EP3938488A1 - Method for producing microbial cellular biomass having flocculant properties - Google Patents

Method for producing microbial cellular biomass having flocculant properties

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Publication number
EP3938488A1
EP3938488A1 EP20725868.2A EP20725868A EP3938488A1 EP 3938488 A1 EP3938488 A1 EP 3938488A1 EP 20725868 A EP20725868 A EP 20725868A EP 3938488 A1 EP3938488 A1 EP 3938488A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
biomass
microbial
flocculant
properties
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20725868.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Yolaine BESSIERE
Etienne Paul
Jean-Noël LOUVET
Elise BLANCHET
Evrard Mengelle
Simon DUBOS
Mansour BOUNOUBA
Carine SAUX
Ana MORGADO FERREIRA
Dores Cirne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National des Sciences Appliquees de Toulouse, Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3938488A1 publication Critical patent/EP3938488A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5263Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using natural chemical compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5272Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using specific organic precipitants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/06Nutrients for stimulating the growth of microorganisms
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the object of the present invention relates to a microbial cellular biomass having flocculant properties, to its method of obtaining and to its use in the treatment by flocculation of an aqueous and / or oily solution or suspension.
  • the drinking water and wastewater treatment methods include
  • clarification step generally one or more steps to remove suspended matter and colloidal matter.
  • Most of these clarification processes combine coagulation, flocculation and settling requiring both a primary coagulant, often inorganic salts, such as FcCL, and a flocculant builder, a polymer, the most widely used being anionic polyacrylamide. (P AM). It is estimated that from 1.2 to 7.2 kilotons of Fc CL are thus used each year in a water treatment plant treating an organic load corresponding to 1 million inhabitant equivalent, which represents a significant cost. .
  • P AM polyacrylamide
  • IARC International Agency for Research on Cancer
  • Bacterial exopolymers are biopolymers which are secreted or
  • biopolymers are mainly composed of proteins, carbohydrates, lipids and / or nucleic acids.
  • Bacterial EPSs and in particular the fraction comprising exopolysaccharides, may have excellent flocculant properties for certain and may thus be a satisfactory alternative to synthetic polymers such as PAM.
  • microbial EPS only constitute a minor fraction of the current market for flocculating polymers due to the high cost of their production and the difficulty of their recovery.
  • An object of the present invention thus relates to a process for producing a microbial cellular biomass having flocculant properties comprising the steps: a) introduction into a reactor:
  • a substrate optionally comprising a microbial inoculum and comprising at least 30% by mass of oses, preferably chosen from the group comprising hexoses and pentoses;
  • reaction medium obtained having a C / N molar ratio less than or equal to 10 and a dilution rate D less than or equal to 0.35h _1 ;
  • substrate any hydrolyzate or mixture comprising a carbon source (oses), pasteurized or unpasteurized, purified or unpurified, filtered or unfiltered, comprising at least 30% by mass of sugars (oses) from any biomass. It can be for example a hydrolyzate of wood, straw and more generally any lignocellulosic biomass, of cereals, roots (eg beetroot), fruits but also residues or co-products and organic solid waste possibly biodegradable having a high fraction of sugars, in particular those indicated in the Report of the Agency for the environment and Energy Management (ADEME:
  • the substrate can, in certain cases, be a culture medium, if it includes all the nutrients for the microbial inoculum.
  • the substrate when it is a hydrolyzate, it can be obtained by any method of chemical, thermal or biological hydrolysis known in the art such as for example an enzymatic hydrolysis in an acidic medium (Kumar, P., Barrett, DM,
  • the substrate can comprise at least 40% by mass of oses.
  • the substrate comprises at least 50% by mass of oses, and even more preferably from 70 to 100% by mass of oses, or even from 90 to 100%.
  • the substrate can comprise a hydrolyzate and / or oses.
  • Osse or “monosaccharide” is meant the monomer of carbohydrates.
  • Osseous have at least 3 carbon atoms: they are poly hydroxyaldehydes (aldoses) or poly hydroxyketones (ketoses). They are not hydrolyzable. They are very soluble in water and generally have a sweetening power. They are distinguished by the length of their carbon chain.
  • An n-carbon ose is made up of an unbranched carbon chain, n ranging from 3 to 7 carbons, with only single bonds. All the carbons carry an alcohol (OH) function except one which carries a carbonyl function. This therefore determines two categories of oses.
  • aldose is used to refer to an ose whose carbonyl function is an aldehyde function; it is found on the first carbon (for example glucose).
  • ketose an ose whose carbonyl function is a ketone function, it is on the second carbon (for example fructose).
  • the oses can be chosen from the group comprising
  • the substrate can comprise aldohexoses (example: glucose; galactose), ketohexoses (example: fructose; sorbose), aldopentoses (examples: xylose; arabinose; ribose) or even ketopentoses (example: ribulose; xylulose) and their mixtures.
  • the substrate can comprise a microbial inoculum, comprising in particular heterotrophic bacteria.
  • the microorganisms of said substrate can be chosen from the group comprising gammaproteobacteria, flavobacteria, alphaproteobacteria and betaproteobacteria.
  • they can be bacteria belonging to taxonomic classes such as gammaproteobacteria, flavobacteria, alphaproteobacteria and betaproteobacteria.
  • the gammaproteobacteria can be Citrobacter, Klebsiella and Raoultella of the Enterobacteriaceae and Acinetobacter family of Moraxellaceae
  • the flavobacteria can be flavobacterium or flavobacteriaceae
  • the alphaproteobacteria can be Rhodobacter (Rhodobacteriaceae) etomonaceae
  • Betaproteobacteria can be Comamonas (Comamonadaceae).
  • the microorganisms selected during the implementation of the method according to the invention can for example be said previously mentioned heterotrophic bacteria, these microorganisms then being able to produce bacterial EPS.
  • biomass is meant a mass comprising living microorganisms.
  • microbial cell biomass having flocculant properties biomass having a flocculating power containing microbial compounds comprising exopolysaccharides (EPS), pure or mixed with other substances (for example proteins) having flocculant properties and being able to replace synthetic polymers such as polyacrylamides for example.
  • EPS exopolysaccharides
  • other substances for example proteins
  • bacterial exopolysaccharides EPS secreted or released by microbial cells and which remain in part more or less strongly associated with the surface of the cell. Bacterial exopolysaccharides can thus be produced by cells and accumulate around cells. These polysaccharides are homo- or heteropolysaccharides mainly composed of carbohydrates, glucose, galactose and mannose being the most common monomers. In the case of heteropolysaccharides, for example: D-glucose, D-galactose, L-rhamnose, sometimes with N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, or glucuronic acid, but also guluronic and manuronic acids are observed.
  • heteropolysaccharides for example: D-glucose, D-galactose, L-rhamnose, sometimes with N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, or glucuronic acid, but also gulur
  • EPSs can contain several substituents (such as acyl and / or pyruvate groups). The presence of some of these acyl groups gives EPS an anionic character, increases its lipophilic character and affects its ability to interact with other polysaccharides and cations.
  • activated sludge is meant a microbial biomass used for the treatment of wastewater which is organized in floc.
  • Activated sludge is mainly composed of heterotrophic organisms, that is, organisms that use organic matter and acquire energy through oxidation or respiration, or fermentation. Some of these microorganisms produce EPS responsible for the observed flocculation of activated sludge.
  • undesirable microorganisms bacteria or fungi
  • settling is meant any process in which particles are separated by a difference in density, for example centrifugation, hydrocyclone or sedimentation.
  • step a) of the process according to the invention comprises an introduction into a reactor of a substrate and optionally of nutrients for the microbial inoculum.
  • This mixture leads to the formation of a culture medium in the reactor (reaction medium).
  • the substrate may in some cases meet the definition of culture medium.
  • the substrate can be supplemented by the introduction of elements
  • the nitrogen source can be mineral and is preferably in the form of an NH4 + ion (in equilibrium with NEE) but can also be in the form of nitrates or nitrites.
  • the nitrogen source can also be organic (amino acids, peptides, proteins, nucleic acids).
  • the nitrogen source can in particular be urea or a urea derivative (urine) or a nitrogen fertilizer.
  • the substrate can also be a source of nitrogen.
  • the nitrogen source can be a mixture of the aforementioned sources.
  • the source of phosphorus can, for example, be phosphoric acid, phosphate or polyphosphate or a mixture thereof.
  • the C / N ratio of the mixture obtained in step a) is a ratio
  • the values of C and N are expressed in moles.
  • the C / N molar ratio may have a value less than or equal to 10, preferably in a range going from 1 to 10 and even more preferably in a range going from 7 to 10.
  • the measurement of the reduced total nitrogen "N" is done by the so-called Kjeldahl method.
  • the measurement of reduced mineral nitrogen (NLL + ) is carried out by the Kjeldahl method or by ionic HPLC chromatography or even by the Nessler colorimetric method.
  • Carbon "C” is measured by TOC (Total Organic Carbon). Only the biodegradable organic carbon, which is that which is degraded in the reactor, is taken into account in the value of “C”.
  • the C / N ratio can be measured and adjusted on the basis of samples taken within the reactor or on the inputs and outputs of the reactor (for example on the basis of an input / output balance).
  • the dilution rate D in the reactor can be less than or equal to 0.35h _1 , preferably within a range ranging from 0.05 to 0.30h _1 , and even more preferably within a range ranging from 0.08 to 0.20h _1 or alternatively from 0.09 to 0.014h '.
  • the dilution rate is the ratio between the liquid flow rate (m 3 .h _1 ) entering the reactor over the volume of the liquid of said reactor (m 3 ). In the case of a semi-continuous reactor, the dilution rate is calculated over the duration of the cycle.
  • the liquid may optionally comprise suspended solids, including for example the substrate, the inoculum and other elements.
  • the pH in the reactor is within a range from 6 to 9, preferably from 6.5 to 8 or even from 6.8 to 7.8.
  • the mixture obtained in step a) has a C / P molar ratio of less than or equal to 600.
  • the C / P ratio of the mixture obtained in step a) is a molar ratio.
  • the values of C and P are expressed in moles.
  • the C / P molar ratio may have a value less than or equal to 600, preferably less than or equal to 100 and even more preferably in a range of 40 to 100.
  • the value of C is the same as in the C / N ratio.
  • the measurement of phosphorus can be carried out by digestion in an acidic medium and in the presence of persulfate, the solubilized phosphorus is then determined by
  • the C / P ratio when the dilution rate D increases, the required C / P ratio decreases.
  • the C / P ratio can be of the order of 40 to 70.
  • the C / P ratio may be less than or equal to 600.
  • the ratio C / P can be of the order of 40 to 600. for example, when D is approximately 0,12h _1, C / P can be less than or equal to 100, preferably within a range of from 40 to 100 or in an interval going from 40 to 60.
  • step b) of the process according to the invention comprises stirring the reaction medium obtained at the end of step a). It can be mechanical or magnetic agitation.
  • the stirring time can be in a range ranging from a few minutes to several hours, days or months.
  • the duration of step b) may depend on how often step c) is performed.
  • the C / N ratio can be
  • the C / N ratio of steps a) and b) is identical.
  • the dilution rate D can be maintained at a value less than or equal to 0.35h _1 , preferably within a range of 0.05 to 0, 30h _1 , and even more preferably in an interval ranging from 0.08 to 0.20h _1 or else from 0.09 to 0.14h _1 .
  • the dilution rate D of steps a) and b) is identical.
  • the imposition of a dilution rate D in the reactor fixes a residence time of the cells in the reactor and indirectly imposes a minimum specific growth rate m on the undecanted cells, thus allowing the elimination of the cells. unwanted.
