Dissertationen zum Thema „Séparation solide liquide“

Le procédé actuel de trituration du lin basé sur un pressage mécanique suivi d’une filtration répond aux contraintes du développement durable. Le but de ce travail est d’étudier le lien entre la composition de la matière première traitée (les graines ou l’huile de lin) et les performances du procédé. Nous avons montré que le mucilage (polysaccharides de la cuticule de la graine) n’est pas un paramètre régissant le pressage à froid des graines de lin. Dans la graine, l’accumulation du mucilage et des substances de réserves telles que l’huile sont fortement influencées par les conditions météorologiques. Dans ces conditions, le pressage de graines avant maturité a confirmé que la meilleure période de récolte des graines de lin se situait à la fin de la maturation (au-delà de 700 degrés jours de croissance). Une concordance entre les performances de pressage à l’échelle laboratoire (3 g en batch) et à l’échelle pilote (5 kg/h) a été obtenue, ce qui laisse présager une transposition possible vers l’échelle industrielle. Un fort impact des phospholipides sur la filtration de l’huile de pressage a été montré. Une concentration optimale à 2% de lécithine a été identifiée pour la filtration de l’huile. L’agitation de la suspension lors de la filtration n’est pas nécessaire pour améliorer le procédé, mais la filtration à 50°C permet une augmentation très significative de la vitesse de filtration. La poursuite de ces travaux aux échelles pilote et industrielle devrait permettre de bénéficier d’une méthode de détermination de la pressabilité des graines au laboratoire permettant une prédiction des performances industrielles dans les étapes de sélection variétale des graines
The actual linseed trituration process is based on a mechanical pressing followed by a filtration. This process is in agreement with the considerations of sustainable development. The aim of this work was to study the link between the raw material composition (seed or linseed oil) and the process efficiency. The results have shown that mucilage (polysaccharides from the seed cuticule) was not a parameter influencing the linseed cold pressing. In the seed, the mucilage and reserve substances (as oil) accumulation was highly influenced by the meteorological conditions. The expression of seed before maturity had confirmed that the best harvesting period was at the end of the maturation (after 700 growing degree days). A similarity between the expression performances at laboratory scale on 3 g of seeds and at pilot scale (5 kg/h) was highlighted. This could be a sign of a possible transposition towards industrial scale. A strong effect of phospholipids on expressed oil filtration was displayed. An optimal concentration of 2% of lecithin was identified for oil filtration. The suspension stirring during filtration is not necessary to improve the process. But a filtration at 50°C allowed a very significative increase of the filtration rate. The pursuit of this work on pilot and industrial scale should permit to benefit from a method to determine pressability of the seed in the laboratory. This pressability could allow the prediction of the process industrial efficiency during the seed breeding

Les électrotechnologies d'électrocoagulation, de déshydratation électroosmotique et d'électrofiltration ont été étudiées en utilisant un champ électrique continu. Ce travail de thèse montre qu'elles améliorent la séparation liquide-solide de suspensions colloi͏̈dales lorsqu'elles sont associées aux procédés mécaniques de décantation et de filtration. Il présente également de& méthodes pour réduire leur consommation électrique. Il est établi que l'électrocoagulation constitue une alternative à la coagulation chimique classique pour l'épuration d'eaux chargées en colloi͏̈des grâce aux propriétés des flocs obtenus. Plus larges et denses; ils sont, par conséquent, plus aptes à filtrer et à sédimenter. Un nouveau procédé d'électroosmose sous compression mécanique a été expérimenté sur un filtrepresse de laboratoire pour déshydrater des suspensions salines. Il a permis un gain de siccité sur de la silice de 15 % comparé à une déshydratation mécanique classique. Ce travail a prouvé que les gaz d'électrolyse et de sédimentation des particules influencent la cinétique d'électrofiltration. Un modèle de cinétique d'électrofiltration a été élaboré pour les prendre en compte, en complément des effets d'électroosmose et d'électrophorèse. Il est également montré, en électrofiltration, que les réactions d'électrolyse de l'eau aux électrodes induisent des variations de pH qui peuvent provoquer une agrégation des particules dans le gâteau de filtration. Cet effet, qui a fortement augmenté la perméabilité du gâteau, représente un moyen efficace pour accélérer la filtration d'une suspension colloi͏̈dale
The electrotechnologies of electrocoagulation, electroosmotic dewatering and electrofiltration were studied using a continuous electric field. This investigation shows that they improve the liquid-solid separation of colloidal suspensions when they are combined with mechanical processes of decantation and filtration. It also presents methods to reduce their electrical consumption. It has been shown that electrocoagulation constitutes an alternative to traditional chemical coagulation for the purification of water containing colloids thanks to flocs properties. Larger and dense; they are, consequently, more suited to filter and decant. A new electroosmosis process under mechanical compression was tested on a laboratory filter-press to dehydrate saline suspensions. It allowed a 15 % gain of dryness on silica compared with a traditional mechanical dehydration. This work proved that the electrolytic gases and the particles sedimentation influence the electrofiltration kinetics. A model of electrofiltration kinetics was developed to take them into account, in complement of electroosmosis and electrophoresis effects. It is also shown, in electrofiltration, that the electrolysis reactions of water at the electrodes induce variations of pH which can cause an aggregation of the particles in the filter cake. This effect, which strongly increased the cake permeability, represents an useful means to accelerate filtration of a colloidal suspension

