Academic literature on the topic 'Réacteur recirculation'

Résumé L’étude de la photodégradation du 4-méthylphénol a été menée sur un pilote à recirculation. Cette molécule a été prise comme composé modèle pour le traitement des effluents de l’industrie avicole. Ce travail a consisté en l’optimisation et la modélisation de l’élimination du 4-méthylphénol par photocatalyse en présence de ZnO. L’utilisation des plans d’expériences, et en particulier de la méthodologie de surface de réponse (RSM) et un plan central composite (CCD), a permis la détermination de l’influence des effets simultanés et de l’interaction des paramètres opératoires sur le rendement de la photodégradation. Les paramètres étudiés sont la concentration initiale en 4-méthylphénol, la concentration en catalyseur et le débit de recirculation de la solution. Les résultats montrent que l’application de la RSM permet de décrire d’une manière correcte l’influence de ces trois paramètres expérimentaux sur l’efficacité du traitement. Les valeurs optimales des paramètres donnant un rendement maximal (100 %) ont pu être déterminées. Les modèles de second ordre obtenus, pour le rendement de dégradation et pour l’abattement de DCO, ont été validés en utilisant différentes approches statistiques. L’utilisation de la méthode ANOVA a montré que les modèles sont hautement significatifs et en bonne adéquation avec les résultats expérimentaux.

Les procédés d'épuration biologique à culture libre (boues activées) comprennent habituellement un décanteur qui permet de concentrer les solides biologiques en vue de leur recirculation en tête du réacteur biologique. Lorsque ce décanteur fonctionne mal on observe une perte de solides biologiques (SB), ce qui se traduit par une augmentation de la concentration des matières en suspension (MES) dans l'effluent du décanteur secondaire et par une baisse des performances du procédé d'épuration. Lorsque la concentration de MES dans l'effluent du décanteur secondaire est trop élevée on mesure l'indice de volume des boues (IVB). Un IVB faible indique que les solides biologiques ont de bonnes caractéristiques de décantation de sorte que la cause de la mauvaise efficacité du décanteur est d'ordre physique et peut être identifiée facilement. Lorsque l'IVB est élevé, la mauvaise décantation est alors causée par un désordre de l'écosystème qui se traduit le plus souvent par une croissance excessive d'organismes filamenteux. Les causes et les solutions d'un tel problème sont alors difficiles à identifier. Pour ce travail, les auteurs ont réalisé une importante revue bibliographique dont les résultats sont présentés sous la forme d'un cheminement critique (fig. 1). Dans cette figure, les cases numérotées de 1 à 48 sont liées par des énoncés logiques. Ainsi, en répondant à des questions simples, il est possible de cheminer dans la figure 1 et d'identifier les causes les plus probables du déséquilibre microbiologique ainsi que les solutions qui ont déjà été apportées avec succès. De plus les auteurs ont associé à chaque case une fiche technique (portant le même numéro que la case) sur laquelle sont présentées des explications et la liste des références consultées.

La méthanisation est un processus biologique de dégradation anaérobie de la matière organique, poursuivant deux buts principaux : une valorisation énergétique par la production de biogaz, composé en majorité de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2), et une valorisation agronomique par la production de digestat (résidu organique liquide ou pâteux des déchets non digérés), riche en nutriments (azote, phosphore, potassium) et pouvant être utilisé comme fertilisant ou amendement (épandage direct ou compostage). La méthanisation suit un schéma global relativement générique (prétraitement des déchets entrants; digestion; posttraitement du digestat produit et valorisation du biogaz), mais les technologies existantes et les procédés qui leur sont associés sont souvent complexes et variés. Certaines technologies ont été développées en voie humide (réacteurs infiniment mélangés, à lit fixe, à lit fluidisé ou à lit de boues) et d’autres en voie sèche (réacteurs verticaux à recirculation de digestat ou de biogaz, horizontaux à piston, batch à percolation ou cellules de méthanisation). Les procédés qui sont associés à ces diverses technologies se différencient par les choix de prétraitement et de posttraitement appliqués en amont et en aval de la méthanisation, avec une contrainte principale : la nature des déchets à méthaniser. Toutes les variantes sont ensuite possibles à décliner afin d’optimiser l’efficacité du procédé choisi.