  • the C / P ratio can be maintained at a value less than or equal to 600, preferably less than or equal to 100 and even more preferably within a range of from 40 to 100.
  • the C / P ratio of steps a) and b) can be identical.
  • step c) of the method according to the invention can comprise a
  • step c) of the method according to the invention can be carried out alternatively or simultaneously with step b).
  • the method may comprise one or more iterations of steps a), b) and / or c), said steps a), b) and / or c) being consecutive or simultaneous.
  • steps a) and b) can be simultaneous or consecutive.
  • step c) can be carried out directly in the reactor or else on the effluents from the reactor.
  • step c) is carried out in the reactor, the stirring is stopped and the biomass obtained in step b) is then allowed to settle in the reactor.
  • the settling obtained comprising filamentous bacteria and possible filamentous fungi, and possibly other undesirable microorganisms, is removed from the reactor, for example by partially purging the liquid volume of the reactor.
  • step c) is carried out on the effluents from the reactor, the decantate is then removed and the residue which contains in particular bacteria having flocculant properties is reinjected into the reactor.
  • step c) can be carried out simultaneously with step a) and / or b) because the stirring does not need to be interrupted to allow the reaction medium to settle.
  • Step c) of the process of the invention makes it possible to prevent the accumulation of undesirable microorganisms, in particular filamentous microorganisms (bacteria or fungi) in the reactor.
  • Step c) can also make it possible to eliminate other undesirable microorganisms whose settling rate is greater than that of the microorganisms produced during the process, in particular bacterial EPS.
  • step c) according to the method of the invention, the duration of the
  • settling is sufficient to eliminate filamentous microorganisms having a sedimentation rate within an interval ranging from 0.1 meter per hour to 20 meters per hour and more generally between 0.5 m / h and 5 m / h.
  • step c) the time necessary for, in a given reactor, the undesirable microorganisms have time to reach the fraction of the reaction medium which will be purged.
  • the settling time of step c) for a reaction medium having a volume of 8 L and a height of 25 cm, of which 11% by volume is purged is 4 to 5 minutes.
  • the eliminated microorganisms are, for example, bacteria of the genus Sphaerotilus in particular, the species S. natans.
  • step c Those skilled in the art will know how to adapt the duration of step c), depending on the type of filamentous microorganisms to be eliminated and the parameters of temperature, viscosity, volume and height of the reaction medium, in order to remove a sufficient quantity of microorganisms. filamentous, in particular also depending on the shape of the reactor and the fraction of volume of reaction medium purged.
  • step c) allows during the implementation of the method of
  • the residence time of unwanted microorganisms is less than that of microorganisms having flocculant properties.
  • the frequency of implementation of step c) is preferably within an interval ranging from 1 to 60 times per day and from even more preferably in a range of 15 to 30 times per day.
  • the ratio t c / t b (duration of step c / duration of step b) has a value ranging from 0.01 to 0.40, preferably from 0.05 to 0.30 .
  • the ratio t c / t b is defined as being the duration of a stage c) / the duration of a stage b), when stage c) is implemented in the reactor and as the sum of the durations of l step c) / the duration of step b), when step c) is carried out on the effluents from the reactor.
  • the production of the microbial cell biomass having flocculant properties occurs continuously during steps b) and / or c).
  • the method according to the invention can further comprise a step of inoculating the reactor with one or more microorganisms. This step
  • inoculation of the reactor can for example comprise the introduction of an activated sludge, of an inoculum resulting from another process for the biological treatment of wastewater, for example a biofilter, a bacterial bed, a lagooning process but also an extract of soil or waste, organic residues or else of an inoculum selected on simple sugar and ammonium ions, according to the process of the invention, preferably at a C / N molar ratio of less than or equal to 10.
  • This inoculation step is a so-called priming step and can take place prior to step a), in particular when the substrate envisaged for the implementation of the method does not contain microorganisms or if they are not in sufficient number or sufficiently viable in the substrate for initiating the method according to the invention.
  • the microorganism (s) of interest develop so as to be able to subsequently produce the biomass during the implementation of the method.
  • the concentration of microorganisms originating from the inoculum or from the substrate can generally represent at least 10 mg of viable cells in dry mass per liter of volume of liquid in the reactor.
  • the method according to the invention can further comprise a step of injecting into the reactor an additional dose or mixture of doses.
  • This step can be implemented at any time in the implementation of the method to adjust the C / N ratio, or during the priming step or to promote the process of selection and production of microbial cell biomass. having flocculant properties.
  • the method according to the invention is implemented in a continuous or semi-continuous reactor.
  • growth, selection of microorganisms and production of microbial cellular biomass having flocculant properties occurs during steps a), b) and c), within the same reactor.
  • the method can also be implemented in several reactors, steps a), b) and c) being carried out in a first reactor, leading to the growth and selection of microorganisms.
  • the step of producing microbial cell biomass having flocculant properties can then be carried out in a second reactor.
  • the method according to the invention can be implemented at a
  • the room temperature 4 to 55 ° C, preferably 10 to 30 ° C, more preferably at room temperature.
  • the room temperature may vary depending on the location and the season, but is generally in the range of 15 to 25 ° C.
  • the method according to the invention can be implemented in a medium
  • Aeration of the reaction medium can be carried out in the open air or under forced ventilation.
  • the gas used for aeration can be air, or an oxygen enriched mixture.
  • the aeration is interrupted during step c) in order to promote settling.
  • the method of the invention is carried out in a sterile or non-sterile, preferably non-sterile, environment.
  • An advantage of the method according to the invention is that it can be carried out in a non-sterile environment, for example an environment open to the outside and subject to contamination.
  • the method according to the invention can further comprise a step of completely emptying the reactor comprising cleaning the reactor and reintroducing the reaction medium.
  • This step can in some cases prevent the formation of biofilms on the walls of the reactor, on the probes and on the blades of the mechanical stirrer or the magnetic stirrer.
  • the method according to the invention is implemented for a period of between 1 day and several months.
  • the method can have a minimum duration of implementation.
  • the process is carried out for a period of at least 4 * 1 / D.
  • D 0.12 h 1
  • the duration of the implementation of the method is at least 1.5 days. This duration can correspond to the duration of selection of the microorganisms which will then produce the EPS and will form the cellular microbial biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention.
  • the method according to the invention may further comprise a step of dehydration of the cellular microbial biomass having flocculant properties obtained according to the method of the invention.
  • the dehydration step can be carried out by drying (heat supply by conduction, convection or radiation, or by the use of a gas) or by lyophilization.
  • the method according to the invention can further comprise any step allowing the conservation of the biomass according to the invention by lowering the activity of water, in particular as a solvent, in order to limit the biomass degradation reactions according to the invention.
  • the method according to the invention can further comprise a step of treating wastewater.
  • Said wastewater treatment step may comprise a step of contacting wastewater with a coagulant and the microbial cellular biomass having flocculant properties.
  • the step comprises contacting waste water with a coagulant and then with the microbial cellular biomass having flocculant properties.
  • the invention also consists of a microbial cellular biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention.
  • the microbial cellular biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention makes it possible to obtain particle diameters (flocs) of at least 100 mhi, generally between 100 mhi and 1 mm, leading to speeds of respective sedimentation of these same elements, under the same conditions, between 1.5 m / h and 150 m / h. These rates are compatible with sedimentation methods conventionally used in the art.
  • the microbial cell biomass having properties of
  • flocculant according to the invention comprises EPS, preferably bacterial exopolysaccharides.
  • the microbial cellular biomass having flocculant properties according to the invention has a flocculant power equivalent to or even greater than that of the polymers produced by chemical synthesis conventionally used in purification stations, such as for example anionic polyacrylamide (for example Floerger- type AN 934 SH).
  • polyacrylamide is understood to mean a polymer corresponding to the formula [-CH2-CH (-
  • the polyacrylamide can be functionalized. It can thus be ionic (cationic or anionic) or nonionic.
  • the functionalized polyacrylamide can for example be a copolymer synthesized by copolymerization of acrylamide monomers and acrylic acid monomers or by hydrolysis of the amide group of the polyacrylamide.
  • the WFP of type AN 934 SH is a functionalized, anionic polyacrylamide comprising approximately 30 mol% of fillers and having an average molecular mass Mw ranging from 1.3.10 6 to 1.6.10 e Da. Its water content is less than 13%. It further has a viscosity ranging from 5.7 to 6.5 cPs and a density of 49.92 lbs / ft 3 (manufacturer data).
  • flocculation is understood to mean the physicochemical process during which materials in suspensions in a liquid agglomerate to form larger particles (flocs).
  • the "flocculant power” consists of measuring the efficiency of the agglomeration effect of suspended matter. This flocculant power is for example often measured relative to references such as elimination of turbidity in the presence or absence of the flocculant in a sedimentation test.
  • PAM AN 934 SH 0.2ppm
  • ferric chloride 20mg / L
  • ERU Userban Residual Water
  • PAM AN 934 SH (0.2ppm), associated with ferric chloride (2mg / L) allows a purification yield (1-turbidity / control turbidity without any addition)> 85% on kaolinite. Under the same conditions, cellular biomass
  • microbial having flocculant properties according to the invention gives equivalent results, or even greatly superior, from 60 to 99% on ERU and from 85 to 99% on kaolinite.
  • the microbial cellular biomass having flocculant properties according to the invention has a flocculating power which leads to elimination of the turbidity of a waste water equal to at least 50% of the power.
  • Flocculant properties according to the invention is to lead to a sharp decrease in the chemical oxygen demand (COD) of the clarified ERUs, the COD being an indirect measure of the pollution of said ERUs.
  • COD chemical oxygen demand
  • the microbial cell biomass having properties of
  • flocculant according to the invention can be purified or unpurified before use.
  • the microbial cell biomass having properties of
  • the invention also relates to a use of the microbial cellular biomass according to the invention in the treatment of an aqueous and / or oily solution or suspension, in particular waste water (urban, industrial or agricultural), water. fluvial, storm water, runoff water, mining water, cleaning water, oils or gases.
  • the microbial cell biomass according to the invention can be used in any type of aqueous solution or suspension requiring flocculation.
  • the invention also relates to a wastewater treatment process comprising a step of bringing an aqueous and / or oily solution or suspension into contact with a coagulant and a cellular microbial biomass according to the invention.
  • the coagulant can be any coagulant used in the known treatment methods.
  • it can be chosen from the group comprising trivalent ions of iron and aluminum salts, preferably FcCh.
  • the coagulant may also be chosen from the group comprising biopolymers or bio-based substances having the properties of coagulants (eg: tannins, chitin, modified starches).
  • the use or the treatment method according to the invention can be implemented to flocculate minerals and / or organic materials in contexts other than water treatment, in all environments where a flocculant is useful.
  • the use or the method of treatment according to the invention can be implemented upstream of the filtration membranes to limit clogging or else to help eliminate water in the downstream stages of dehydration / drying of the sludge.
  • the use or the treatment process can comprise a step of rehydration or dilution of the cellular microbial biomass having flocculant properties according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the implementation of the method of the invention comprising a continuous reactor, a supply system of minerals and trace elements, a substrate supply system, source of phosphorus and nitrogen (NPC), an air supply system, a mechanical agitator, a purge duct, a draw-off system, baffles and a device for controlling the dilution rate and the C / N and C / P ratios.
  • FIG. 2 represents a photograph of the so-called "jar-test" apparatus used to perform the flocculation tests, the six beakers being filled with urban waste water.
  • FIG. 3 represents an analysis of the performance of biomasses obtained by the method according to the invention.