La séparation des solides produits au sein des systèmes de traitement biologique est une étape cruciale ayant un grand impact sur la qualité de l’effluent. Jusqu’à présent, peu d’études se sont attardées aux spécificités que présente la séparation de la biomasse provenant de systèmes à culture fixe. D’une part, les concentrations relativement faibles de solides présents dans l’effluent des réacteurs ne permettent pas une biofloculation aussi efficace que lors de la décantation freinée observée au sein des clarificateurs de filières à boues activées. D’autre part, les solides présents à l’effluent d’un réacteur biologique à biomasse fixe sont principalement composés de fragments desquamés de biofilm possédant des caractéristiques associées à la décantabilité différant significativement de celles des cultures en suspension. L’objectif de l’étude consiste donc en la caractérisation de la décantabilité des solides contenus dans l’effluent de réacteurs équipés de cellules flottantes à microbiote fixe. Les cellules, contenant le support inerte BIONESTMD permettant la fixation d’une biomasse, ont été incorporées dans des réacteurs (échelle pilote) alimentés avec de l’eau usée domestique. Le montage expérimental a permis de mesurer l’influence des conditions d’opération des réacteurs sur la décantabilité des matières en suspension produites. Les variables ayant été modifiées sont la température et la charge organique surfacique. Des échantillons prélevés directement en aval des pilotes ont été analysés dans le but de mesurer l’influence de ces paramètres d’opération sur la décantabilité des boues produites. Des mesures de distributions de la taille des particules et de leur vitesse de sédimentation ainsi que des essais permettant de quantifier les matières en suspension décantables ont été réalisés sur chacun des échantillons. Les résultats obtenus permettent de constater que la charge surfacique appliquée (0,4 à 10 gDBO5Cs/m².d) n’a pas d’influence statistiquement significative sur la décantabilité des solides produits. La température d’opération (0,1 à 16°C) des réacteurs, quant à elle, affecte de manière significative la séparabilité des solides produits (degré de confiance de 95%). Il est possible de constater que les réacteurs pilotes opérés à des températures plus basses que 14°C permettent la production de solides auxquels sont associées les meilleures performances de décantation (pourcentage de matières en suspension décantées et concentration en MeS après décantation). En considérant que la vitesse de sédimentation est fonction de la taille des particules, les mesures de distributions de la taille des particules permettent d’expliquer les résultats obtenus. Il est effectivement possible de constater qu’une proportion plus grande de particules dont la taille est supérieure à 100 µm (décantables) est observée à l’effluent des pilotes opérés à des températures allant de 0,1 à 10°C. Les performances de décantation (tendances centrales) ainsi que la proportion des solides dont la taille est supérieure à 100 µm sont diminuées pour les pilotes opérés à des températures supérieures à cette plage.
Solid-liquid separation represents a crucial step of biological wastewater treatment processes. It has a large impact on the effluent quality of the facilities. Until now, only few studies were conducted focusing on the separation of solids produced in fixed-film processes. First, the relatively low sludge concentrations do not facilitate bioflocculation making separation less efficient than in activated sludge secondary settlers, where hindered settling occurs. Second, the solids produced in fixed-film biological reactors are mostly sloughed biofilm fragments. The settling potential of that type of particulate matter is quite different from the separation potential of activated sludge. The aim of the present study was to characterize the settleability of solids produced in fixed-film biological reactors. Cells containing BIONEST® inert media allowing the attachment of biomass were incorporated in pilot reactors fed with domestic wastewater. The experimental setup allowed the evaluation of the impact of operating conditions on the settleability of the produced solids. The variables studied were the temperature and organic load. Effluent samples were taken directly downstream the pilot reactors in order to measure the influence of those parameters on the solids’ settling potential. Particle size distributions, settling velocity distributions as well as tests allowing quantification of settleable solids were performed on each sample. The obtained results show that the applied organic load (0,4 to 10 gDBO5Cs/m².d) does not have a statistically significant effect on settleability. The operating temperature (0,1 to 16°C), in contrast, significantly affects solids separability (95% confidence level). The reactors operated at temperatures lower than 14°C allowed the production of solids with the best settling performance (percentage of suspended solids settled and suspended solids concentration after settling). Considering the fact that the settling velocity is a function of particle size, particle size distribution measurements were used to explain the obtained results. Indeed, it can be noted that a larger fraction of large particles (>100 µm) is contained in the effluent of the pilots operated at temperatures between 0,1 and 10°C. The settling performance (central tendencies) as well as the fractions of large particles decreased for pilots operated at temperatures above 10°C.

