Academic literature on the topic 'Micropolluants – Modèles mathématiques'

Le but de ce travail était de modéliser le comportement de micropolluants en plus des polluants traditionnels dans une station d'épuration. Deux études de cas ont ainsi été réalisées. La première concerne une usine pilote de la station d'épuration de Lynetten à Copenhague, au Danemark. Un modèle tenant compte à la fois de la dégradation aérobie par une bactérie spécifique et de la sorption sur les matières en suspension a été développé afin d'y décrire le comportement de composés organiques xénobiotiques. Les expériences ont été effectuées avec un perturbateur endocrinien, le Bisphénol A. Les résultats démontrent que le modèle parvient à représenter adéquatement la dynamique d'enlèvement du Bisphénol A. Le processus utilisé pour évaluer l'adaptation de la biomasse afin de valider le modèle n'épouse pas parfaitement les données mesurées, mais il permet toutefois de prédire la structure générale du comportement du Bisphénol A. La seconde étude concerne la station de Norwich, au Royaume-Uni. Dans ce cas-ci, le modèle, qui considère la sorption des métaux lourds sur les matières en suspension comme processus réactionnel, a été évalué à partir de données recueillies à même la station. Les résultats démontrent la grande sensibilité du modèle face aux variations instantanées des concentrations de métaux lourds dans l'affluent. Il est néanmoins capable de prévoir l'évolution des concentrations des métaux lourds à l'intérieur de la station ainsi qu'à l'effluent.

Aujourd’hui, de nombreuses études ont montré la présence de micropolluants dans les eaux. Ces composés ne sont que partiellement éliminés par les procédés conventionnels de traitement des eaux. Les procédés d’adsorption montrent un potentiel intéressant pour éliminer ces polluants. Dans un premier temps, l’étude des capacités d’adsorption sur des tissus de carbone activé de 9 micropolluants émergents a été effectuée dans des réacteurs fermés agités, afin de déterminer les cinétiques et isothermes d’adsorption dans des conditions proches des conditions environnementales (C0 = 1 μg. L-1 et en présence de matières organiques). Cette première étape a permis de montrer une compétition importante entre les matières organiques et les polluants aux faibles concentrations (réduction des capacités d’adsorption de 30 à 95 % en présence de 2 mgC. L-1 pour des concentrations en soluté de 1 μg. L-1). De plus, les matières organiques diminuent la diffusivité de surface des solutés. Ces paramètres fondamentaux, déterminés à l’échelle du laboratoire sont utilisés pour prédire les courbes de percée obtenues à l’échelle pilote. Une unité de filtration sur des tissus de carbone activé d’une capacité de 50 L. H-1 a été réalisée pour traiter des eaux dopées avec une solution de polluants (C0 = 1 μg. L-1). Cette unité pilote est mise en oeuvre pour étudier l'abattement d'une pollution chronique. Différentes conditions opératoires ont été étudiées telles que la vitesse, l’influence des matières organiques, la nature du matériau. Les capacités d’adsorption sont impactées par le passage en dynamique et le possible développement d’un biofilm à la surface des tissus
Nowadays, several studies have shown the occurrence of emerging pollutants into aquatic compartments. These compounds are not totally removed using conventional treatments. Adsorption processes are promising to remove these undesirable polluants. The first part of our study focuses on the determination of adsorption kinetics and isotherms of 9 compounds, onto activated carbon fiber cloths (ACFC). These experiments were carried out using batch reactors under synthetic and environmental conditions (i. E. Initial concentrations of 1 μg. L-1 and in the presence of natural organic matter). Competitions of adsorption with natural organic matter were especially critical at trace concentrations (decrease between 30 and 95 % of the adsorption capacities at equilibrium concentration of 1 μg. L-1, with 2 mgC. L-1). The competition with the organic matter led to a large decrease of the surface diffusivity. Then, the second part is dedicated to the efficiency of the adsorption process using a fixed-bed of ACFC. Breakthrough curves were experimentally determined and simulated using fundamental parameters obtained from batch-scale experiments. An adsorption pilot, with a flow of 50 L. H-1, was carried out to treat polluted waters (C0 = 1μg. L-1). This pilot is used to study a chronical pollution removal. Various operating conditions were tested and their influence was evaluated: the type of water (tap water, surface water with different contents of natural organic matter), the velocity of the liquid phase through the filter, and the type of ACFC. Adsorption capacities are impacted by the dynamic conditions and the potential development of a biofilm on the surface of material