  • P AM AN 934 SH the gain of the commercial polymer
  • FcCh alone in percentage
  • % of biomass according to l invention tested against FcCh alone in percentage
  • FIG. 4 represents an enlarged view (Scale: 10 ⁇ m) of exopolysaccharides
  • the bacteria included in a cellular microbial biomass according to the invention Thanks to the Indian ink staining, the relatively compact layer which surrounds the bacterial wall and constitutes the capsule which is formed of viscous molecules produced by the bacteria can be observed (it is also possible to use other stains such as the Alcian blue which, at pH 2.5, adheres to
  • FIG. 5 represents a comparison between A) a photograph of microscopic observations of a consortium dominated by Sphaerotilus (selection process carried out without selective purging, that is to say without step c) of the process) and B) a photography
  • Example 1 implementation of the process according to the invention
  • a stirred and aeration reactor is inoculated with an activated sludge from the Ginestous wastewater treatment plant, France) taken and stored according to Cavaillé et al (Cavayer et al 2016. “Understanding of Polyhydroxybutyrate Production under Carbon and Phosphorus -Limited Growth Conditions in Non-Axenic Continuous Culture. ” Bioresource Technology 201 (February): 65-73.
  • the slurry is centrifuged at 4100 g for a period of 15 minutes and the supernatant is then removed. The pellet is collected and aliquots are frozen in liquid nitrogen and then stored at -20 ° C.
  • the sludge is fed-batch fed for 24 hours with additions of 1.8 g / L of an equimolar mixture of fructose and glucose.
  • the reactor is seeded with an initial activated sludge concentration of 1.5 g / L of volatile matter in suspension.
  • the culture medium is composed of a first solution containing the source of
  • a carbon source in the example an equimolar mixture of glucose and fructose
  • a phosphate buffer solution and ammonium added according to the degree of limitation by the nitrogen chosen, here from so as to obtain a consumed (C / N) ratio of 8.5 (molar).
  • the substrate used comprises the elements of Table 2 below:
  • microorganisms selected by the method are essentially of the type
  • the reactors Twice a month, the reactors are emptied for cleaning in order to prevent the formation of biofilms on the walls, on the probes and on the blades. When deemed necessary, the supply hoses are replaced.
  • the reactors are controlled in a sequenced manner, with a feeding and stirring phase (55 min) followed by a settling phase (4 min 30 sec) then a purging phase (30 sec).
  • the reactors are purged by means of 3 nozzles at the bottom of the tank, connected to the recovery tanks.
  • the microbial cell biomass is obtained having flocculant A properties.
  • the flocculation tests are carried out in jar-tests (Lavibond® - Amesbury, United Kingdom, Floc-Tester model, SN: 1013/61444) under conditions (stirring speeds, duration of the phases) identical for each combination of coagulant / flocculant.
  • the coagulant used is ferric chloride.
  • 6 beakers filled with 900 mL of ERU are used.
  • the first three beakers are used as a reference (n ° l: control (without addition), n ° 2: FcCh 20 mg / L alone, n ° 3 FcCh 20 mg / L + polyacrylamide AN934SH (named PAM) 0.2 mg / L) .
  • the remaining three beakers are used for the assessment of biomass A at 3 different concentrations (# 4, # 5, # 6 FeC13 20 mg / L + biomass A).
  • Biomass A is used directly without extraction or prior purification.
  • the dosage is evaluated by measuring the total chemical oxygen demand (COD). Typically, concentrations of 1, 6 and 12 mg COD / L are used in the three test beakers.
  • the protocol comprises three main steps: (i) Addition of coagulant (FcCh - 20 mg / L) in all the beakers except the control and agitation at 150 rotations per minute (RPM) for 3 min; (ii) addition of the flocculant (PAM 0.2 mg / L - Biomass A 1-6-12 mgDCO / L in beakers 4 to 6) and stirring at 50 RPM for 15 minutes; (iii) 1 minute decantation and sample 2.2 cm from the surface for turbidity measurement (Turbx)
  • GainPAM (vs FeCL) (% GRAM -% rFeci3) /% rF e ci3
  • Table 3 shows the results obtained with biomasses according to the invention (reference and variant 1 and 2), namely excellent flocculation performance (i.e. superior to that of PAM AN 934 SH). It also presents the operating conditions and results of two variants which also make it possible to obtain satisfactory performance.
  • thydrolyzate results from enzymatically hydrolyzed sieving residues (hemicellulases, cndo-b-1, 4-glucanascs, endo-P-D-xylanase).
  • Example 3 counter-examples
  • Table 4 shows some operating conditions which did not lead to the stable production of biomass exhibiting flocculant properties (cons-ex 1 and 2).

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Abstract

The invention relates to microbial cellular biomass having flocculant properties, to a method for producing same, and to the use thereof in flocculation treatment.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION D’UNE BIOMASSE BIOMASS PRODUCTION PROCESS
CELLULAIRE MICROBIENNE AYANT DES PROPRIETES MICROBIAL CELLULAR WITH PROPERTIES
DE FLOCULANT FLOCCULANT
[0001] L’objet de la présente invention se rapporte à une biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant, à son procédé d’obtention et à son utilisation dans le traitement par floculation d’une solution ou suspension aqueuse et/ou huileuse. [0001] The object of the present invention relates to a microbial cellular biomass having flocculant properties, to its method of obtaining and to its use in the treatment by flocculation of an aqueous and / or oily solution or suspension.
[0002] Les procédés de traitement de l'eau potable et des eaux usées comprennent [0002] The drinking water and wastewater treatment methods include
généralement une ou plusieurs étapes pour éliminer les matières en suspension et les matières colloïdales (étape dite de clarification). La plupart de ces procédés de clarification combinent la coagulation, la floculation et la décantation nécessitant à la fois un coagulant primaire, souvent des sels inorganiques, tels que le FcCL, et un adjuvant de floculant, un polymère, le plus utilisé étant le polyacrylamide anionique (P AM). On estime ainsi que de 1,2 à 7,2 kilotonnes de Fc CL sont ainsi utilisées chaque année dans une usine de traitement de l’eau traitant une charge organique correspondante à 1 million d’équivalent habitant, ce qui représente un coût non négligeable. generally one or more steps to remove suspended matter and colloidal matter (so-called clarification step). Most of these clarification processes combine coagulation, flocculation and settling requiring both a primary coagulant, often inorganic salts, such as FcCL, and a flocculant builder, a polymer, the most widely used being anionic polyacrylamide. (P AM). It is estimated that from 1.2 to 7.2 kilotons of Fc CL are thus used each year in a water treatment plant treating an organic load corresponding to 1 million inhabitant equivalent, which represents a significant cost. .
[0003] Outre le coût associé à ces traitements, les stations d’épuration (STEP) sont [0003] In addition to the cost associated with these treatments, wastewater treatment plants (STEP) are
dépendantes d’un approvisionnement en produits chimiques dont la production et le transport ont un impact sur l’environnement. La production et l’utilisation de produits fabriqués au sein même de la station d’épuration selon un principe d’économie circulaire avec circuit court, minimisant par voie de conséquence les impacts environnementaux et améliorant le bilan environnemental de la STEP serait une évolution importante. De manière générale, toute diminution de la consommation de réactifs notamment de FcCL améliorerait significativement le bilan environnemental d’une STEP. De plus, la synthèse des produits chimiques nécessite dans la majorité des cas, beaucoup de produits et matériels, et génère beaucoup de polluants ainsi que des eaux usées nécessitant aussi un traitement. dependent on a supply of chemicals whose production and transport have an impact on the environment. The production and use of products manufactured within the wastewater treatment plant according to a circular economy principle with short circuit, consequently minimizing the environmental impacts and improving the environmental balance of the WWTP would be an important development. In general, any reduction in the consumption of reagents, in particular FcCL, would significantly improve the environmental performance of a WWTP. In addition, the synthesis of chemical products requires in the majority of cases, a lot of products and materials, and generates a lot of pollutants as well as wastewater which also requires treatment.
[0004] On note, de plus, que certains floculants de type polymères synthétiques peuvent persister dans l'environnement et certains de leurs sous-produits peuvent s’avérer être dangereux. Le cas particulier du polyacrylamide (P AM) est représentatif car ce polymère peut se dégrader en acrylamide classé par l’Agence internationale de recherche sur le cancer (CIRC) en tant que carcinogène probable du groupe 2A (Yuliani E., Imai T., Teeka J., Tomita S., Suprayogi Exopolysaccharide production from sweet potato-shochu distillery wastewater by Lactobacillus sakei CY 1 , Biotechnology and Biotechnological Equipment, 2011, 25 (2), 2329-2333). [0004] In addition, it is noted that certain synthetic polymer type flocculants can persist in the environment and some of their by-products can prove to be dangerous. The specific case of polyacrylamide (P AM) is representative because this polymer can degrade into acrylamide classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as a probable group 2A carcinogen (Yuliani E., Imai T., Teeka J., Tomita S., Suprayogi Exopolysaccharide production from sweet potato-shochu distillery wastewater by Lactobacillus sakei CY 1, Biotechnology and Biotechnological Equipment, 2011, 25 (2), 2329-2333).
[0005] Ainsi, même si le polyacrylamide et ses dérivés produits à partir du pétrole sont les floculants synthétiques les plus utilisés en raison de leur efficacité élevée à faible dosage et de leur manipulation facile, la recherche de produits alternatifs est primordiale, tant pour l’aspect protection de l’environnement que celui de la santé. [0005] Thus, even if polyacrylamide and its derivatives produced from petroleum are the most widely used synthetic flocculants due to their high efficiency at low dosage and their easy handling, the search for alternative products is essential, both for the environmental protection aspect than that of health.
[0006] Ainsi, il existe un besoin, dans les processus de clarification, de développer [0006] Thus, there is a need, in the clarification process, to develop
l'utilisation de coagulants / adjuvants/ floculants à base de bioproduits, d'une part, pour réduire la dépendance de la station d'épuration vis-à-vis des réactifs chimiques ajoutés, et, d'autre part, pour promouvoir l’utilisation de polymères biologiques à moindre impact sur l’environnement et sur la santé humaine. the use of coagulants / adjuvants / flocculants based on bioproducts, on the one hand, to reduce the dependence of the sewage treatment plant on added chemical reagents, and, on the other hand, to promote the use of biological polymers with lower impact on the environment and human health.
[0007] Les exopolymères bactériens (EPS) sont des biopolymères qui sont sécrétés ou [0007] Bacterial exopolymers (EPS) are biopolymers which are secreted or
relargués par des cellules microbiennes et qui restent en partie plus ou moins fortement associés à la surface de la cellule (par exemple en capsule). Ces biopolymères sont principalement composés de protéines, de glucides, de lipides et/ou d’acides nucléiques. released by microbial cells and which partly remain more or less strongly associated with the surface of the cell (for example in capsule). These biopolymers are mainly composed of proteins, carbohydrates, lipids and / or nucleic acids.
[0008] Les EPS bactériens, et en particuliers la fraction comprenant des exopolysaccharides, peuvent présenter pour certains d’excellentes propriétés floculantes et peuvent ainsi être une alternative satisfaisante aux polymères synthétiques tels que le PAM. [0008] Bacterial EPSs, and in particular the fraction comprising exopolysaccharides, may have excellent flocculant properties for certain and may thus be a satisfactory alternative to synthetic polymers such as PAM.