Le secteur de la méthanisation à la ferme ou territoriale connait un fort développement, entrainant la production de grandes quantités de digestats. Si la fraction solide de ces digestats est généralement utilisée en tant qu’amendement organique, la fraction liquide peut être valorisée par la récupération des éléments minéraux bien que la présence de composés organiques pose des problèmes de traitement et d’élimination. Les objectifs de cette thèse sont i) de caractériser la fraction liquide des digestats et donner des premiers éléments pour leur futur traitement et ii) d’expliquer la variabilité des composés résiduels présents dans cette fraction liquide en relation avec l’origine des substrats, les paramètres du procédé de méthanisation et le type de séparation solide/liquide. Dans une première partie, nous avons caractérisé de manière détaillée onze digestats issus d’installations industrielles de co-digestion. Le fractionnement par neuf filtrations successives de la fraction liquide des digestats a permis de quantifier la contribution des matières en suspension, des colloïdes grossiers et fins et des matières dissoutes aux différents paramètres physico-chimiques et biologiques. Il a été montré la faible biodégradabilité aérobie des composés organiques dont la majeure partie se trouve dans la matière en suspension (> 1,2 µm). Pour élargir la base de données, nous avons caractérisé dix-huit digestats supplémentaires et un digestat de boues de station d’épuration dont les fractions liquides ont été fractionnées par deux filtrations successives (1,2 μm et 1 kDa). L’analyse en composantes principales, la classification hiérarchique et la matrice de corrélation réalisées sur l’ensemble des 30 digestats ont mis en avant l’impact majeur des techniques de séparation solide/liquide sur la composition de la fraction liquide des digestats. Dans le groupe des techniques de séparation hautement performantes, des sous-groupes ont permis de distinguer les digestats à base de boues d’épuration, ceux à base de lisiers porcins et ceux issus de procédés piston thermophiles. Dans le groupe des procédés de séparation à faible performance, les teneurs en DCO et matières sèches de la fraction liquide des digestats ont été corrélées aux teneurs en cultures énergétiques et fumiers bovins dans l’alimentation. Finalement, pour l’ensemble des digestats, le paramètre SUVA, lié à la teneur en matière aromatique et à la stabilisation des composés, a été corrélé au temps de séjour des digesteurs. Pour comprendre l’origine des composés résiduels observés dans la fraction liquide des digestats issus de la co-digestion avec de fortes proportions de fumier bovin, quatre réacteurs CSTR alimentés avec respectivement de la paille de blé, de la bouse de vache et du fumier ont été conduits pendant 48 semaines. Les performances de méthanisation ont mis en évidence le caractère âgé du fumier qui avait été partiellement dégradé pendant le stockage à la ferme. Ainsi la fraction liquide du digestat du fumier a présenté les plus fortes concentrations en composés organiques qui en outre présentaient une complexité, mesurée par fluorimétrie 3D, plus élevée que les autres substrats. La fraction liquide du digestat issue de la méthanisation de la paille a révélé les plus fortes proportions de DCO dans les fractions colloïdales et dissoutes. La faible biodégradabilité des composés organiques et leur forte proportion dans les matières en suspension suggèrent le développement de procédés physico-chimiques de séparation tels que la coagulation pour le traitement de la fraction liquide des digestats
Agricultural and centralized biogas plants are facing a fast development, leading to the production of huge amounts of digestates. Whereas the solid fraction of digestates is used as fertilizer, the liquid fraction can be valorized by the recovery of mineral materials, although the presence of organic compounds may be problematic for the treatment and disposal of this effluent. The objectives of this thesis are: i) to characterize the liquid fraction of digestates and to provide guidelines for its further treatment, ii) to explain the variability of residual compounds in the liquid fraction of digestates in relation with substrate origin, process parameters and the type of solid-liquid separation. In a first part, eleven digestates from full scale codigestion plants were thoroughly characterized. Their liquid fractions were fractionated by nine successive filtrations, which allowed quantifying the contribution of suspended particles, coarse and fine colloids and dissolved matter on several physico-chemical and biological parameters. Organic compounds were mainly found in suspended particles (> 1.2 µm) and presented low aerobic biodegradability. To enlarge the data base, eighteen more digestates from codigestion and one digestate from waste activated sludge were characterized; their liquid fractions were fractionated by two successive filtrations (1.2 μm and 1 kDa). Principal component analysis, hierarchical clustering analysis and correlation matrix carried out on the 30 digestates set, highlighted the major impact of the solid-liquid separation process on the composition of the liquid fraction of digestates. In the high performance separation process group, subgroups allowed separating digestates from sewage sludge, digestates from pig manure and digestates from plug-flow thermophilic processes. In the low performance separation process group, COD and total solids concentration in the liquid fraction of digestates were correlated to the percentage of energy crops and cow manure in the feed. Finally, SUVA parameter which accounts for aromatic compounds content and the stabilization of organic matter, was correlated to the retention time in digester for the whole digestates set. To understand the origin of residual compounds in the liquid fraction of digestates from co-digestion of high proportions of cattle manure, four CSTR reactors fed with wheat straw, cow dung and cow manure were operated for 48 weeks. Anaerobic digestion performances showed that cow manure had undergone some aerobic degradation during its storage at the farm. Therefore, the liquid fraction of manure digestate had the highest concentrations in organic compounds. In addition, these organic compounds had the highest complexity measured by 3D fluorimetry. The low biodegradability of organic compounds and their high percentage in suspended particles suggest the development of physico-chemical separation process such as coagulation for the treatment of the liquid fraction of digestates