Le but de cette étude est de concevoir et de valider un ensemble de réacteurs et de compteurs de gaz permettant d’étudier la méthanisation en voie sèche à l’échelle laboratoire. L’intérêt de cet ensemble est de permettre la mise en oeuvre d’essais sur des substrats solides complexes, tels que des fumiers pailleux, tontes d’herbe et biodéchets, avec des quantités mises en jeu significatives, tout en préservant la structure et les caractéristiques physiques des substrats à étudier (pas de prétraitements préalables tels que broyage ou séchage). Il permet également d’agir sur les paramètres physiques clés, tel que la composition en substrats, l’immersion du massif et la recirculation de l’inoculum. Sa conception permet de réaliser deux types d’expériences : un suivi de production de méthane et une expérience de traçage au sein du massif solide. Le suivi de la production de méthane peut s’effectuer pour une composition en substrats donnée, pour laquelle l’immersion et les contraintes de recirculation sont déterminées. Cela permet des expériences d’optimisation de ces paramètres, notamment par les méthodes fournies par les plans d’expériences. Le traçage permettra quant à lui de déterminer le temps de séjour de la phase liquide au sein du massif solide. La création de cet ensemble a suivi un processus de conception classique : génération d’idées, sélection du produit, développement du produit puis tests et comparaison à la littérature. Les deux premières étapes de création ont été effectuées par une veille bibliographique, puis par conception assistée par ordinateur à l’aide de l’outil AutoCAD 2020. L’ensemble ainsi créé a ensuite été construit en deux prototypes successifs afin de perfectionner sa mise en oeuvre. Le modèle final a enfin été mis en oeuvre en conditions réelles de méthanisation en voie sèche afin de valider son fonctionnement et de comparer les résultats obtenus à la littérature.

Les qualités de fonctionnement d'un décanteur primaire de station d'épuration d'eaux usées dépendent essentiellement de ses caractéristiques hydrauliques. Le but de ce travail est la caractérisation et la modélisation de l'hydrodynamique d'un décanteur réel d'une station d'épuration d'eaux usées urbaines. Cette opération s'effectue par la détermination de la Distribution des Temps de Séjour (DTS) de la phase liquide du décanteur par traçage au chlorure de lithium. Simultanément, les évolutions des débits d'effluent à traiter et des rendements d'épuration en Matières En Suspension (MES) ont été suivis. La courbe de DTS obtenue a permis une modélisation de l'hydrodynamique du décanteur primaire par des associations en série ou en parallèle de Réacteurs Parfaitement Agités (RPA). Le modèle hydrodynamique proposé, dont les résultats sont en très bonne concordanoe avec les résultats expérimentaux, est composé de 2 branches associées en parallèle: l'une traversée par une fraction a = 0,14 d'effluent entrant dans le décanteur est une cascade de 7 RPA d'un volume total de 77 m3. L'autre branche traversée par la fraction de débit restante (l-a) est composée de 2 modules en série: le premier module, caractérisant une zone de recirculation, est un RPA de 645 m3 en échange avec un second RPA de 1935 m3, la fraction de débit ß échangée est de 28. Le deuxième module de cette branche, représentant un écoulement uniforme, est une cascade de 7 RPA d'un volume total de 1 183 m3. Ce modèle hydrodynamique permet d'analyser les résultats obtenus quant à l'évolution des rendements d'épuration en MES mesurés dans le décanteur.

Deux réacteurs à gazosiphon à recirculation externe sont utilisés pour effectuer une étude hydrodynamique et de transfert de matière. Le premier à 6 m de haut et 0,15 m de diamètre, le second à 2,5 m de haut et 0,1 m de diamètre. Les résultats ont été obtenus avec différents systèmes ; air-eau, air+solutions aqueuses de glycérol et air-eau-billes de verre. Deux types de séparateurs gaz-liquide et de jonction descente-montée ont été étudiés. L’influence du diamètre de la descente à lui aussi été étudié. Les principaux paramètres hydrodynamiques sont estimés en utilisant divers techniques de mesures. Ainsi la rétention de gaz dans la montée a été mesurée en utilisant trois techniques indépendantes ; la méthode volumétrique, la méthode manométrique et la méthode optique. La vitesse de liquide dans la montée est estimée en utilisant des techniques de traçage (thermique et salin). Un modèle hydrodynamique est proposé et la résolution des équations de bilan de matière se fait dans le domaine de temps en utilisant un logiciel de résolution de systèmes d'équation différentielles assez puissant (MODEST). Les paramètres du modèle sont évalués en comparant la courbe expérimentale à la courbe théorique. Le modèle développé pour l'étude hydrodynamique est étendu au transfert de matière et montre une bonne concordance entre les résultats expérimentaux (réponses des sondes mesurant l'oxygène dissout dans le liquide) et le modèle théorique proposé