[0009] La plupart des études concernant la production d’EPS illustrent la production d’EPS au travers de cultures pures, soit par des organismes bien connus (Pseudomonas, Bacillus, bactéries lactiques, champignons, etc.), soit à partir d’isolats réalisés à partir de sources diverses (boues activées, sols, déchets, etc.) et utilisés alors comme des cultures pures. Bien que la production des EPS par voie microbienne soit considérée comme Most studies concerning the production of EPS illustrate the production of EPS through pure cultures, either by well-known organisms (Pseudomonas, Bacillus, lactic acid bacteria, fungi, etc.), or from isolates produced from various sources (activated sludge, soil, waste, etc.) and then used as pure cultures. Although microbial production of EPS is considered to be
respectueuse de l’environnement car basé sur l’utilisation de carbone renouvelable et en phase avec le concept de bioraffinerie, les EPS microbiens ne constituent qu’une fraction mineure du marché actuel des polymères floculants en raison du coût élevé de leur production et de la difficulté de leur récupération. respectful of the environment because based on the use of renewable carbon and in line with the concept of biorefinery, microbial EPS only constitute a minor fraction of the current market for flocculating polymers due to the high cost of their production and the difficulty of their recovery.
[0010] Pour cette raison, de nombreux efforts ont été consacrés au développement de [0010] For this reason, many efforts have been devoted to the development of
procédés de production rentables en utilisant des substrats de culture moins chers. Ces substrats proviennent généralement de résidus sous forme liquide comme les sirops, la mélasse, les jus, le lactosérum du fromage et les eaux usées en général ou de matières solides comme la biomasse lignocellulosique et les déchets organiques. Ces moyens de productions présentent malheureusement des inconvénients. Un des inconvénients majeurs se situe dans la mise en œuvre de cultures dites « pures » tant dans les besoins de stérilisation associés que dans l’incapacité des souches bactériennes pures à utiliser la diversité des substrats présents. cost-effective production processes using less expensive growing media. These substrates generally come from residues in liquid form such as syrups, molasses, juices, whey from cheese and wastewater in general or from solids such as lignocellulosic biomass and organic waste. These means of productions unfortunately have drawbacks. One of the major drawbacks lies in the use of so-called “pure” cultures, both in terms of the associated sterilization needs and in the inability of the pure bacterial strains to use the diversity of the substrates present.
[0011] Il existe ainsi un besoin de fournir un produit ayant des propriétés de floculant [0011] There is thus a need to provide a product having flocculant properties.
suffisantes pour remplacer les polymères synthétiques pouvant avoir un impact sur la santé, de s’affranchir de la dépendance vis-à-vis du fournisseur et d’appliquer un principe d’économie circulaire avec circuit court en produisant le produit ayant des propriétés de floculant à l’endroit où l’on en a besoin, de valoriser les déchets et sous-produits en produisant les produits ayant des propriétés de floculant à partir de ces résidus, déchets, sous-produits contenant des carbohydrates et éventuellement de pouvoir les exporter facilement afin d’augmenter la rentabilité de la station d’épuration. sufficient to replace synthetic polymers that may have an impact on health, to overcome dependence on the supplier and to apply a principle of circular economy with short circuit by producing the product with flocculant properties where it is needed, to recover waste and by-products by producing products with flocculant properties from these residues, waste, by-products containing carbohydrates and possibly to be able to export them easily in order to increase the profitability of the wastewater treatment plant.
[0012] Un objet de la présente invention porte ainsi sur un procédé de production d’une biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant comprenant les étapes : a) introduction dans un réacteur : [0012] An object of the present invention thus relates to a process for producing a microbial cellular biomass having flocculant properties comprising the steps: a) introduction into a reactor:
- d’un substrat comprenant éventuellement un inoculum microbien et comprenant au moins 30% en masse d’oses, choisis de préférence dans le groupe comprenant les hexoses et les pentoses ; et - a substrate optionally comprising a microbial inoculum and comprising at least 30% by mass of oses, preferably chosen from the group comprising hexoses and pentoses; and
- optionnellement d’éléments nutritifs pour l’inoculum microbien, le milieu réactionnel obtenu ayant un rapport molaire C/N inférieur ou égal à 10 et un taux de dilution D inférieur ou égal à 0,35h_1 ; - optionally of nutrients for the microbial inoculum, the reaction medium obtained having a C / N molar ratio less than or equal to 10 and a dilution rate D less than or equal to 0.35h _1 ;
b) agitation du milieu réactionnel obtenu en a) et maintien du rapport C/N à une valeur inférieure ou égale à 10 et du taux de dilution D à une valeur inférieure ou égale à 0,35h_1 ; b) stirring the reaction medium obtained in a) and maintaining the C / N ratio to a value less than or equal to 10 and the dilution ratio D to a value less than or equal to 0.35H _1;
c) élimination des bactéries filamenteuses et champignons filamenteux éventuels par décantation séquentielle de la biomasse obtenue en b) ; et c) elimination of filamentous bacteria and possible filamentous fungi by sequential settling of the biomass obtained in b); and
obtention de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. obtaining microbial cellular biomass having flocculant properties.
[0013] Par « substrat », on entend tout hydrolysat ou mélange comprenant une source de carbone (oses), pasteurisé ou non pasteurisé, purifié ou non purifié, filtré ou non filtré, comprenant au moins 30% en masse de sucres (oses) provenant de n’importe quelle biomasse. Il peut s’agir par exemple d’un hydrolysat de bois, de paille et plus généralement toute biomasse lignocellulosique, de céréales, racines (ex : betterave), de fruits mais aussi des résidus ou co-produits et déchets solides organiques éventuellement biodégradables ayant, une fraction élevée de sucres, notamment ceux indiqués dans le Rapport de l’Agence de l’environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME : By "substrate" is meant any hydrolyzate or mixture comprising a carbon source (oses), pasteurized or unpasteurized, purified or unpurified, filtered or unfiltered, comprising at least 30% by mass of sugars (oses) from any biomass. It can be for example a hydrolyzate of wood, straw and more generally any lignocellulosic biomass, of cereals, roots (eg beetroot), fruits but also residues or co-products and organic solid waste possibly biodegradable having a high fraction of sugars, in particular those indicated in the Report of the Agency for the environment and Energy Management (ADEME:
panorama des coproduits et résidus biomasse a usage des filières chimie et matériaux biosourcés en France), Septembre 2015. Le substrat peut, dans certains cas, être un milieu de culture, s’il comprend tous les éléments nutritifs pour l’inoculum microbien. overview of co-products and biomass residues for use in chemistry and biobased materials sectors in France), September 2015. The substrate can, in certain cases, be a culture medium, if it includes all the nutrients for the microbial inoculum.
[0014] Avantageusement, lorsque le substrat est un hydrolysat, il peut être obtenu par toute méthode d’hydrolyse chimique, thermique ou biologique connue de l’art telle que par exemple une hydrolyse enzymatique en milieu acide (Kumar, P., Barrett, D. M., Advantageously, when the substrate is a hydrolyzate, it can be obtained by any method of chemical, thermal or biological hydrolysis known in the art such as for example an enzymatic hydrolysis in an acidic medium (Kumar, P., Barrett, DM,
Delwiche, M. J., & Stroeve, P., Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production. Industrial & Engineering Chemistry Delwiche, M. J., & Stroeve, P., Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production. Industrial & Engineering Chemistry
Research, 2009, 48(8), 3713-3729) Research, 2009, 48 (8), 3713-3729)
[0015] Avantageusement, le substrat peut comprendre au moins 40% en masse d’oses. De préférence le substrat comprend au moins 50% en masse d’oses, et de manière encore plus préférée de 70 à 100 % en masse d’oses, voire de 90 à 100 %. Advantageously, the substrate can comprise at least 40% by mass of oses. Preferably the substrate comprises at least 50% by mass of oses, and even more preferably from 70 to 100% by mass of oses, or even from 90 to 100%.
[0016] Avantageusement, le substrat peut comprendre un hydrolysat et/ou des oses. [0016] Advantageously, the substrate can comprise a hydrolyzate and / or oses.
[0017] Par « ose » ou « monosaccharide », on entend le monomère des glucides. Les oses possèdent au moins 3 atomes de carbone : ce sont des poly hydroxyaldéhydes (aldoses) ou des poly hydroxycétones (cétoses). Ils ne sont pas hydrolysables. Ils sont très solubles dans l'eau et possèdent généralement un pouvoir sucrant. On les distingue par la longueur de leur chaîne carbonée. Un ose à n carbones est composé d’une chaîne carbonée non ramifiée, n allant de 3 à 7 carbones, ne comportant que des liaisons simples. Tous les carbones portent une fonction alcool (OH) sauf un qui porte une fonction carbonyle. Cela détermine donc deux catégories d'oses. On appelle « aldose », un ose dont la fonction carbonyle est une fonction aldéhyde, elle se trouve sur le premier carbone (par exemple le glucose). On appelle « cétose », un ose dont la fonction carbonyle est une fonction cétone, elle se trouve sur le second carbone (par exemple le fructose). By "ose" or "monosaccharide" is meant the monomer of carbohydrates. Osseous have at least 3 carbon atoms: they are poly hydroxyaldehydes (aldoses) or poly hydroxyketones (ketoses). They are not hydrolyzable. They are very soluble in water and generally have a sweetening power. They are distinguished by the length of their carbon chain. An n-carbon ose is made up of an unbranched carbon chain, n ranging from 3 to 7 carbons, with only single bonds. All the carbons carry an alcohol (OH) function except one which carries a carbonyl function. This therefore determines two categories of oses. The term “aldose” is used to refer to an ose whose carbonyl function is an aldehyde function; it is found on the first carbon (for example glucose). We call “ketose”, an ose whose carbonyl function is a ketone function, it is on the second carbon (for example fructose).
[0018] Avantageusement, les oses peuvent être choisis parmi le groupe comprenant les [0018] Advantageously, the oses can be chosen from the group comprising
hexoses et les pentoses. Par exemple, le substrat peut comprendre des aldohexoses (exemple : glucose ; galactose), des cétohexoses (exemple : fructose ; sorbose), des aldopentoses (exemples : xylose ; arabinose ; ribose) ou bien encore des cétopentoses (exemple : ribulose ; xylulose) et leurs mélanges. hexoses and pentoses. For example, the substrate can comprise aldohexoses (example: glucose; galactose), ketohexoses (example: fructose; sorbose), aldopentoses (examples: xylose; arabinose; ribose) or even ketopentoses (example: ribulose; xylulose) and their mixtures.
[0019] Avantageusement, le substrat peut comprendre un inoculum microbien, comprenant notamment des bactéries hétérotrophes. Les microorganismes dudit substrat peuvent être choisis dans le groupe comprenant les gammaprotéobactéries, les flavobactéries, les alphaprotéobactéries et les bêtaprotéobactéries. Par exemple, il peut s’agir de bactéries appartenant à des classes taxonomiques telles que les gammaprotéobactéries, les flavobactéries, les alphaprotéobactéries et les bêtaprotéobactéries. Par exemple, les gammaprotéobactéries peuvent être des Citrobacter, Klebsiella et Raoultella de la famille des Enterobacteriaceae et Acinetobacter de Moraxellaceae, les flavobactéries peuvent être des flavobacterium ou des flavobacteriaceae, les alphaprotéobactéries peuvent être des Rhodobacter (Rhodobacteraceae) ou des Novosphingobium (Sphingomonadaceae) et les Betaproteobacteria peuvent être des Comamonas (Comamonadaceae). Avantageusement, les microorganismes sélectionnés lors de la mise en œuvre du procédé selon l’invention peuvent par exemple être lesdites bactéries hétérotrophes précédemment citées, ces microorganismes pouvant ensuite produire des EPS bactériens. [0019] Advantageously, the substrate can comprise a microbial inoculum, comprising in particular heterotrophic bacteria. The microorganisms of said substrate can be chosen from the group comprising gammaproteobacteria, flavobacteria, alphaproteobacteria and betaproteobacteria. For example, they can be bacteria belonging to taxonomic classes such as gammaproteobacteria, flavobacteria, alphaproteobacteria and betaproteobacteria. For example, the gammaproteobacteria can be Citrobacter, Klebsiella and Raoultella of the Enterobacteriaceae and Acinetobacter family of Moraxellaceae, the flavobacteria can be flavobacterium or flavobacteriaceae, the alphaproteobacteria can be Rhodobacter (Rhodobacteriaceae) etomonaceae Betaproteobacteria can be Comamonas (Comamonadaceae). Advantageously, the microorganisms selected during the implementation of the method according to the invention can for example be said previously mentioned heterotrophic bacteria, these microorganisms then being able to produce bacterial EPS.