La formation de gels de silice dans les procédés hydrométallurgiques est très souvent problématique pour la performance des étapes de séparation solide-liquide, en raison du colmatage des filtres. Ces étapes interviennent en aval des étapes de lixiviation visant à mettre en solution les éléments d'intérêts, notamment dans des milieux à forte acidité. Egalement mis en solution au cours de ces attaques acides, le silicium précipite alors sous forme d'oxyde de silicium et forme des gels extrêmement préjudiciables à la filtration. Dans le cadre d'une collaboration avec ERAMET Research, centre de recherche d'ERAMET, groupe minier français qui conçoit des procédés hydrométallurgiques, nous avons étudié l'influence des conditions de lixiviation d'un minerai spécifique sur la cinétique de dissolution du silicium ainsi que sur les mécanismes de précipitation de la silice en milieu acide. Nous avons montré qu'en-dessous d'une valeur de pH égale à 2, la silice polymérise pour former des gels suivant des mécanismes indépendants de la composition ionique de la solution. L'étude structurale des gels obtenus, réalisée par diffusion de rayonnement aux petits angles (SAXS) nous a conduit à proposer un modèle pour la mésostructure qui permet de comprendre leur impact sur les vitesses de filtration. Par la suite, des stratégies consistant à modifier la mésostructure des gels par des approches physiques ou physico-chimiques ont été considérées. Les résultats obtenus ont montré la possibilité d'utiliser à court terme ces stratégies pour améliorer la filtrabilité des gels de silice dans un procédé hydrométallurgique
The formation of silica gels in hydrometallurgical processes is very often problematic for the performance of the solid-liquid separation steps, due to clogging of the filters. These steps are carried out downstream of leaching aiming to solubilize the elements of interests, in particular in solutions with strong acidity. Also dissolved during acidic leaching, the silicon then precipitates in the form of silicon oxide and forms gels extremely detrimental to filtration. In collaboration with ERAMET Research, a research center of ERAMET, a french mining group that designs hydrometallurgical processes, we studied the influence of the leaching conditions of a specific ore on the dissolution kinetics of silicon as well as on the mechanisms of precipitation of silica in an acidic solution. We have shown that below a pH value of 2, silica polymerizes to form gels following mechanisms independent of the ionic composition of the solution. Based, on the structural study of the gels, carried out by small angle radiation scattering (SAXS) we proposed a model for the mesotructure, which explain the impact on filtration rates. Subsequently, strategies to modify the mesostructure of the gels by physical or physicochemical approaches were considered. The results have shown the potentialities of these strategies in the short term to improve the filterability of precipitated silica gels in a hydrométallurgical process

Dans le cadre du procédé de séparation cryogénique des gaz de l'air (T< 100 K), impuretés telles que le CO2 et le N2O peuvent se solidifier au niveau de l'échangeur de chaleur placé entre les deux colonnes de distillation cryogénique.La formation du solide doit être évitée pour deux principales raisons:- au niveau opérationnel, le solide constitue une résistance supplémentaire aux transferts de chaleur et de matière, et augmente les chutes de pression dans les colonnes de distillation;- au niveau sécurité, la présence d'une phase solide peut également favoriser l'accumulation d'hydrocarbures légers qui forment avec l'oxygène liquide des mélanges potentiellement inflammables.Les conditions de formation thermodynamique de la phase solide doivent être parfaitement maitrisées dans le cadre de la distillation cryogénique. C'est pourquoi, il est indispensable de disposer d'une équation d'état adaptée qui permette de représenter les diagrammes de phases impliquant une phase solide dans les conditions opératoire du procédé.L'objectif principal de la thèse est de développer un modèle thermodynamique pour représenter les équilibres de phases solide – fluides. Ce travail nécessite de mettre au point des algorithmes de résolution des équilibres bi et triphasiques et de déterminer le meilleur jeu de paramètres du modèle en s'appuyant sur la disponibilité des données expérimentales dans les conditions cryogéniques.Le modèle permet d'améliorer la connaissance des équilibres et constitue un outil indispensable pour maîtriser les risques associés à la présence de phases solides pour le procédé de distillation cryogénique
In the framework of the cryogenic air separation, impurities such as CO2 and N2O may solidify at the reboiler-condenser placed between the two distillation columns.The formed solid could provide an additional strength to the heat and material transfers, and increase the pressure drops in the distillation columns.Furthermore, the presence of a solid phase can promote the accumulation of light hydrocarbons which may form flammable mixtures with liquid oxygen.Therefore, the presence of solid phases must be controlled see avoided within the cryogenic air distillation process.The main issue of this thesis is to develop a suitable model for representing solid phases and their equilibrium with the liquid and vapor phases at the operating conditions of the process, and to obtain full phase diagrams which would improve the knowledge of phase equilibria and the control of the risks associated to the presence of solid phases

La separation de particules solides immergees dans un liquide en ecoulement au travers d'un champ magnetique statique intense a ete etudiee. Des forces magnetiques, liees aux susceptibilites magnetiques et au gradient spatial de champ magnetique, ou bien des forces electromagnetiques, liees aux conductivites electriques et au mouvement relatif de l'element conducteur par rapport au champ magnetique, peuvent etre mises en oeuvre. La separation est effective lorsque ces forces agissent sur la trajectoire des particules perpendiculairement a la direction de l'ecoulement. Ce sont les forces precedemment citees agissant soit directement sur la particule, soit via le liquide par l'intermediaire de forces de pression. A partir de la distribution du champ magnetique delivre par un bobinage supraconducteur axisymetrique vertical, deux principes de separation sont proposes. Un exploite les zones de gradient de champ ou un ecoulement de liquide conducteur et/ou magnetique, de type cylindrique parallele a l'axe du bobinage permet d'obtenir des forces electromagnetiques et magnetiques. L'autre exploite la zone centrale de champ homogene ou un ecoulement de type conique convergent ou divergent, incline par rapport a l'axe du bobinage, permet d'obtenir des forces electromagnetiques. Les effets des forces electromagnetiques et magnetiques sur la deviation de particules sont demontres experimentalement grace a la conception et l'exploitation de dispositifs creant des ecoulements cylindrique ou conique dans les differentes zones de champ de bobinages supraconducteurs. Des solutions aqueuses a proprietes conductrices et/ou magnetiques chargees en particules de plexiglas sont testees. Une simulation numerique des aspects electromagnetiques induits dans le procede est developpee et validee a partir des ordres de grandeur deduits de l'approche theorique ou obtenus experimentalement.