Ce travail est consacré à une étude hydrodynamique globale et locale dans un réacteur à gazosiphon à recirculation externe pourvu d'une vanne placée sur la descente du liquide. Le système air/eau a été utilisé. Dans un premier temps, nous avons entrepris une étude des paramètres hydrodynamiques globaux : vitesse de circulation du liquide, rétention de gaz et temps de mélange du liquide. L’augmentation de la hauteur du réacteur entraine une augmentation de la vitesse du liquide qui, à son tour, engendre une légère diminution de la rétention de gaz. Par ailleurs, la diminution du pourcentage d'ouverture de la vanne a une grande influence sur les paramètres globaux Ulm et [epsilon] gm au travers de la force motrice de circulation du liquide, ce qui affecte fortement le mélange de la phase liquide. En revanche, le pourcentage d'ouverture de la vanne affecte peu les transitions de régime. La comparaison de deux systèmes de distribution de gaz a montre que l'utilisation d'un distributeur multi-orifice permet l'obtention de retentions de gaz et de vitesses de liquide plus grandes que celles générées par un distributeur a orifice unique. Ensuite, ce travail a été oriente vers une étude hydrodynamique locale des deux phases. Pour cela différentes techniques ont été utilisées. Les caractéristiques de la phase gazeuse présentent des variations importantes du profil radial au-dessus du distributeur de gaz. Ces variations sont dues aux variations de la vitesse du liquide. Par ailleurs, l'évolution axiale de la taille des bulles a permis d'avoir des informations sur les phénomènes de coalescence et de rupture des bulles. L’effet du distributeur de gaz sur l'évolution des caractéristiques hydrodynamiques locales est plus sensible en bas de la montée ou l'écoulement est gouverne par la nature initiale de la distribution des bulles.

Cette etude concerne l'hydrodynamique et le transfert de matiere gaz - liquide d'un reacteur air-lift rectangulaire, dont l'application visee est la phase de nitrification (en voie aerobie) du traitement d'une eau usee. L'originalite de ce reacteur reside dans sa forme d'une part, et dans l'utilisation de particules legeres d'autre part. Dans un premier temps, les parametres - cles de l'hydrodynamique, a savoir la retention gazeuse, le diametre des bulles, la vitesse du liquide et le coefficient de dispersion axiale, ont ete etudies pour diverses conditions geometriques et operatoires. Dans un deuxieme temps, le transfert d'oxygene de la phase gazeuse vers la phase liquide a ete caracterise par le biais du coefficient de transfert k la. Les mesures ont ete effectuees en diphasique (eau - air), et en triphasique (eau - air - solide). Une vitesse gazeuse critique, au-dela de laquelle la vitesse du liquide est constante quel que soit le debit d'air injecte, a ete definie. Il a ete mis en evidence que la presence de solide ne modifiait pas le comportement du liquide, mais influait sur la retention gazeuse, et ce, au-dela d'une retention solide egale a 16%. Enfin, le comportement hydrodynamique diphasique du reacteur a ete modelise, sur la base des lois de conservation de la masse et de la quantite de mouvement. Les resultats ont donne entiere satisfaction sur trois reacteurs de tailles differentes. Par ailleurs, l'analyse numerique locale a ete validee pour un faible debit d'air.