[0020] Par « biomasse », on entend une masse comprenant des microorganismes vivants. By "biomass" is meant a mass comprising living microorganisms.
[0021] Par « biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant », on entend biomasse ayant un pouvoir floculant contenant des composés microbiens comprenant des exopolysaccharides (EPS), purs ou en mélange avec d’autres substances (par exemples des protéines) ayant des propriétés de floculant et pouvant se substituer aux polymères synthétiques tels que les polyacrylamides par exemple. By "microbial cell biomass having flocculant properties" is meant biomass having a flocculating power containing microbial compounds comprising exopolysaccharides (EPS), pure or mixed with other substances (for example proteins) having flocculant properties and being able to replace synthetic polymers such as polyacrylamides for example.
[0022] Par « exopolysaccharides bactériens », on entend des EPS sécrétés ou relargués par des cellules microbiennes et qui restent en partie plus ou moins fortement associés à la surface de la cellule. Les exopolysaccharides bactériens peuvent ainsi être produits par les cellules et s’accumuler autour des cellules. Ces polysaccharides sont des homo- ou hétéro- polysaccharides principalement composés de glucides, le glucose, le galactose et le mannose étant les monomères les plus courants. Dans le cas des hétéropolysaccharides, on observe par exemple : D-glucose, D-galactose, L-rhamnose avec parfois, N- acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, ou acide glucuronique, mais aussi acides guluronique et manuronique. D'autres sucres neutres (par exemple, le rhamnose et le fucose), certains acides uroniques (principalement des acides glucuronique et galacturonique) et des osamines (sucres N-acétylamino) sont également fréquemment rencontrés. En plus des hydrates de carbone, les EPS bactériens peuvent contenir plusieurs substituants (tels que des groupes acyl et/ou pyruvate). La présence de certains de ces groupes acyls confère à l'EPS un caractère anionique, augmente son caractère lipophile et affecte sa capacité à interagir avec d’autres polysaccharides et les cations. By "bacterial exopolysaccharides" is meant EPS secreted or released by microbial cells and which remain in part more or less strongly associated with the surface of the cell. Bacterial exopolysaccharides can thus be produced by cells and accumulate around cells. These polysaccharides are homo- or heteropolysaccharides mainly composed of carbohydrates, glucose, galactose and mannose being the most common monomers. In the case of heteropolysaccharides, for example: D-glucose, D-galactose, L-rhamnose, sometimes with N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, or glucuronic acid, but also guluronic and manuronic acids are observed. Other neutral sugars (for example, rhamnose and fucose), certain uronic acids (mainly glucuronic acids and galacturonic) and osamines (N-acetylamino sugars) are also frequently encountered. In addition to carbohydrates, bacterial EPSs can contain several substituents (such as acyl and / or pyruvate groups). The presence of some of these acyl groups gives EPS an anionic character, increases its lipophilic character and affects its ability to interact with other polysaccharides and cations.
[0023] Par « boue activée », on entend une biomasse microbienne utilisée pour le traitement des eaux usées qui s’organise en floc. La boue activée se compose principalement d'organismes hétérotrophes, c'est-à-dire qui utilisent des matières organiques et acquièrent de l’énergie par oxydation ou respiration, ou encore fermentation. Certains de ces microorganismes produisent des EPS responsables de la floculation observée des boues activées. By "activated sludge" is meant a microbial biomass used for the treatment of wastewater which is organized in floc. Activated sludge is mainly composed of heterotrophic organisms, that is, organisms that use organic matter and acquire energy through oxidation or respiration, or fermentation. Some of these microorganisms produce EPS responsible for the observed flocculation of activated sludge.
[0024] Par « microorganismes indésirables », on entend des bactéries ou champignons, By "undesirable microorganisms" is meant bacteria or fungi,
notamment bactéries filamenteuses et champignons filamenteux, qui ne présentent aucune propriété de floculant, ne produisant notamment pas les EPS responsables de la floculation observée des boues activées. in particular filamentous bacteria and filamentous fungi, which do not exhibit any flocculant property, in particular not producing the EPS responsible for the observed flocculation of the activated sludge.
[0025] Par « décantation », on entend tout procédé dans lequel des particules sont séparées par une différence de masse volumique, par exemple centrifugation, hydrocyclone ou sédimentation. By "settling" is meant any process in which particles are separated by a difference in density, for example centrifugation, hydrocyclone or sedimentation.
[0026] Avantageusement, l’étape a) du procédé selon l’invention comprend une introduction dans un réacteur d’un substrat et optionnellement d’éléments nutritifs pour l’inoculum microbien. Ce mélange conduit à la formation d’un milieu de culture dans le réacteur (milieu réactionnel). Le substrat peut dans certains cas satisfaire à la définition de milieu de culture. Advantageously, step a) of the process according to the invention comprises an introduction into a reactor of a substrate and optionally of nutrients for the microbial inoculum. This mixture leads to the formation of a culture medium in the reactor (reaction medium). The substrate may in some cases meet the definition of culture medium.
[0027] Avantageusement, le substrat peut être complété par l’introduction d’éléments [0027] Advantageously, the substrate can be supplemented by the introduction of elements
nutritifs pour l’inoculum. En fonction de la composition du substrat, l’introduction d’éléments nutritifs permet d’obtenir dans le réacteur un milieu de culture adapté à la prolifération des microorganismes. Il peut s’agir d’une source complémentaire de carbone, de potassium, de phosphore, d’azote, de soufre, de magnésium, de calcium, de fer, de sodium, de chlorure et d’oligo-éléments (sels de Cu, Zn, Co, Ni, B, Ti, Mo), d’eau ou encore d’un tampon pH. La source d’azote peut être minérale et se présente de préférence sous la forme d’ion NH4+ (en équilibre avec NEE) mais peut également se présenter sous la forme de nitrates ou de nitrites. La source d’azote peut aussi être organique (acides aminés, peptides, protéines, acides nucléiques). La source d’azote peut notamment être de l’urée ou un dérivé d’urée (urines) ou un engrais azoté. Le substrat peut également être source d’azote. La source d’azote peut être un mélange des sources précitées. La source de phosphore peut par exemple être de l’acide phosphorique, un phosphate ou un polyphosphate ou un mélange de ceux-ci. nutrients for the inoculum. Depending on the composition of the substrate, the introduction of nutrients makes it possible to obtain in the reactor a culture medium suitable for the proliferation of microorganisms. It can be a complementary source of carbon, potassium, phosphorus, nitrogen, sulfur, magnesium, calcium, iron, sodium, chloride and trace elements (salts of Cu , Zn, Co, Ni, B, Ti, Mo), water or a pH buffer. The nitrogen source can be mineral and is preferably in the form of an NH4 + ion (in equilibrium with NEE) but can also be in the form of nitrates or nitrites. The nitrogen source can also be organic (amino acids, peptides, proteins, nucleic acids). The nitrogen source can in particular be urea or a urea derivative (urine) or a nitrogen fertilizer. The substrate can also be a source of nitrogen. The nitrogen source can be a mixture of the aforementioned sources. The source of phosphorus can, for example, be phosphoric acid, phosphate or polyphosphate or a mixture thereof.
[0028] Avantageusement, le rapport C/N du mélange obtenu à l’étape a) est un rapport [0028] Advantageously, the C / N ratio of the mixture obtained in step a) is a ratio
molaire. Les valeurs de C et de N sont exprimées en moles. Le rapport molaire C/N peut avoir une valeur inférieure ou égale à 10, de préférence comprise dans un intervalle allant de 1 à 10 et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 7 à 10. La mesure de l’azote total réduit « N » (organique et inorganique) se fait par la méthode dite de Kjeldahl. La mesure de l’azote minéral réduit (NLL+) est faite par la méthode de Kjeldahl ou par la chromatographie HPLC ionique ou encore par la méthode colorimétrique de Nessler. Le carbone « C » est mesuré par le COT (Carbone Organique Total). Il est tenu compte dans la valeur de « C » uniquement du carbone organique biodégradable qui est celui qui est dégradé dans le réacteur. Le rapport C/N peut être mesuré et ajusté sur la base de prélèvements effectués au sein du réacteur ou sur les entrées et sorties du réacteur (par exemple sur la base d’un bilan entrée/sortie). molar. The values of C and N are expressed in moles. The C / N molar ratio may have a value less than or equal to 10, preferably in a range going from 1 to 10 and even more preferably in a range going from 7 to 10. The measurement of the reduced total nitrogen "N" (organic and inorganic) is done by the so-called Kjeldahl method. The measurement of reduced mineral nitrogen (NLL + ) is carried out by the Kjeldahl method or by ionic HPLC chromatography or even by the Nessler colorimetric method. Carbon "C" is measured by TOC (Total Organic Carbon). Only the biodegradable organic carbon, which is that which is degraded in the reactor, is taken into account in the value of “C”. The C / N ratio can be measured and adjusted on the basis of samples taken within the reactor or on the inputs and outputs of the reactor (for example on the basis of an input / output balance).
[0029] Avantageusement, le taux de dilution D dans le réacteur peut être inférieur ou égal à 0,35h_1, de préférence compris dans un intervalle allant de 0,05 à 0,30h_1, et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 0,08 à 0,20h_1 ou encore de 0,09 à 0,014h ' . Le taux de dilution est le rapport entre le débit liquide (m3.h_1) entrant dans le réacteur sur le volume du liquide dudit réacteur (m3). Dans le cas d’un réacteur semi- continu, le calcul du taux de dilution se fait sur la durée du cycle. Le liquide peut éventuellement comprendre des solides en suspension, notamment par exemple le substrat, l’inoculum et d’autres éléments. Advantageously, the dilution rate D in the reactor can be less than or equal to 0.35h _1 , preferably within a range ranging from 0.05 to 0.30h _1 , and even more preferably within a range ranging from 0.08 to 0.20h _1 or alternatively from 0.09 to 0.014h '. The dilution rate is the ratio between the liquid flow rate (m 3 .h _1 ) entering the reactor over the volume of the liquid of said reactor (m 3 ). In the case of a semi-continuous reactor, the dilution rate is calculated over the duration of the cycle. The liquid may optionally comprise suspended solids, including for example the substrate, the inoculum and other elements.
[0030] Avantageusement, le pH dans le réacteur est compris dans un intervalle allant de 6 à 9, de préférence de 6,5 à 8 ou encore de 6,8 à 7,8. Advantageously, the pH in the reactor is within a range from 6 to 9, preferably from 6.5 to 8 or even from 6.8 to 7.8.