Dans le cadre de cette thèse, un ouvrage de type séparateur hydrodynamique est étudié pour répondre aux problématiques environnementales liées aux déversements de macro-déchets en mer. La première partie est destinée à l’analyse du fonctionnement hydraulique de l’ouvrage et son aptitude face au colmatage sur un pilote en laboratoire. Les données collectées vont ensuite permettre la validation d’une approche numérique capable de simuler l’écoulement. Cette technique est par la suite utilisée pour optimiser l’écoulement et la forme de la grille. Nous avons démontré, à partir de simulations numériques, l’intérêt d’une grille de type métal déployé pour obtenir des phénomènes d’agitations turbulentes et de gradient de pression important à l’amont de la grille. Ces phénomènes favoriseraient ainsi la dispersion des polluants et limiteraient les phénomènes de colmatage. La dernière partie de ce travail a été d’étudier le fonctionnement d’un ouvrage grandeur nature et d’observer son efficacité
The installation of hydraulic structures to separate particles is a key element to improve the quality of water bodies. This PhD work focus on the study of a hydrodynamic separator used to capture large wastes before their discharge into the see. Tangential separation mechanism along a screen is used in this device. The first part of the work consists in studying the hydraulic behavior and the clogging effectiveness of the device with laboratory experiments. A CFD multiscale approach was developed in this work to optimize the shape of the screen in order to avoid clogging. This method, validated against experimental data, allows us to predict that expanded metal stripes are useful to develop turbulence and pressure gradients upstream the screen. This hydrodynamic phenomenon favor particles and pollutants ejection near the apertures. The last part of the work was to study the hydrodynamic behavior and the real efficiency with in situ experiments

En raison de rejets agricoles et urbains, le lac Saint-Augustin (Québec) s’est enrichi en phosphore ([Ptot] = 60-120 µg/L), de sorte que ce lac est actuellement eutrophe. La source principale de phosphore étant ses sédiments, deux techniques de gestion des sédiments contaminés ont été évaluées lors d’essais in situ en plateforme flottante dans des enclos : le dragage hydraulique (par succion) et le dragage mécanique (par benne preneuse). Trois procédés de séparation de phases solide-liquide ont été également évalués sur les sédiments dragués : la décantation, la coagulation-filtration et la clarification par hydrocyclone. Le dragage hydraulique a permis d’atténuer l’apport de phosphore par les sédiments, contrairement au dragage mécanique, ce dernier ayant causé la remise en suspension des sédiments. La coagulation-filtration et la décantation ont permis d’obtenir une phase liquide plus limpide que l’eau du lac, avec une très faible teneur en phosphore, [Psoluble] < 10 µg/L.
Because of urban and agricultural pollution, Saint-Augustin Lake (Quebec) is in a eutrophic state, with high content of phosphorus ([Ptot] = 60-120 µg/L). As its sediments are the main source of phosphorus, two techniques of contaminated sediment management were assessed during in situ experiment on a floating platform with enclosures: hydraulic dredging (by pumping) and mechanical dredging (with a clamshell bucket). Three techniques of solid-liquid separation were also assessed on the dredged sediment: decantation, coagulation-filtration and separation by hydrocyclone. The hydraulic dredging managed to limit the phosphorus release from the sediment, not like the mechanical dredging that also caused a resuspension of sediment. The coagulation-filtration and the decantation enabled to obtain a liquid phase clearer than lake water with a very low content in phosphorus, [Psoluble] < 10 µg/L.

La présence de micropolluants est un aspect majeur pour évaluer la qualité des eaux. Depuis quelques années les méthodes analytiques combinant l’extraction sur phase solide et la séparation par chromatographie liquide couplée à la détection par spectrométrie de masse en tandem se sont imposées pour mesurer une large gamme de micropolluants. A partir d’un exemple d’analyse multi-résidus de pesticides et de composés perturbateurs endocriniens dans les eaux, il a été recherché l’influence des différents paramètres de l’extraction, de la séparation, de la détection et du retraitement des données sur la qualité de l’analyse (répétabilité, fiabilité, stabilité, reproductibilité…). Chacune des étapes de la méthode d’analyse ont été optimisées et tous les paramètres qui influencent le signal des substances détectées avec ce type d’appareillage ont été discutés. Une réflexion globale sur l’origine des variations des signaux observées et sur la pertinence des solutions qui peuvent être apportées a été menée. Des exemples d’applications en milieu réel et en analyse inter-laboratoire des protocoles développés pour la mesure des pesticides valideront les solutions adoptées. Les clés et les outils permettant de maîtriser les résultats d’analyse des micropolluants dans l’eau par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse sont ainsi présentés dans ce travail
The occurrence of micropollutants is a major aspect in water quality assessment. For the last few years, analytical methods combining solid-phase extraction, liquid chromatography and tandem mass spectrometry has become the main technique for the analysis of a broad range of micropollutants. On the basis of some pesticides and endocrine disruptor compounds in water analysis, impacts of the parameters: extraction, separation, detection and data processing, on the analysis reliability (repeatability, accuracy, stability, reproducibility…) have been studied. Each step of the analytical method has been optimized and the parameters, affecting substance signals have been discussed. A global reflection upon the cause of signal variations and the possible answers to apply has been conducted. Proposed answers were validated by real matrix analysis and inter-laboratory studies. This work presents the tools and the key-points to ensure the results obtained by liquid chromatography/tandem mass spectrometry analysis

