Etude du démarrage de procédés intensifs de méthanisation. Impact des conditions hydrodynamiques et de la stratégie de montée en charge sur la formation et l'activité du biofilm - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Start-up of intensive anaerobic wastewater treatment processes. Impact hydrodynamic conditions and control strategy of organic load increase on biofilm formation and activity

Etude du démarrage de procédés intensifs de méthanisation. Impact des conditions hydrodynamiques et de la stratégie de montée en charge sur la formation et l'activité du biofilm

Résumé

The start-up of high rate anaerobic biofilm processes is a long and difficult step, which is a major obstacle for a broad implementation of this type of processes at the industrial level. This stage is closely related to the formation and maturation of an active biofilm that largely conditions the performances of the system. The objectives of this work were to understand and better control the biofilm formation, in order to reduce the duration of this start-up phase. The study of the influence of several parameters, such as the duration of the inoculation phase, the variation of the hydrodynamic strengths (controled by the velocity of biogas recirculation), the control strategies of the organic load increase and the hydraulic retention time, was assessed during the start-up of inverse turbulent bed reactors at laboratory scale. This approach led to the development of start-up strategies focused on the optimization of the bioreactors performances and on the biofilm development. Some of the selected strategies were applied to start-up a pre-industrial scale up-flow fixed bed reactor (1m3), fed with a real effluent. The impact of the strategies implemented on the dynamics of the anaerobic microbial populations was also assessed using molecular tools such as PCR-SSCP and FISH. Molecular monitoring of the biofilm population dynamics by a full cycle 16S rDNA approach made it possible to connect the dynamics of the population and the operational parameters of each reactor. This analytical system combining a macroscopic approach, based on the reactors performances assessment, to a microscopic one, based on molecular techniques, made it possible to better understand the interactions between physiology, mixed population dynamics and bioreactor implementation conditions. Knowledge produced constitutes a valuable data base for the anaerobic biofilms processes engineering. These could be used to adapt the operating conditions of the bioreactors to optimize the biofilm formation and start-up of the intensive anaerobic wastewater treatment processes.
Le démarrage des réacteurs intensifs de gestion anaérobie à biomasse fixée est une étape encore mal maîtrisée, dont la durée et la difficulté de mise en œuvre demeurent des obstacles majeurs à une large application de ce type de procédés au niveau industriel. Cette étape est étroitement liée à la formation et à la maturation d’un biofilm actif qui conditionne largement les performances du système. Les travaux résentés ici ont pour objectif de comprendre et de mieux contrôler la formation du biofilm afin de réduire la durée de cette phase de démarrage. L’influence de certains paramètres, tels que la durée de la phase d’inoculation, la variation des contraintes hydrodynamiques (imposées par la vitesse de recirculation du biogaz), les stratégies de contrôle de la montée en charge et le temps de séjour hydraulique, a été évaluée lors du démarrage de réacteurs à lit turbulé inverse (LTI) de laboratoire. Cette approche a permis la mise au point de stratégies de montée en charge centrées sur l’optimisation des performances des réacteurs et sur le développement du biofilm. Certaines des stratégies sélectionnées ont été appliquées au démarrage d’un réacteur préindustriel (1m3) à lit fixe orienté (LF) alimenté en flux ascendant par un effluent réel. Leur impact a également été évalué au niveau microbiologique (identification et dynamique des populations) grâce à l’utilisation d’outils moléculaires (clonage, séquençage, PCR-SSCP et FISH). Cette démarche analytique combinant une approche macroscopique, basée sur le suivi des réacteurs, à une approche microscopique, basée sur des techniques moléculaires, a permis de mieux comprendre les interactions entre la physiologie, la dynamique des populations mixtes et les conditions de mise en œuvre dans les bioréacteurs. Les connaissances créées constituent une base de données précieuse pour le développement des procédés anaérobies à biofilms. Elles pourront être mises à profit pour adapter les conditions opératoires des bioréacteurs afin d’optimiser la formation du biofilm et le démarrage des procédés intensifs de méthanisation.
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Citer

Romain Cresson. Etude du démarrage de procédés intensifs de méthanisation. Impact des conditions hydrodynamiques et de la stratégie de montée en charge sur la formation et l'activité du biofilm. Sciences du Vivant [q-bio]. Université Montpellier 2 (Sciences et Techniques), 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02824636⟩
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