[0031] Avantageusement, le mélange obtenu à l’étape a) a un rapport molaire C/P inférieur ou égal à 600. Le rapport C/P du mélange obtenu à l’étape a) est un rapport molaire. Les valeurs de C et de P sont exprimées en moles. Le rapport molaire C/P peut avoir une valeur inférieure ou égale à 600, de préférence inférieure ou égale à 100 et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 40 à 100. La valeur de C est la même que dans le rapport C/N. La mesure de phosphore peut être réalisée par digestion en milieu acide et en présence de persulfate, le phosphore solubilisé est ensuite dosé par Advantageously, the mixture obtained in step a) has a C / P molar ratio of less than or equal to 600. The C / P ratio of the mixture obtained in step a) is a molar ratio. The values of C and P are expressed in moles. The C / P molar ratio may have a value less than or equal to 600, preferably less than or equal to 100 and even more preferably in a range of 40 to 100. The value of C is the same as in the C / N ratio. The measurement of phosphorus can be carried out by digestion in an acidic medium and in the presence of persulfate, the solubilized phosphorus is then determined by
colorimétrie selon la norme NF EN 14672 de décembre 2005. Généralement, dans le procédé selon l’invention, lorsque le taux de dilution D augmente, le rapport C/P requis diminue. Par exemple, lorsque le taux de dilution D est compris dans un intervalle allant de 0,25 à 0,35h_1, le rapport C/P peut être de l’ordre de 40 à 70. Lorsque le taux de dilution D est compris dans un intervalle allant de 0,14 à 0,25h_1, le rapport C/P peut être inférieur ou égal à 600. Lorsque le taux de dilution D est compris dans un intervalle allant de 0,09 à 0,14h_1, le rapport C/P peut être de l’ordre de 40 à 600. Par exemple, lorsque D est d’environ 0,12h_1, C/P peut être inférieur ou égal à 100, de préférence compris dans un intervalle allant de 40 et 100 ou encore dans un intervalle allant de 40 et 60. colorimetry according to standard NF EN 14672 of December 2005. Generally, in the process according to the invention, when the dilution rate D increases, the required C / P ratio decreases. For example, when the dilution rate D is in a range going from 0.25 to 0.35 hrs _1 , the C / P ratio can be of the order of 40 to 70. When the dilution rate D is included in an interval ranging from 0.14 to 0.25 h _1 , the C / P ratio may be less than or equal to 600. When the dilution rate D is within an interval ranging from 0.09 to 0.14 h _1 , the ratio C / P can be of the order of 40 to 600. for example, when D is approximately 0,12h _1, C / P can be less than or equal to 100, preferably within a range of from 40 to 100 or in an interval going from 40 to 60.
[0032] Avantageusement, l’étape b) du procédé selon l’invention comprend une agitation du milieu réactionnelle obtenu à l’issue de l’étape a). Il peut s’agir d’une agitation mécanique ou magnétique. [0032] Advantageously, step b) of the process according to the invention comprises stirring the reaction medium obtained at the end of step a). It can be mechanical or magnetic agitation.
[0033] Avantageusement, dans l’étape b) selon le procédé de l’invention, la durée d’agitation peut être comprise dans un intervalle allant de quelques minutes à plusieurs heures, jours ou mois. La durée de l’étape b) peut dépendre de la fréquence à laquelle l’étape c) est mise en œuvre. Advantageously, in step b) according to the method of the invention, the stirring time can be in a range ranging from a few minutes to several hours, days or months. The duration of step b) may depend on how often step c) is performed.
[0034] Avantageusement, pendant toute la durée de l’étape b), le rapport C/N peut être Advantageously, throughout the duration of step b), the C / N ratio can be
maintenu à une valeur inférieure ou égale à 10, de préférence comprise dans un intervalle allant de 4 à 10 et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 7 à 10. maintained at a value less than or equal to 10, preferably within a range of 4 to 10 and even more preferably in a range of 7 to 10.
[0035] Avantageusement, le rapport C/N des étapes a) et b) est identique. Advantageously, the C / N ratio of steps a) and b) is identical.
[0036] Avantageusement, pendant toute la durée de l’étape b), le taux de dilution D peut être maintenu à une valeur inférieure ou égale à 0,35h_1, de préférence compris dans un intervalle allant de 0,05 à 0,30h_1, et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 0,08 à 0,20h_1 ou encore de 0,09 à 0,14h_1. Advantageously, throughout the duration of step b), the dilution rate D can be maintained at a value less than or equal to 0.35h _1 , preferably within a range of 0.05 to 0, 30h _1 , and even more preferably in an interval ranging from 0.08 to 0.20h _1 or else from 0.09 to 0.14h _1 .
[0037] Avantageusement, le taux de dilution D des étapes a) et b) est identique. Advantageously, the dilution rate D of steps a) and b) is identical.
[0038] Avantageusement, l’imposition d’un taux de dilution D dans le réacteur fixe un temps de séjour des cellules dans le réacteur et impose indirectement un taux spécifique de croissance m minimum aux cellules non décantées, permettant ainsi l’élimination des cellules non désirées. [0039] Avantageusement, pendant toute la durée de l’étape b), le rapport C/P peut être maintenu à une valeur inférieure ou égale à 600, de préférence inférieure ou égale à 100 et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 40 à 100. Advantageously, the imposition of a dilution rate D in the reactor fixes a residence time of the cells in the reactor and indirectly imposes a minimum specific growth rate m on the undecanted cells, thus allowing the elimination of the cells. unwanted. Advantageously, throughout the duration of step b), the C / P ratio can be maintained at a value less than or equal to 600, preferably less than or equal to 100 and even more preferably within a range of from 40 to 100.
[0040] Avantageusement, le rapport C/P des étapes a) et b) peut être identique. Advantageously, the C / P ratio of steps a) and b) can be identical.
[0041] Avantageusement, l’étape c) du procédé selon l’invention peut comprendre une Advantageously, step c) of the method according to the invention can comprise a
élimination des bactéries filamenteuses et des champignons filamenteux éventuels, et éventuellement d’autres micro -organismes indésirables, par décantation séquentielle de la biomasse obtenue à l’étape b). elimination of filamentous bacteria and possible filamentous fungi, and possibly other undesirable micro-organisms, by sequential decantation of the biomass obtained in step b).
[0042] Avantageusement, l’étape c) du procédé selon l’invention peut être mise en œuvre de manière alternative ou simultanée avec l’étape b). Le procédé peut comprendre une ou plusieurs itérations des étapes a), b) et/ou c), lesdites étapes a), b) et/ou c) étant consécutives ou simultanées. En particulier, dans le cadre d’un fonctionnement continu, les étapes a) et b) peuvent être simultanées ou consécutives. Advantageously, step c) of the method according to the invention can be carried out alternatively or simultaneously with step b). The method may comprise one or more iterations of steps a), b) and / or c), said steps a), b) and / or c) being consecutive or simultaneous. In particular, in the context of continuous operation, steps a) and b) can be simultaneous or consecutive.
[0043] Avantageusement, l’étape c) peut être mise en œuvre directement dans le réacteur ou bien sur les effluents issus du réacteur. Lorsque l’étape c) est mise en œuvre dans le réacteur, l’agitation est arrêtée et la biomasse obtenue à l’étape b) est alors mise à décanter dans le réacteur. Le décantai obtenu, comprenant bactéries filamenteuses et champignons filamenteux éventuels, et éventuellement d’autres microorganismes indésirables, est éliminé du réacteur, par exemple via une purge partielle du volume liquide du réacteur. Lorsque l’étape c) est mise en œuvre sur les effluents issus du réacteur, le décantât est alors éliminé et le résiduel qui contient notamment des bactéries ayant les propriétés de floculant est réinjecté dans le réacteur. Dans ce mode de réalisation du procédé, l’étape c) peut être mise en œuvre simultanément à l’étape a) et/ou b) car l’agitation n’a pas besoin d’être interrompue pour permettre la décantation du milieu réactionnel. L’étape c) du procédé de l’invention permet d’éviter l’accumulation de micro-organismes indésirables, notamment les microorganismes filamenteux (bactéries ou champignons) dans le réacteur. L’étape c) peut permettre en outre d’éliminer d’autres microorganismes indésirables dont la vitesse de décantation est supérieure à celle des microorganismes produits au cours du procédé, notamment les EPS bactériens. Advantageously, step c) can be carried out directly in the reactor or else on the effluents from the reactor. When step c) is carried out in the reactor, the stirring is stopped and the biomass obtained in step b) is then allowed to settle in the reactor. The settling obtained, comprising filamentous bacteria and possible filamentous fungi, and possibly other undesirable microorganisms, is removed from the reactor, for example by partially purging the liquid volume of the reactor. When step c) is carried out on the effluents from the reactor, the decantate is then removed and the residue which contains in particular bacteria having flocculant properties is reinjected into the reactor. In this embodiment of the process, step c) can be carried out simultaneously with step a) and / or b) because the stirring does not need to be interrupted to allow the reaction medium to settle. . Step c) of the process of the invention makes it possible to prevent the accumulation of undesirable microorganisms, in particular filamentous microorganisms (bacteria or fungi) in the reactor. Step c) can also make it possible to eliminate other undesirable microorganisms whose settling rate is greater than that of the microorganisms produced during the process, in particular bacterial EPS.
[0044] Avantageusement, dans l’étape c) selon le procédé de l’invention, la durée de la [0044] Advantageously, in step c) according to the method of the invention, the duration of the
décantation est suffisante pour éliminer les microorganismes filamenteux ayant une vitesse de sédimentation comprise dans un intervalle allant de 0,1 mètre par heure à 20 mètres par heure et plus généralement comprise entre 0,5 m/h et 5 m/h. settling is sufficient to eliminate filamentous microorganisms having a sedimentation rate within an interval ranging from 0.1 meter per hour to 20 meters per hour and more generally between 0.5 m / h and 5 m / h.
[0045] Par « durée de décantation suffisante », on entend la durée nécessaire pour que dans un réacteur donné, les microorganismes indésirables aient le temps d’atteindre la fraction du milieu réactionnel qui sera purgée. Par exemple, la durée de décantation de l’étape c) pour un milieu réactionnel ayant un volume 8 L et une hauteur 25 cm, dont 11% en volume sont purgés est de 4 à 5 minutes. Les microorganismes éliminés sont, par exemple, des bactéries du genre Sphaerotilus en particulier, l’espèce S. natans. L’homme du métier saura adapter la durée de l’étape c), en fonction du type de microorganismes filamenteux à éliminer et des paramètres de température, de viscosité, de volume et de hauteur du milieu réactionnel, pour éliminer une quantité suffisante de microorganismes filamenteux, notamment aussi en fonction de la forme du réacteur et de la fraction de volume de milieu réactionnel purgé. By "sufficient settling time" is meant the time necessary for, in a given reactor, the undesirable microorganisms have time to reach the fraction of the reaction medium which will be purged. For example, the settling time of step c) for a reaction medium having a volume of 8 L and a height of 25 cm, of which 11% by volume is purged, is 4 to 5 minutes. The eliminated microorganisms are, for example, bacteria of the genus Sphaerotilus in particular, the species S. natans. Those skilled in the art will know how to adapt the duration of step c), depending on the type of filamentous microorganisms to be eliminated and the parameters of temperature, viscosity, volume and height of the reaction medium, in order to remove a sufficient quantity of microorganisms. filamentous, in particular also depending on the shape of the reactor and the fraction of volume of reaction medium purged.
[0046] Avantageusement, l’étape c) permet lors de la mise en œuvre du procédé de Advantageously, step c) allows during the implementation of the method of
l’invention, que le temps de séjour des microorganismes indésirables soit inférieur à celui des microorganismes ayant des propriétés de floculant. the invention, that the residence time of unwanted microorganisms is less than that of microorganisms having flocculant properties.
[0047] Avantageusement, lorsque le procédé comprend plusieurs étapes c) selon le procédé de l’invention, la fréquence de mise en œuvre de l’étape c) est de préférence comprise dans un intervalle allant de 1 à 60 fois par jour et de manière encore plus préférée dans un intervalle allant de 15 à 30 fois par jour. Advantageously, when the method comprises several steps c) according to the method of the invention, the frequency of implementation of step c) is preferably within an interval ranging from 1 to 60 times per day and from even more preferably in a range of 15 to 30 times per day.