L'objectif de cette étude est de développer un procédé hybride qui combine à lacoagulation, la floculation et le procédé de flottation dans un hydroclone pour réaliser letraitement de l'eau. Le développement sert à déterminer la caractérisationhydrodynamique ainsi que les conditions optimales pour réaliser le traitement de l'eau.L'étude de caractérisation hydrodynamique est réalisée à l’aide d’une simulationnumérique (Computational Fluid Dynamics). Le travail expérimental a été réalisé à l’aidede la technique dite de l'échographie Doppler afin d’étudier l'hydrodynamique. Lesrésultats ont servi à valider la technique expérimentale « méthode de la goutte d’huile » et les connaissances de base expliquant les phénomènes du procédé hybride. La technique de diffraction du laser est utilisée pour déterminer la taille des micro-bulles ainsi que les paramètres qui affectent leur taille.Le travail expérimental sur le développement d'un pilot hybride est étudié avec del'eau synthèse et de l'eau naturelle. L'objectif de cette étude est d'appliquer ce procédéhybride pour le traitement de l'eau. Différents paramètres tels que les caractéristiques del'eau brute, le type et la concentration de coagulant et de floculant, la fraction de l'air et ledébit d'entrée, ont été modifiés à plusieurs reprises afin d'en déterminer les effets sur leprocédé hybride
The aim of this study is to develop a hybrid process which combines withcoagulation, floculation and flotation process in a hydroclone for water treatmentprocess. The development is for characterization the hydrodynamics of this process andto find the optimum condition for water treatment process.The hydrodynamics characterization study is carried out by the numericalsimulation (Computational Fluid Dynamics) and experimental work by Dopplerultrasound velocimetry technique to study the hydrodynamics for the further research.The results are used for validating the oil droplet experimental technique and to be thebasis knowledge to explain the phenomena in the hybrid process. Laser diffractiontechnique is involved for determining the micro bubbles size and also study on theparameter affects to the size. The experimental work of a developed hybrid pilot plant is studied with synthesisraw water and natural river water. The objective of this study is to apply this hybridprocess for the water treatment. The parameters have been varied in many operatingconditions to indicate the separation and the water treatment phenomena such as rawwater characteristic, coagulant - floculant type and concentration, air fraction and inletflow rate

Lorsqu'un solide est en contact avec un liquide, des phénomènes physico-chimiques conduisent à polariser l'interface. Deux zones de charge, de signe opposé, apparaissent à cette interface, une dans le solide et l'autre dans le liquide, formant ainsi la double couche électrique (DCE). Par rapport à la littérature existante, l’originalité de ce travail est de s’intéresser à la DCE à l’interface acier inoxydable 304L /film passif d’oxyde/ solution de NaCl (0.01M) en couplant des caractérisations électrochimiques, électriques et physiques. Une méthodologie de caractérisation par voie électrochimique en utilisant les méthodes de spectroscopie d’impédance (SIE) et de voltammétrie cyclique (CV) a été mise au point pour accéder à deux paramètres: la capacité effective et la densité surfacique de charge. Des modifications de la concentration de l'électrolyte, du potentiel appliqué et de l'état de surface ont ensuite été réalisées : la capacité effective de la DCE dépend principalement de la concentration et du potentiel et la densité surfacique de charge croît avec la concentration. Dans la gamme étudiée, la rugosité a une faible influence sur la capacité effective mesurée. Des analyses physico-chimiques de la surface ont permis de caractériser les films passifs formés sur l'acier, sans révéler de différences significatives entre les surfaces avant et après immersion. Un autre paramètre caractéristique de la DCE, la densité volumique de charge à la paroi, a été aussi déterminé par la méthode d'électrisation par écoulement du liquide. Les 3 méthodes de caractérisation (SIE, CV et électrisation) confirment l'influence de la concentration sur les caractéristiques de la DCE
When a metal is immersed in an electrolyte, a charge distribution is created at the interface and a potential is set up across the two phases. The separation between charges give rise to what are known as electric double layers (EDL). Compared to the usual solid/liquid interfaces investigated in the literature, this study is dedicated to the EDL at the stainless steel 304L / passive film / NaCl (0.01M) interface by combining electrochemical, electrical and physical methods. First, a methodology has been set up to characterise the EDL by the electrochemical methods: Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). Both the effective capacity and the surface charge density were evaluated. Then, several parameters were investigated such as the electrolyte concentration, the applied potential and the influence on the EDL of the surface preparation. The results showed that the double layer capacitance depends mainly on the concentration of the electrolyte and on the applied potential. The roughness seems to have a poor influence on the measured capacitance. Various physico-chemical analysis were performed in order to characterise the passive films formed at the surface: no significant difference could have been evidence between the surfaces before and after immersion. Finally, the volume charge density was also determined by the liquid flow electrification measurement. Whatever the characterization techniques used (EIS, CV or flow electrification), the same trend was observed with regard to the influence of the concentration on the characteristics of the EDL