Le but de ce travail est la modélisation, intégrant l’effet de la température, des équilibres et des cinétiques d’adsorption compétitive des pesticides avec la matière organique naturelle (MON). Des expériences en corps pur à différentes températures ont permis de sélectionner un modèle d’équilibre adapté. Les équilibres en compétition ont pu être modélisés en utilisant la théorie de la solution adsorbée idéale (IAST) et le principe d’un composé fictif équivalent (EBC) représentant la MON. L’ajustement des simulations, par le modèle de la diffusion de surface homogène (HSDM) en association avec l’IAST, aux cinétiques expérimentales a fourni les coefficients de diffusion superficielle des pesticides et de l’EBC. Diverses corrélations ont permis de relier l’évolution de ces coefficients à la température, à celle de la diffusion moléculaire ou de la constante d’équilibre. Des relations entre leurs paramètres et des caractéristiques, soit du charbon ou du pesticide ont été mises en évidence.

En France, les concentrations en atrazine, herbicide azoté interdit depuis 2003, ainsi que celles de ses molécules filles, présentent un risque de dépassement du seuil de potabilité des eaux. Ce dernier a été fixé à 0. 1 µg/l pour les molécules mesurées seules et 0. 5,µg/l en association avec les autres pesticides. Le risque lié à ces molécules qui peuvent être d'origine agricole et/ou urbaine, est du aux manques des données expérimentales, de maîtrise des mécanismes de migration et de transformations de ces molécules dans le sol. Les recherches réalisées dans ce travail nous ont permis de répondre à plusieurs points sur : ·les phénomènes les plus importants, marquants le comportement de l'atrazine et de ses molécules filles dans le sol ; ·les limites des modèles existants pour la modélisation de l'atrazine, et les difficultés affrontées quant à la mise en place de modélisation de ce type de molécules ; ·la vitesse de migration de cette molécule dans la zone non saturée ; ·la mise en évidence par voie numérique de certaines notions qui ont permis de représenter un premier bilan approximatif de l'état des lieux de la contamination en atrazine d'un site par simulation ; ·la préparation de la base d'un nouveau module en cours de développement prévue pour modéliser l 'atrazine dans l'outil WATERMODEL. Dans un premier temps, une bibliographie détaillée a été réalisée sur ces molécules, leurs comportements dans le sol et le sous-sol, et les phénoménes entrant en jeu dans leurs transformations. On a procédé ensuite à la mise en évidence de l'adsorption de cette molécule par la matière organique dans les premières dizaines de centimètres du sol en utilisant les outils PESTIFLUX et PESTAN. Dans le but de répondre aux contradictions des résultats obtenus, notamment la persistance de cette molécule dans la nappe 3 ans après l'interdiction de son utilisation en France dans le bassin versant d'Etaples, on a réalisé un modèle à base du Réseau de Neurones Artificielles qui montre l'existence d'un milieu fissuré expliquant la migration rapide de cette molécule vers la nappe
A partir des résultats précédents et les caractéristiques du site d'Etaples qui présente une contamination en atrazine par utilisation plutôt urbaine qu'agricole, on a estimé les quantités probablement utilisées en se basant sur l'avis des experts ainsi que sur la bibliographie. Un modèle du bassin versant d'Etaples a ainsi été créé. En raison des limites du logiciel MODFLOW qui ne traite pas des problèmes de migration des pesticides, une approche inverse des phénomènes a été utilisée. Il parait de cette recherche que les modèles hydrodynamiques de nappe sont insuffisants pour simuler correctement le comportement de l 'atrazine dans son cheminement du sol vers la nappe, puis au sein de la nappe. Par approches numériques mettant en jeu une modélisation par Réseau de Neurones Artificielles (RNA) puis par correction graphique des résultats, on a pu mettre en évidence le phénomène de dégradation d'une grande partie de l'atrazine épandue, puis l'entraÎnement par lessivage en des pomts singuliers d'infiltration. La migration est donc rapide par cheminement dans le réseau de fissures de la craie à l'occasion de saturation temporaire de celui-ci. D'autre part, une étude de vulnérabilité de la nappe de la craie du bassin versant de l'Aa (Audomarois) est proposée pour des pollutions ponctuelles par un micropolluant type hydrocarbure (le Benzène), dans le but d 'aboutir à une optimisation de la protection des captages du SIDEN France et de la communaUlé d 'agglomération de Sain/-Omer à Blendecques