[0048] Avantageusement, le ratio tc/tb (durée de l’étape c/durée de l’étape b) a une valeur allant de 0,01 à 0,40, de préférence de 0,05 à 0,30. On définit le ratio tc/tb comme étant la durée d’une étape c) / la durée d’une étape b), lorsque l’étape c) est mise en œuvre dans le réacteur et comme la somme des durées de l’étape c) / la durée de l’étape b), lorsque l’étape c) est réalisée sur les effluents issus du réacteur. Advantageously, the ratio t c / t b (duration of step c / duration of step b) has a value ranging from 0.01 to 0.40, preferably from 0.05 to 0.30 . The ratio t c / t b is defined as being the duration of a stage c) / the duration of a stage b), when stage c) is implemented in the reactor and as the sum of the durations of l step c) / the duration of step b), when step c) is carried out on the effluents from the reactor.
[0049] Avantageusement, la production de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant se produit de manière continue lors des étapes b) et/ou c). Advantageously, the production of the microbial cell biomass having flocculant properties occurs continuously during steps b) and / or c).
[0050] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape d’inoculation du réacteur avec un ou plusieurs microorganismes. Cette étape Advantageously, the method according to the invention can further comprise a step of inoculating the reactor with one or more microorganisms. This step
d’inoculation du réacteur peut par exemple comprendre l’introduction d’une boue activée, d’un inoculum issu d’un autres procédé de traitement biologique des eaux usées, par exemple d’un biofiltre, d’un lit bactérien, d’un procédé de lagunage mais aussi un extrait de sol ou de déchets, résidus organiques ou encore d’un inoculum sélectionné sur sucre simple et ions ammonium, selon le procédé de l’invention, de préférence à un rapport molaire C/N inférieur ou égale à 10. Cette étape d’inoculation est une étape dite d’amorçage et peut avoir lieu préalablement à l’étape a), notamment lorsque le substrat envisagé pour la mise en œuvre du procédé ne contient pas de microorganismes ou s’ils ne sont pas en nombre suffisant ou suffisamment viable dans le substrat pour amorcer le procédé selon l’invention. Pendant cette étape, le ou les microorganismes d’intérêt se développent de manière à pourvoir produire ensuite la biomasse lors de la mise en œuvre du procédé. inoculation of the reactor can for example comprise the introduction of an activated sludge, of an inoculum resulting from another process for the biological treatment of wastewater, for example a biofilter, a bacterial bed, a lagooning process but also an extract of soil or waste, organic residues or else of an inoculum selected on simple sugar and ammonium ions, according to the process of the invention, preferably at a C / N molar ratio of less than or equal to 10. This inoculation step is a so-called priming step and can take place prior to step a), in particular when the substrate envisaged for the implementation of the method does not contain microorganisms or if they are not in sufficient number or sufficiently viable in the substrate for initiating the method according to the invention. During this step, the microorganism (s) of interest develop so as to be able to subsequently produce the biomass during the implementation of the method.
[0051] Avantageusement, la concentration de microorganismes provenant de l’inoculum ou du substrat peut généralement représenter au moins 10 mg de cellules viables en masse sèche par litre de volume de liquide dans le réacteur. Advantageously, the concentration of microorganisms originating from the inoculum or from the substrate can generally represent at least 10 mg of viable cells in dry mass per liter of volume of liquid in the reactor.
[0052] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape d’injection dans le réacteur d’un ose ou mélange d’oses additionnel. Cette étape peut être mise en œuvre à tout moment dans la mise en œuvre du procédé pour ajuster le rapport C/N, ou bien lors de l’étape d’amorçage ou pour favoriser le processus de sélection et de production de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. Advantageously, the method according to the invention can further comprise a step of injecting into the reactor an additional dose or mixture of doses. This step can be implemented at any time in the implementation of the method to adjust the C / N ratio, or during the priming step or to promote the process of selection and production of microbial cell biomass. having flocculant properties.
[0053] Avantageusement, le procédé selon l’invention est mis en œuvre dans un réacteur continu ou semi-continu. En fonctionnement dans un réacteur continu, la croissance, la sélection des microorganismes et la production de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant se produit lors des étapes a), b) et c), au sein du même réacteur. Le procédé peut également être mis en œuvre dans plusieurs réacteurs, les étapes a), b) et c) étant mise en œuvre dans un premier réacteur, conduisant à la croissance et à la sélection des microorganismes. L’étape de production de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant pouvant ensuite être réalisé dans un second réacteur. Advantageously, the method according to the invention is implemented in a continuous or semi-continuous reactor. When operating in a continuous reactor, growth, selection of microorganisms and production of microbial cellular biomass having flocculant properties occurs during steps a), b) and c), within the same reactor. The method can also be implemented in several reactors, steps a), b) and c) being carried out in a first reactor, leading to the growth and selection of microorganisms. The step of producing microbial cell biomass having flocculant properties can then be carried out in a second reactor.
[0054] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre à une Advantageously, the method according to the invention can be implemented at a
température de 4 à 55°C, de préférence de 10 à 30°C, de manière encore préféré à température ambiante. La température ambiante peut varier en fonction du lieu et de la saison, mais est généralement comprise dans un intervalle allant de 15 à 25°C. temperature 4 to 55 ° C, preferably 10 to 30 ° C, more preferably at room temperature. The room temperature may vary depending on the location and the season, but is generally in the range of 15 to 25 ° C.
[0055] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre en milieu Advantageously, the method according to the invention can be implemented in a medium
ouvert, sous aération. L’aération du milieu réactionnel peut se faire à l’air libre ou sous aération forcée. Le gaz utilisé pour l’aération peut être de l’air, ou un mélange enrichi en oxygène. De préférence, l’aération est interrompue lors de l’étape c) afin de favoriser la décantation. open, ventilated. Aeration of the reaction medium can be carried out in the open air or under forced ventilation. The gas used for aeration can be air, or an oxygen enriched mixture. Preferably, the aeration is interrupted during step c) in order to promote settling.
[0056] Avantageusement, le procédé de l’invention est mis en œuvre dans un environnement stérile ou non stérile, de préférence non stérile. Un avantage du procédé selon l’invention est qu’il peut être mis en œuvre dans un environnement non stérile, par exemple un environnement ouvert sur l’extérieur et soumis à la contamination. Advantageously, the method of the invention is carried out in a sterile or non-sterile, preferably non-sterile, environment. An advantage of the method according to the invention is that it can be carried out in a non-sterile environment, for example an environment open to the outside and subject to contamination.
[0057] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape de vidange totale du réacteur comprenant le nettoyage du réacteur et la réintroduction du milieu réactionnel. Cette étape peut permettre dans certains cas d’éviter la formation de biofïlms sur les parois du réacteur, sur les sondes et sur les pales de l’agitateur mécanique ou l’agitateur magnétique. Advantageously, the method according to the invention can further comprise a step of completely emptying the reactor comprising cleaning the reactor and reintroducing the reaction medium. This step can in some cases prevent the formation of biofilms on the walls of the reactor, on the probes and on the blades of the mechanical stirrer or the magnetic stirrer.
[0058] Avantageusement, le procédé selon l’invention est mis en œuvre pendant une durée comprise entre 1 jour et plusieurs mois. [0058] Advantageously, the method according to the invention is implemented for a period of between 1 day and several months.
[0059] Avantageusement, le procédé peut avoir une durée minimale de mise en œuvre Advantageously, the method can have a minimum duration of implementation.
dépendant du taux de dilution D. De préférence, le procédé est mis en œuvre pendant une durée au moins égale à 4* 1/D. Par exemple, lorsque D = 0,12 h 1, la durée de mise en œuvre du procédé est d’au moins 1,5 jour. Cette durée peut correspondre à la durée de sélection des microorganismes qui produiront ensuite les EPS et formeront la biomasse microbienne cellulaire ayant des propriétés de floculant obtenue selon le procédé de l’invention. depending on the dilution rate D. Preferably, the process is carried out for a period of at least 4 * 1 / D. For example, when D = 0.12 h 1 , the duration of the implementation of the method is at least 1.5 days. This duration can correspond to the duration of selection of the microorganisms which will then produce the EPS and will form the cellular microbial biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention.
[0060] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape de déshydratation de la biomasse microbienne cellulaire ayant des propriétés de floculant obtenue selon le procédé de l’invention. L’étape de déshydratation peut être réalisée par séchage (apport de chaleur par conduction, convection ou rayonnement, ou par l’utilisation d’un gaz) ou par lyophilisation. [0060] Advantageously, the method according to the invention may further comprise a step of dehydration of the cellular microbial biomass having flocculant properties obtained according to the method of the invention. The dehydration step can be carried out by drying (heat supply by conduction, convection or radiation, or by the use of a gas) or by lyophilization.
[0061] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre toute étape permettant la conservation de la biomasse selon l’invention par l’abaissement de l’activité de l’eau, notamment en tant que solvant, afin de limiter les réactions de dégradation de la biomasse selon l’invention. [0062] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape de traitement des eaux usées. Ladite étape de traitement des eaux usées peut comprendre une étape de mise en contact d’eaux usées avec un coagulant et la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. De préférence, l’étape comprend la mise en contact d’eaux usées avec un coagulant puis avec la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. Advantageously, the method according to the invention can further comprise any step allowing the conservation of the biomass according to the invention by lowering the activity of water, in particular as a solvent, in order to limit the biomass degradation reactions according to the invention. Advantageously, the method according to the invention can further comprise a step of treating wastewater. Said wastewater treatment step may comprise a step of contacting wastewater with a coagulant and the microbial cellular biomass having flocculant properties. Preferably, the step comprises contacting waste water with a coagulant and then with the microbial cellular biomass having flocculant properties.
[0063] L’invention consiste également en une biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant obtenue selon le procédé de l’invention. [0063] The invention also consists of a microbial cellular biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention.
[0064] On définit un effet de floculation en se basant sur la loi de Stokes et montrant une augmentation de la vitesse de sédimentation de matériel colloïdal et en suspension d’éléments type (par exemple de masse volumique 1100 kg/m3), tels que par exemple les bactéries (diamètre 1 mhi, vitesse de décantation = 1,5 104 m/h), de colloïdes (diamètre 0,1 mhi, vitesse de décantation =1,5 106 m/h ) ou de colloïdes (diamètre 0,01 mhi, vitesse de décantation = 1,5 10 8 m/h). Avantageusement, la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant obtenue selon le procédé de l’invention permet d’obtenir des diamètres de particules (flocs) d’au moins 100 mhi, généralement entre 100 mhi et 1 mm, conduisant à des vitesses de sédimentation respectives de ces mêmes éléments, dans les mêmes conditions, entre 1,5 m/h et 150 m/h. Ces vitesses sont compatibles avec des procédés de sédimentation utilisés classiquement dans l’art. A flocculation effect is defined based on Stokes' law and showing an increase in the sedimentation rate of colloidal material and in suspension of standard elements (for example with a density of 1100 kg / m 3 ), such as as for example bacteria (diameter 1 mhi, settling speed = 1.5 10 4 m / h), colloids (diameter 0.1 mhi, settling speed = 1.5 10 6 m / h) or colloids ( diameter 0.01 mhi, settling speed = 1.5 10 8 m / h). Advantageously, the microbial cellular biomass having flocculant properties obtained according to the process of the invention makes it possible to obtain particle diameters (flocs) of at least 100 mhi, generally between 100 mhi and 1 mm, leading to speeds of respective sedimentation of these same elements, under the same conditions, between 1.5 m / h and 150 m / h. These rates are compatible with sedimentation methods conventionally used in the art.