L'objectif de ces travaux de thèse consiste à étudier et mettre en œuvre des matériaux polymères fonctionnels innovants, sous forme de poudre, pour l'extraction sélective de métaux du groupe platine (PGM) provenant d'effluents industriels. L'intérêt principal de ces matériaux polymères réside d'une part dans leur mise en forme sous forme de poudre, évitant le recours à des matériaux supports inertes, et d'autre part dans les fonctions extractantes spécifiques, à base de phosphine (MP-101) et d'oxyde de phosphine (MP-102).Ce travail a permis de montrer que la sorption d'ions Pd2+ (ion métallique cible) intervient via un phénomène de chélation du palladium par les fonctions phosphines sur le MP-101 et par les fonctions oxydes de phosphine sur le MP-102. Ce mode d'interaction induit des énergies de sorption du Pd et des sélectivités supérieures à celles généralement à l'œuvre lorsque le mode d'interaction est de l'échange ionique. Alors que les paramètres opératoires tels que le pH, la force ionique et la composition des effluents influencent la sorption du Pd sur le MP-102, la sorption sur le MP-101 est peu influencée par ces paramètres opératoires car les interactions phosphine-palladium sont très fortes. Ainsi la sorption du Pd sur le MP-102 est totalement réversible par élution en présence de thiourée ; par ailleurs la sorption sur le MP-101 permet d'atteindre des capacités de sorption très élevées, jusqu'à 8 mmol.g-1 dans des milieux représentatifs d'effluents industriels réels pour lesquels la concentration en acide sulfurique peut atteindre plusieurs moles par litre.Le MP-102 a été mis en œuvre dans un procédé couplant une étape de sorption et de microfiltration en continu. Ce système permet de confiner le polymère et d'exploiter ses propriétés de régénérabilité dans un système de cycles successifs de sorption-désorption rappelant la mise en œuvre des colonnes de résines échangeuses d'ions. Plusieurs cycles successifs ont été réalisés sans perte d'efficacité, permettant l'extraction sélective de palladium et de platine contenus dans une solution de lixiviation de pots catalytiques. Le MP-101 a été mis en œuvre au sein d'un système couplant la sorption à une étape de floculation-décantation suivi d'une incinération, pour récupérer les métaux sous forme métallique. Ce procédé a été appliqué avec succès à une solution minière permettant l'extraction sélective de Pd et Pt
The objective of this work consists in studying and implementing innovative functional polymer materials under powder form for the selective extraction of platinum group metals (PGM) from industrial effluents. The main interest of the polymeric materials studied in this work relies on their shaping powder, avoiding the use of inert support, and their binding functions: phosphine (MP-101) and phosphine oxide (MP-102).It has been shown that Pd2 + sorption (target metal ion) occurs by chelation through the phosphine functionalities onto the MP-101 and through the phosphine oxides functionalities on the MP-102. This binding mode induces higher sorption energies and selectivity toward Pd than the currently ion exchange mode. While the operating parameters such as pH, ionic strength and composition of the effluent were shown to affect the Pd sorption onto the MP-102, sorption onto MP-101 is less affected by these operating parameters since the interactions phosphine-palladium are very strong. Consequently, the Pd sorption onto MP-102 is completely reversible by elution with thiourea and sorption onto MP-101 lead to sorption capacities up to 8 mmol.g-1 in solutions representative of industrial effluents where the concentration of sulfuric acid can reach several moles per liter. The MP-102 has been implemented in a continuous process coupling a sorption stage with microfiltration. This system allowed using the polymer during successive sorption-desorption cycles without loose of sorption efficiency. This coupled process allowed the selective extraction of palladium and platinum from a leach solution with catalysts. The MP-101 was implemented in a system coupling sorption with a flocculation-decantation stage followed by the incineration of the sludge, allowing the recovery of metals in metallic form. This method has been successfully applied to mining effluents to the selective extraction of Pd and Pt

Dans une problématique de réduction des volumes de déchet, l’électro-compression (ou électro-déshydratation) apparaît être une technique efficace pour éliminer une grande partie de l’eau des boues résiduaires urbaines. Cette thèse de doctorat présente différentes contributions à l’étude de ce procédé appliqué à ce type de boues. Un lien entre les données cinétiques et énergétiques est établi par une étude expérimentale à l’échelle du laboratoire. D’autre part, un nouveau modèle relativement simple est proposé pour l’étude et la simulation de l’électro-compression et permet de mettre en avant les phénomènes prépondérants. Enfin, un protocole d’analyse ionique des filtrats et des tranches de gâteaux de boue a permis une étude de la migration des espèces chimiques au cours de l’électro-déshydratation
In the purpose to reduce waste amount, the electro-dewatering process is a promising technique to efficiently withdraw a large part of the water included in wastewater sludge. This PhD thesis contributes in various ways to the study of this technique. Lab-scale experiments showed correlations between dewatering kinetics and energy consumption of the process. Moreover, a new model, relatively simple, is proposed to study and simulate the process. This model highlights the main phenomena involved in the electro-dewatering. Finally, a study of the migration of chemical species during the dewatering process is carried out thanks to an analytical protocol measuring ions in filtrates and sludge slices.1