Avec l'augmentation de niveau de vie des populations, de plus en plus déchets urbains sont produits chaque jour en grande quantité. Ces déchets non seulement occupent une place importante mais dégradent l'environnement en particulier parce qu'ils contiennent divers polluants, qui peuvent porter atteinte à la santé humaine. Le compostage permet aux déchets urbains d'être recyclés en transformant la matière organique en engrais pour les sols agricoles. Par ailleurs, ce procédé peut aussi être utilisé comme méthode de biorestauration pour les sols pollués. Les modèles mathématiques sont des outils qui permettent de comprendre et éventuellement de modifier le processus de compostage. Ils pourraient également prédire la stabilité des produits issus du compostage et quantifier la nocivité des polluants qu'ils contiennent. L'objectif dans cette étude était de construire un modèle décrivant la dynamique des micropolluants organiques au cours du compostage et paramétrer le modèle sous l'interface de MATLAB. Ce modèle peut être utilisé selon les besoins des usagers avec 3 modules: le module de carbone organique, le module de polluants organiques et le module de couplage. Afin de calibrer et valider notre modèle, un ensemble de données de 12 différents mélanges de déchets et 4 différents types de polluants ont été utilisés. Pour l'application de la technique de compostage dans le domaine de la bioremédiation des sols contaminés, une expérience de compostage en laboratoire a été conçue dans lequel les déchets urbains organiques ont été mélangés avec un sol contaminé par des HAP. Nous avons étudié la dynamique des matières organiques, des micropolluants organiques et des populations microbiennes. Les résultats ont montré que la quantité des HAP dégradée a été de 50-60% lorsque le sol est composté avec des déchets organiques. En outre, des populations microbiennes successives ont été observées pendant le processus de compostage. Ces résultats expérimentaux ont été simulés par notre modèle afin de tester sa capacité dans un système sol-compostage. Cependant, quelques questions de recherches se posent encore: en ce qui concerne la modélisation, la simulation des substrats organiques solubles n'est pas assez bonne, ce qui est probablement dû à des limites sur l'étude des caractéristiques biochimiques des fractions organiques soluble; par ailleurs, seule la fonction température a été considérée comme facteur de l'environnement dans notre modèle, des limitations dues à l'l'humidité ou à l'oxygène, par exemple, doivent être étudiées dans des études ultérieures. L'activité microbienne pendant chaque phase de dégradation des HAPs n'a pas encore été assez clairement établie pour être incorporée dans notre modèle.