Les eaux usées peuvent possiblement être traitées par un système membrane intégré et combinant les procédés de bioréacteur à membrane (BAM) et d’osmose inverse (OI) pour une élimination efficace des micropolluants en vue de la réutilisation des eaux. Cependant, le rejet des concentrats d’OI dans l’environnement pourraient représenter un danger en raison de la toxicité de certains de leurs composés (micropolluants, sels, matières organiques). Une des solutions possibles peut être de recycler le concentrat d’OI vers le BAM. Néanmoins, une étude approfondie s’impose pour une telle configuration car le recyclage mettrait en jeu la recirculation de matière organique non biodégradable, ou de fortes concentrations en sels ou micropolluants, qui pourraient finalement engendrer, directement ou indirectement, un colmatage de la membrane ainsi qu’une modification de l’activité bactérienne dans le BAM. Les effets du recyclage de concentrat d’OI sur les performances de BAM ont été étudiés de deux différentes manières, en distinguant les effets à court-terme (ou court temps de contact) et les effets à long-terme (ou long temps de contact). Les résultats montrent qu’après un temps de contact de 3 heures entre le concentrat et les boues, les concentrations en protéines et polysaccharides dans le surnageant restent inchangées par rapport au début de l’opération. Une analyse HPLC-SEC a permis d’étudier les effets du concentrat d’OI sur la production de matières microbiennes solubles de types protéique. Un pic de concentration en substances protéiques ayant une masse moléculaire de 10 à 100 kDa a été observé dans le surnageant juste après l’addition du concentrat d’OI. Le pouvoir colmatant des boues n’a lui pas été modifié après l’injection du concentrat d’OI. Cette observation ouvre sur la possibilité de développer une opération d’OI comme traitement tertiaire en aval du BAM. La combinaison BAM-OI pourrait donc être une solution envisageable pour traiter le concentrat d’OI. Pour les longs temps de contact, les résultats ont montré que l’impact de l’effluent toxique (concentrat d’OI) sur les boues dépendait du rendement de l’opération d’OI et des caractéristiques du concentrat. Les mêmes tendances ont été observées quelle que soit la composition du concentrat en sels et en matière organique, puisqu’une augmentation de la concentration en protéine a été mise en évidence. L’effet du recyclage du concentrat d’OI a aussi été étudié à différents débits et avec différentes caractéristiques. Les effets sur les performances globales du BAM ainsi que sur son colmatage ont plus particulièrement été investigués. Le taux d’abattement en termes de Demande Chimique en Oxygène (DCO) est, dans tous les cas, supérieur à 93 %, quel que soit le débit de recyclage. Des résultats similaires ont été obtenus en termes de Carbone Organique Dissous. De plus, l’efficacité de la nitrification n’a pas été affectée en présence de concentrat d’OI dans le BAM. L’analyse HPLC-SEC a révélé un pic important de concentration en composés protéiques dans le surnageant, avec des masses moléculaires comprises entre 10 et 100 kDa et entre 100 et 1000 kDa. Par conséquent, une augmentation significative du pouvoir colmatant des boues a été observée et attribuée à la présence de protéines. Par ailleurs, le recyclage du concentrait d’OI n’a pas eu d’effet sur l’élimination de la carbamazépine et du diclofenac dans le BAM. Au contraire, l’élimination du ketoprofene a légèrement baissé, en passant de 94 à 72 %. Enfin, l’effet du recyclage de concentrat d’OI sur la biodégradation a été révélé comme insignifiant, ce qui indique que le recyclage du concentrat d’OI pourrait être une bonne alternative pour réduire les concentrats d’OI et limiter leur rejet dans l’environnement
Wastewater effluents can be treated by an integrated membrane system combining membrane bioreactors (MBR) and reverse osmosis (RO) for effective removal of micropollutants in the field of high-quality water reuse. However, discharging the RO concentrate waste stream directly into the natural environment could lead to serious problems due to the toxic components contained in the concentrates (micropollutants, salts, organic matter). A possible solution could be the recirculation of RO concentrate waste to the MBR. However, such an operation should be studied in detail since the recirculation of non-biodegradable organic matter or high concentrations of salts and micropollutants could directly or indirectly contribute to MBR membrane fouling and modification of the biodegradation activity. The effects of RO concentrate recirculation on the MBR performances were investigated in two different ways of contact, i.e. short term peak contact and long-term continuous contact at various operating conditions. The results demonstrated that after 3 hours of contact time between the sludge and concentrate, the same values of both protein and polysaccharide concentrations were found in the supernatant, compared to that at the beginning of the reactor. HPLC-SEC analysis was employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs. A significant peak of protein-like substances with a molecular size of 10-100 kDa was observed immediately in the supernatant after the addition of RO concentrate. Besides, no significant change was found of the sludge fouling propensity after the injection of RO concentrate into the activated sludge. This finding proposes the opportunities to develop RO process as a tertiary treatment of the membrane bioreactor (MBR), hence, the integrated MBR - RO concept with the RO concentrate recirculation to the MBR might be a solution to treat the concentrate waste stream produced by RO. During the long-term continuous contact, the results demonstrated that the impact of the toxic flow on activated sludge depends on the recovery of the RO step and the characteristics of the concentrate but the same trends were observed whatever the organic matter and salt contents of the concentrates: the concentration of proteins increased. The effects of the reverse osmosis concentrate recirculation, at different flow rates and with different characteristics, to the MBR were investigated. Their impacts on MBR global performances, especially the MBR fouling were evaluated. The removal efficiencies of chemical oxygen demand (COD) at the different flow rates of concentrate were greater than 93%. Similar results for the dissolved organic carbon removal efficiency were found in the MBR. Additionally, the presence of RO concentrate in the MBR did not inhibit the nitrification process. HPLC-SEC analysis employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs demonstrated a significant peak of protein-like substances corresponding to 10-100 kDa and 100-1000 kDa molecules in the supernatant. Thus a significant increase of sludge fouling propensity was observed, which could be attributed to the increased quantity of protein-like substances. Furthermore, the recirculation of RO concentrate to the MBR did not significantly affect the removal of carbamazepine and diclofenac in the MBR. Meanwhile, the removal rate of ketoprofen was impacted slightly by the RO concentrate recycling to the MBR (from 94 to 72%). Finally, the effect of the concentrate on sludge activity was studied and no significant effect was observed on biodegradation, indicating that the return of the concentrate to the MBR could be a good alternative for the reduction of concentrate quantities before disposal to the environment