Les colonnes à bulles sont des contacteurs gaz-liquide très répandus en milieu industriel, notamment dans des applications de procédés chimiques, biologiques et minéralogiques. Dans la gamme de colonne à bulles disponible, l'airlift sous dépression est une innovation française présentant des caractéristiques très intéressantes pour le pompage hydraulique, le transfert de masse et la séparation des matières en suspension. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement de cet airlift amélioré, très utilisé dans le milieu industriel. L'objectif de la thèse est la caractérisation hydrodynamique de la colonne airlift sous dépression et l'analyse de ses capacités à assurer la fonction de séparation solide-liquide pour des particules en suspension. Le travail est exclusivement expérimental et le dispositif expérimental est constitué d'une colonne à bulles verticale transparente en plexiglass soumise à une dépression en tête et connectée à un bassin de recirculation hydraulique. L'analyse hydrodynamique a été réalisée à l'aide de capteur de pression différentielle pour l'étude globale et à l'aide d'une double sonde optique pour une caractérisation locale. Les résultats obtenus ont permis d'étudier le régime d'écoulement pour les principaux paramètres : le taux de vide, la vitesse d'ascension et le diamètre des bulles. La Vélocimétrie par Images des Particules a été appliquée pour visualiser et analyser les structures d'écoulement dans le bassin de recirculation. Les capacités extractives de la colonne ont été étudiées en eau douce avec ajout de produits tensioactifs. La caséine soluble et le Methyl Iso Butyl Carbinol (MIBC) sont les deux tensioactifs qui ont donné les meilleurs résultats en termes de séparation solide-liquide des matières en suspension. Ce travail a contribué à la compréhension de l'hydrodynamique des airlift sous dépression et a permis de mettre en évidence les potentialités de cette colonne dans le processus de séparation solide-liquide. Le travail ouvre aussi la voie à la modélisation numérique de l'hydrodynamique de la colonne en s'appuyant sur les résultats expérimentaux
Bubble columns are gas-liquid contactors widely used in industry, especially in chemical, biological and mineralogical process applications. In the range of bubble columns available, the vacuum airlift is a French innovation with very interesting characteristics for hydraulic pumping, mass transfer and suspended matter separation. This thesis work is part of the development of this improved airlift, which is widely used in the industrial environment. The objective of the thesis is the hydrodynamic characterization of the airlift column under vacuum and analysis of its capacities to ensure the solid-liquid separation function. This work is exclusively experimental and the experimental setup is a vertical bubble column in plexiglass under vacuum and connected to a recirculation basin. The hydrodynamic analysis was carried out using a differential pressure sensor for the global study and using a double optical probe for local characterization. Results obtained made it possible to study flow regime. The main parameters obtained are the void fraction, superficial velocity and bubbles diameter. Particle Image Velocimetry is applied to visualize and analyze the flow structures in the recirculation basin. The extracting capacities of the column were studied in tap water with the addition of surfactants. Soluble casein and Methyl Iso Butyl Carbinol (MIBC) are the two surfactants that have given the best results in terms of solid-liquid separation of suspended matter. This work contributed to the understanding hydrodynamics for vacuum airlift column and helped to highlight the potential of this column in the solid-liquid separation process. This work also opens the way to numerical modelling of airlift column hydrodynamics from experimental results

Depuis une dizaine d’années, les recherches sur la synthèse de matériaux poreux de type MOF (Metal-Organic Framework) font l’objet de nombreuses études en raison de leurs applications potentielles. Ces composés cristallisés ont la particularité de présenter des structures atomiques tridimensionnelles construites à partir de motifs inorganiques reliés entre eux par des ligands organiques (de type acide polycarboxylique) formant des cavités avec différentes géométries (cages, tunnels, etc. . . ) avec des tailles pouvant aller jusqu’à 30-40 Å et caractérisées par des surfaces spécifiques élevées (500-4000 m2. G-1). La perspective de nouvelles applications dans le domaine de la séparation, la récupération et la purification de molécules organiques en phase liquide effectuées à partir d'une matrice poreuse hybride inorganique-organique a été un challenge à relever dans le cadre de cette thèse. Les propriétés novatrices et très prometteuses du MIL-53(Fe) ont conduit à une synergie favorable pour la séparation des BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène et les trois isomères du Xylène) par chromatographie CLHP. D’autre part, la synthèse solvothermale, la résolution structurale et les caractérisations physico-chimiques de différents solides ultralégers obtenus à base de métaux alcalins (lithium et sodium) et d’acides polycarboxyliques ont été reportés ainsi que l’étude des mécanismes de formation de quelques MOFs par diffraction des rayons X in situ en utilisant les possibilités du rayonnement synchrotron à l’aide d’un nouveau modèle cinétique permettant de séparer les deux étapes principales du phénomène de cristallisation : la nucléation et la croissance
During the last decade, research on the synthesis of MOF (Metal-Organic Framework) porous materials has been the subject of many studies due to potential applications of the materials. These crystalline compounds present three-dimensional atomic structures constructed from inorganic motifs linked by organic ligands (polycarboxylic acid) forming cavities with different geometries (cages, tunnels, etc. . . ) with sizes up to 30-40 Å and characterized by high specific surface areas (500-4000 m2. G-1). The prospect of new applications in the area of separation, recovery and purification of organic molecules in liquid phase using a porous inorganic-organic hybrid was a challenge to be addressed in the context of this thesis. The innovative and very promising properties of MIL-53 (Fe) led to a new method for the separation of BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and the three isomers of xylene) by HPLC chromatography. In addition, the solvothermal synthesis, crystal structure resolution and physicochemical characterizations of various lightweight solids based on alkali metals (lithium and sodium) and polycarboxylic acids have been reported, as well as the study of the mechanisms of formation of some MOFs by in situ X-ray diffraction (synchrotron radiation). Using a new kinetic model it has proved possible to distinguish the two main steps of the phenomenon of crystallization: nucleation and growth