Organic matter biodegradation along the aquatic continuum sewer system

248 Pages·2017·2.2 MB·English

by  Jérôme Dispan

Organic matter biodegradation along the aquatic
continuum sewer system - waste water treatment plant -
river
Jérôme Dispan
To cite this version:
Jérôme Dispan. Organic matter biodegradation along the aquatic continuum sewer system - waste
water treatment plant - river. Sciences of the Universe [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2003.
English. ￿NNT: ￿. ￿pastel-00000954￿
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Mémoire de thèse présenté pour l’obtention du titre de

DOCTEUR DE L’ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES

Spécialité : Sciences et Techniques de l’Environnement

BIODEGRADABILITE DE LA MATIERE ORGANIQUE DANS
LE CONTINUUM AQUATIQUE RESEAU
D’ASSAINISSEMENT - STATION D’EPURATION - MILIEU
NATUREL RECEPTEUR
:
Développement d’une méthodologie pour le fractionnement de la
matière organique en classes de biodégradabilité

Par

Jérôme DISPAN

Thèse soutenue le 2 octobre 2003 devant le jury composé de :

M. Jean-Marie MOUCHEL Président
M. Pierre SERVAIS Directeur de thèse
M. Jean-Claude BLOCK Rapporteur
M. Etienne PAUL Rapporteur

Mme Sylvie GILLOT Examinateur

A mon père.

REMERCIEMENTS

J’ai effectué ce travail de recherche au Centre d’Enseignement et de Recherche
Eau Ville Environnement (CEREVE) commun à l’Ecole Nationale des Ponts et
Chaussées, l’Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts et à l’Université
Paris XII. Cette recherche a été réalisée dans le cadre de l’Ecole Doctorale Ville
Environnement.

Tout d’abord, je tiens à remercier Jean-Marie Mouchel et Pierre Servais qui ont
su me guider et me soutenir dans ce travail difficile.

Mes remerciements s’adressent également à Marie-Hélène Tusseau, ingénieur de
recherche au CEMAGREF, et Isabelle Charpentier, chargée de recherche au
CNRS, qui ont participé à l’élaboration de publications présentes dans ce travail
avec beaucoup de compétences, de dynamisme et de bonne humeur.

Je remercie Etienne Paul, Professeur à l’INSA de Toulouse, et Jean-Claude
Block, professeur à l’Université de Nancy, d’avoir accepté d’être rapporteur de
ce travail, leur lecture attentive de mon mémoire a donné lieu à des critiques
pertinentes lors de la soutenance.

Je remercie également Sylvie Gillot, ingénieur de recherche au CEMAGREF, pour
le temps qu’elle a consacré à la lecture de la thèse et pour sa participation au
jury.

Cette recherche a été possible grâce au soutien financier des organismes
suivants : le Ministère de l’Education et de la Recherche, l’Ecole Nationale des
Ponts et Chaussées et le programme PIREN-Seine du CNRS.

Je remercie toutes les personnes du CEREVE : elles ont réellement été
formidables et m’ont été d’un soutien permanent durant toutes ces années. Je
remercie particulièrement Virginie, Fabien, Claire O., Claire R., Nassima (les 3
puzzle bubbles girls), Hélène, Catherine C., Catherine G., Catherine L., Marc,
Stéphane, Denis, Bastien, Yelva et Jaouad (la bab’ team), Laurence, Mohamed,
Elvira, Danielle, Sonia, Karine S., Fabienne Lagarde (et son fameux « ASM14 »).
J’exprime ma profonde gratitude à Michèle, François, Laure et Pauline qui ont
été des voisins formidables, une deuxième famille. Un grand merci à mes amis du
Sud-Ouest : Nathalie et Jean-Marc, Felipe, Philippe et Elodie, David et Karine
ainsi qu’à ma tante Françoise qui ont effectué le déplacement pour venir me
supporter et me donner du courage le « jour J ».
J’exprime ma profonde reconnaissance aux piliers de cette réussite : ma mère
qui m’a toujours soutenu dans les moments difficiles et m’a donné beaucoup de
courage, ma sœur Nathalie qui m’a donné la force de soulever des montagnes
grâce à sa présence et à tout son amour, Jérôme, toute ma famille et mes amis
qui m’ont donné un soutien énorme.

Je rends enfin un hommage à mon père qui aurait été très fier et très heureux
d’assister à la soutenance.
RESUME
Ce travail est une contribution à la mise au point d’un outil de caractérisation de la
biodégradabilité de la matière organique dissoute des eaux. La méthodologie développée vise
à être applicable sur tout le continuum aquatique, formé par le réseau d’assainissement, la
station d’épuration et le milieu naturel récepteur, dans le but de répondre aux besoins de
gestion intégrée de la pollution domestique urbaine.
La méthodologie développée résulte du couplage de deux méthodes de caractérisation de la
biodégradabilité de la matière organique : la méthode respiromètrique développée par Xu et
Hasselblad (1996) qui permet de quantifier la fraction de matière organique rapidement
biodégradable et la méthode en batch de Tusseau et al. (2003) qui permet de quantifier les
fractions réfractaire et biodégradable. L’interprétation des données expérimentales se fait via
l’utilisation d’un modèle mathématique (modèle ASM3 développé par un groupe de travail de
l’International Water Assosiation – IWA). Une méthode d’assimilation de données, basée sur
la théorie du contrôle optimal, nous a permis de combiner de façon optimale modèle et
résultats des deux méthodes afin d’aboutir à un fractionnement de la matière organique en
classes de biodégradabilité.
Les résultats obtenus lors de la biodégradation d’un substrat rapidement biodégradable
(l’acétate), noté S dans le modèle, ont permis de valider le bon fonctionnement du modèle
S
ASM3 et de développer un modèle dérivé (modèle ASM3z).
Par la suite, ce modèle a encore été modifié pour permettre la bonne simulation et
l’interprétation des résultats expérimentaux obtenus sur des eaux usées domestiques prélevées
en entrée et sortie d’une station d’épuration. Cette modification a consisté à ajouter un
compartiment de matière organique dissoute (noté S ) plus lentement biodégradable que S et
2 S
ce nouveau modèle est noté ASM3z_S2. Les résultats obtenus sont satisfaisants et montrent
qu’il est possible de quantifier S et S , dans des eaux usées domestiques en utilisant des
2 S
expériences réalisées avec une large gamme de rapports substrat/biomasse bactérienne
(S /X ).
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Enfin ce modèle a été appliqué, lors d’une même optimisation, sur des eaux usées brutes, des
eaux traitées et des eaux de rivière. Ce travail a mis en évidence l’importance de parvenir à
une excellente homogénéisation de la biomasse utilisée lors des tests respirométriques.

Mots clés : Caractérisation des eaux usées, fractionnement de la matière organique,
biodégradation, optimisation, modélisation, ASM3, single-OUR method, ratio S /X .
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