERRASSE - Directeur·de these - Professeur, Aix-Marseille Université, France 
  • Cristian BARCA - Co-directeur·de these - Maître de conférences, Aix-Marseille Université, France