La présence de micropolluants à l’entrée des opérations d’épuration d’effluents industriels induit des problèmes au cours du traitement par des procédés biologiques, certaines molécules n’étant pas nécessairement biodégradées. Les substances prioritaires les moins volatiles sont aussi les plus hydrophobes (ex : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et ont tendance à s’adsorber majoritairement sur les matières organiques et les boues. A l’inverse, les molécules moins hydrophobes mais très volatiles comme les Benzène, Toluène, Ethylbenzène et p-Xylène ont une forte propension à être transférées dans l’atmosphère lors des phases d’aération. Dans le projet ANR HYBIOX « Procédés biologiques hybrides pour l’amélioration de la dégradation de xénobiotiques », il s’agit d’évaluer des bioréacteurs hybrides reposant sur l’addition de supports mobiles et adsorbants dans des procédés à boues activées de manière à mieux fixer ces polluants et à faire co-exister flocs et biofilms au sein du même réacteur. Le couplage entre les phénomènes physico-chimiques et biologiques a été étudié dans un réacteur séquencé. La modélisation de ces phénomènes permet de tester des hypothèses, de prévoir les conditions opératoires optimales pour appréhender un processus, et aide à l’interprétation de résultats. Un modèle d’adsorption sur support hétérogène, développé sous Matlab® et un modèle intégrant le couplage des phénomènes en dynamique, développé sous Aquasim® ont été étudiés. Les simulations réalisées concordent avec les résultats expérimentaux et permettent de conclure que les mécanismes d’élimination abiotiques jouent un rôle très important dans les « performances épuratoires » du procédé de traitement biologique aérobie. Les transferts de BTEX de la phase liquide vers le compartiment gazeux sont significatifs (>99% en 2 heures) et les quantités d’HAPs détectées dans la fraction solide sont importantes (élimination moyenne >65% lors de la décantation primaire). Le réacteur hybride présente de nombreux avantages. D’une part l’addition de charbon actif en grain dans des procédés à boues activées permet de fixer les polluants ciblés et d’augmenter leur temps de séjour dans le procédé. D’autre part, la réduction de leur concentration à un niveau non inhibiteur permet l’absorption des variations de charges qui sont fréquentes dans les effluents industriels. Pour les Composés Organiques Volatiles (ex : BTEX), l’ajout de particules adsorbantes et l’analyse des modes opérationnels minimisant le transfert dans la phase gaz sont les points prépondérants. Il s’agit alors d’évaluer avec quelle dynamique l’adsorbant peut se biorégénérer dans le système
One of the main challenges currently facing environmental conservation is to reduce the discharge of organic micropollutants from industrial liquid outflows. Biological aerobic treatment is the most commonly used treatment, but conventional systems were not conceived with the idea of eliminating micropollutants, these molecules not necessarily being biodegraded. Among the selected substances, the least volatile molecules are also the most hydrophobic (PAHs) and tend to be absorbed mostly on suspended solids or sludge. Conversely, the less hydrophobic but highly volatile molecules, such as BTEX, have a strong tendency to be transferred into the atmosphere during the aeration phase. In the project ANR HYBIOX « hybrid biological practices for improving the breakdown of xenobiotics », hybrid bioreactors based on the addition of mobile and absorbent surfaces in the activated sludge processes are evaluated, so as to better pinpoint these pollutants and to allow flocs and biofilms to co-exist within the same reactor. The coupling of physicochemical and biological phenomena was studied in an SBR. Modelling these phenomena allows us to test hypotheses, predict the optimal operating conditions for stopping a process, and helps with the interpretation of the results. We drew on a model of adsorption on heterogeneous surfaces, developed under Matlab®, and on a model integrating the coupling of phenomena, developed under Aquasim®. The simulations carried out correspond with the experimental results and allow us to conclude that the abiotic elimination mechanisms play a very important role in the “purification results” of the biological aerobic treatment process. Over the course of the treatment, the transfer of BTEX from the liquid phase to the gas compartment was significant (>99% in two hours) and the quantities of PAHs detected in the solid fraction were considerable. The hybrid reactor presents a number of advantages over a classic biological process. On the one hand, the addition of activated carbon grains in the activated sludge process allows us to pinpoint the targeted pollutants and increase their residence time within the process. On the other hand, to reduce their concentration to a non-inhibitory level (if this is the case), and finally to allow the absorption of variations in charge which are common in industrial outflow. For more volatile and less hydrophobic molecules (ex : BTEX), the addition of absorbent particles and the analysis of operational modes which minimize the transfer in the gas phase are the predominant points. We will therefore have to evaluate with which dynamic the adsorbent can bioregenerate in the system

Ce travail s’intéresse au traitement des effluents issus d’un petit bassin versant résidentiel urbain drainé par un réseau d’assainissement séparatif pluvial. Le traitement est effectué à l’aide d’une mare de sédimentation suivi d’un filtre planté de roseaux. L’instrumentation et les prélèvements permettent un suivi hydrodynamique et physico-chimique. Les résultats montrent que le système contribue fortement à la réduction de la pollution avant rejet au milieu récepteur. Les charges polluantes sont réduites de 70 à 100% pour tous les polluants (sauf la DBO5 et les nutriments, entre 4 et 100%). La mare de sédimentation a un rôle primordial dans l’élimination des polluants présents en phase particulaire, et plus particulièrement des HAPs (100%). Le filtre planté de roseaux intervient au niveau des polluants en phase particulaire non retenus par la mare, mais aussi au niveau des polluants en phase dissoute (nutriments, matière organique, micropolluants métalliques et pesticides)
This work deals with the treatment of effluents from a small urban residential catchment area drained by a separate sewer network. The treatment is made with a sedimentation pond and a constructed wetland. Instrumentation and samplings enable hydrodynamic and physic-chemical monitoring. Results show that the system deeply contributes to reduction of pollution before discharge into receiving water. The pollutant loads are reduced between 70 and 100% for all pollutants (except BOD5 and nutrients, between 4 and 100%). The sedimentation pond plays an essential role in eliminating pollutants in particulate phase, more specifically PAHs (100%). The constructed wetland treat pollutants in particulate phase that are not retained by the pond, but also pollutants in dissolved phase (nutrients, organic matter, metals and pesticides)