[0065] Avantageusement, la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de Advantageously, the microbial cell biomass having properties of
floculant selon l’invention comprend des EPS, de préférence des exopolysaccharides bactériens. La biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant selon l’invention possède un pouvoir floculant équivalent ou même supérieur à celui des polymères produits par synthèse chimique utilisés classiquement dans les stations d’épurations, tel que par exemple le polyacrylamide anionique (par exemple Floerger- type AN 934 SH). flocculant according to the invention comprises EPS, preferably bacterial exopolysaccharides. The microbial cellular biomass having flocculant properties according to the invention has a flocculant power equivalent to or even greater than that of the polymers produced by chemical synthesis conventionally used in purification stations, such as for example anionic polyacrylamide (for example Floerger- type AN 934 SH).
[0066] On entend par polyacrylamide, un polymère répondant à la formule [-CH2-CH(- The term “polyacrylamide” is understood to mean a polymer corresponding to the formula [-CH2-CH (-
CONH2)-]n, formé à partir de monomères acrylamide. En fonction de l’utilisation visée, le polyacrylamide peut être fonctionnalisé. Il peut ainsi être ionique (cationique ou anionique) ou non-ionique. Le polyacrylamide fonctionnalisé peut par exemple être un copolymère synthétisé par copolymérisation de monomères acrylamide et de monomères acide acrylique ou par hydrolyse du groupement amide du polyacrylamide. Le PAM de type AN 934 SH est un polyacrylamide fonctionnalisé, anionique, comprenant environ 30 mol% de charges et ayant une masse moléculaire moyenne Mw allant de 1,3.106 à 1,6.10e Da. Sa teneur en eau est inférieure à 13%. Il a en outre une viscosité allant de 5,7 à 6,5 cPs et une densité de 49,92 lbs/ft3 (données fabricant). CONH 2 ) -] n , formed from acrylamide monomers. Depending on the intended use, the polyacrylamide can be functionalized. It can thus be ionic (cationic or anionic) or nonionic. The functionalized polyacrylamide can for example be a copolymer synthesized by copolymerization of acrylamide monomers and acrylic acid monomers or by hydrolysis of the amide group of the polyacrylamide. The WFP of type AN 934 SH is a functionalized, anionic polyacrylamide comprising approximately 30 mol% of fillers and having an average molecular mass Mw ranging from 1.3.10 6 to 1.6.10 e Da. Its water content is less than 13%. It further has a viscosity ranging from 5.7 to 6.5 cPs and a density of 49.92 lbs / ft 3 (manufacturer data).
[0067] On entend par « floculation » le processus physico-chimique au cours duquel des matières en suspensions dans un liquide s'agglomèrent pour former des particules plus grosses (flocs). Le « pouvoir floculant » consiste mesurer G efficacité de l’effet d’agglomération des matières en suspension. Ce pouvoir floculant est par exemple souvent mesuré en relatif par rapport à des références comme une élimination de turbidité en présence ou en absence du floculant dans un test de sédimentation. Par exemple, le PAM AN 934 SH (0.2ppm), associé à du chlorure ferrique (20mg/L) permet un rendement d’épuration (1-turbidité / turbidité témoin sans aucun ajout) > 60% sur ERU (Eau Résiduelle Urbaine). Le PAM AN 934 SH (0.2ppm), associé à du chlorure ferrique (2mg/L) permet un rendement d’épuration (1-turbidité / turbidité témoin sans aucun ajout) > 85% sur kaolinite. Dans les mêmes conditions, la biomasse cellulaire The term "flocculation" is understood to mean the physicochemical process during which materials in suspensions in a liquid agglomerate to form larger particles (flocs). The "flocculant power" consists of measuring the efficiency of the agglomeration effect of suspended matter. This flocculant power is for example often measured relative to references such as elimination of turbidity in the presence or absence of the flocculant in a sedimentation test. For example, PAM AN 934 SH (0.2ppm), associated with ferric chloride (20mg / L) allows a purification yield (1-turbidity / control turbidity without any addition)> 60% on ERU (Urban Residual Water) . PAM AN 934 SH (0.2ppm), associated with ferric chloride (2mg / L) allows a purification yield (1-turbidity / control turbidity without any addition)> 85% on kaolinite. Under the same conditions, cellular biomass
microbienne ayant des propriétés de floculant selon l’invention donne des résultats équivalents, voir largement supérieurs, de 60 à 99% sur ERU et de 85 à 99 % sur kaolinite. microbial having flocculant properties according to the invention gives equivalent results, or even greatly superior, from 60 to 99% on ERU and from 85 to 99% on kaolinite.
[0068] Avantageusement, en présence d’un coagulant, la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant selon l’invention a un pouvoir floculant qui conduit à une élimination de la turbidité d’une eau usée égal à au moins 50 % du pouvoir floculant du polyacrylamide anionique (AN 934 SH) dans les mêmes conditions (ERU, température), de préférence au moins 100%, par exemple entre 100% et 500%. Advantageously, in the presence of a coagulant, the microbial cellular biomass having flocculant properties according to the invention has a flocculating power which leads to elimination of the turbidity of a waste water equal to at least 50% of the power. flocculant of anionic polyacrylamide (AN 934 SH) under the same conditions (ERU, temperature), preferably at least 100%, for example between 100% and 500%.
[0069] Un avantage supplémentaire de la biomasse cellulaire microbienne ayant des [0069] A further advantage of the microbial cell biomass having
propriétés de floculant selon l’invention est de conduire à une forte diminution de la demande chimique en oxygène (DCO) des ERU clarifiée, la DCO étant une mesure indirecte de la pollution desdites ERU. Flocculant properties according to the invention is to lead to a sharp decrease in the chemical oxygen demand (COD) of the clarified ERUs, the COD being an indirect measure of the pollution of said ERUs.
[0070] Avantageusement, la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de Advantageously, the microbial cell biomass having properties of
floculant selon l’invention peut être purifiée ou non purifiée avant d’être utilisée. flocculant according to the invention can be purified or unpurified before use.
[0071] Avantageusement, la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de Advantageously, the microbial cell biomass having properties of
floculant peut être sous forme hydratée ou déshydratée. Sous forme déshydratée, elle offre l’avantage supplémentaire de limiter les coûts liés à son éventuel transport. [0072] L’invention se rapporte également à une utilisation de la biomasse cellulaire microbienne selon l’invention dans le traitement d’une solution ou suspension aqueuse et/ou huileuse, notamment des eaux usées (urbaines, industrielles ou agricoles), des eaux fluviales, des eaux pluviales, des eaux de ruissellement, des eaux d’extraction minière, des eaux de nettoyage, des huiles ou des gaz. La biomasse cellulaire microbienne selon l’invention peut être utilisée dans tout type de solution ou suspension aqueuse nécessitant une floculation. flocculant can be in hydrated or dehydrated form. In dehydrated form, it offers the additional advantage of limiting the costs associated with its possible transport. The invention also relates to a use of the microbial cellular biomass according to the invention in the treatment of an aqueous and / or oily solution or suspension, in particular waste water (urban, industrial or agricultural), water. fluvial, storm water, runoff water, mining water, cleaning water, oils or gases. The microbial cell biomass according to the invention can be used in any type of aqueous solution or suspension requiring flocculation.
[0073] L’invention se rapporte encore à un procédé de traitement des eaux usées comprenant une étape de mise en contact d’une solution ou suspension aqueuse et/ou huileuse avec un coagulant et une biomasse microbienne cellulaire selon l’invention. The invention also relates to a wastewater treatment process comprising a step of bringing an aqueous and / or oily solution or suspension into contact with a coagulant and a cellular microbial biomass according to the invention.
[0074] Avantageusement, le coagulant peut être tout coagulant utilisé dans les procédés de traitement connus. En particulier, il peut être choisi dans le groupe comprenant des ions trivalents de sels de fer et d’aluminium, de préférence FcCh. Le coagulant pourra aussi être choisi dans le groupe comprenant des biopolymères ou substances biosourcées ayant les propriétés de coagulants (ex : tanins, chitine, amidons modifiés). Advantageously, the coagulant can be any coagulant used in the known treatment methods. In particular, it can be chosen from the group comprising trivalent ions of iron and aluminum salts, preferably FcCh. The coagulant may also be chosen from the group comprising biopolymers or bio-based substances having the properties of coagulants (eg: tannins, chitin, modified starches).
[0075] Avantageusement, l’utilisation ou le procédé de traitement selon l’invention peut être mis en œuvre pour floculer des minéraux et/ou des matières organiques dans des contextes autres que le traitement des eaux, dans tous les milieux où un floculant est utile. En particulier, G utilisation ou le procédé de traitement selon l’invention peut être mis en œuvre en amont des membranes de filtrations pour limiter le colmatage ou bien pour aider à l’élimination de l’eau dans les étapes avales de déshydratation / séchage des boues. Advantageously, the use or the treatment method according to the invention can be implemented to flocculate minerals and / or organic materials in contexts other than water treatment, in all environments where a flocculant is useful. In particular, the use or the method of treatment according to the invention can be implemented upstream of the filtration membranes to limit clogging or else to help eliminate water in the downstream stages of dehydration / drying of the sludge.
[0076] Avantageusement, l’utilisation ou le procédé de traitement peut comprendre une étape de réhydratation ou de dilution de la biomasse microbienne cellulaire ayant des propriétés de floculant selon l’invention. Advantageously, the use or the treatment process can comprise a step of rehydration or dilution of the cellular microbial biomass having flocculant properties according to the invention.
[0077] La figure 1 est une représentation schématique de la mise ne œuvre du procédé de l’invention comprenant un réacteur continu, un système d’alimentation en minéraux et oligoéléments, un système d’alimentation en substrat, source de phosphore et d’azote (CPN), un système d’alimentation en air, un agitateur mécanique, un conduit de purge, un système de soutirage, des baffles et un dispositif de contrôle du taux de dilution et des rapports C/N et C/P. [0078] La figure 2 représente une photographie de l’appareillage dit « jar-test » utilisé pour effectuer les tests de floculation, les six béchers étant remplis avec des eaux résiduaires urbaines. Figure 1 is a schematic representation of the implementation of the method of the invention comprising a continuous reactor, a supply system of minerals and trace elements, a substrate supply system, source of phosphorus and nitrogen (NPC), an air supply system, a mechanical agitator, a purge duct, a draw-off system, baffles and a device for controlling the dilution rate and the C / N and C / P ratios. FIG. 2 represents a photograph of the so-called "jar-test" apparatus used to perform the flocculation tests, the six beakers being filled with urban waste water.
[0079] La figure 3 représente une analyse des performances de biomasses obtenues par le procédé selon l’invention. Sur l’axe des abscisses est reporté le gain du polymère commercial (P AM AN 934 SH) par rapport au coagulant FcCh seul (en pourcentage), et sur l’axe des ordonnées est reporté le gain (%) de la biomasse selon l’invention testée par rapport au FcCh seul. [0079] FIG. 3 represents an analysis of the performance of biomasses obtained by the method according to the invention. On the x-axis is plotted the gain of the commercial polymer (P AM AN 934 SH) compared to the coagulant FcCh alone (in percentage), and on the y-axis is plotted the gain (%) of biomass according to l invention tested against FcCh alone.
[0080] La figure 4 représente une vue agrandie (Echelle : 10 pm) d’exopolysaccharides FIG. 4 represents an enlarged view (Scale: 10 μm) of exopolysaccharides
bactériens compris dans une biomasse microbienne cellulaire selon Finvention. On observe grâce à la coloration à F encre de chine la couche relativement compacte qui entoure la paroi bactérienne et constitue la capsule qui est formée de molécules visqueuses élaborées par la bactérie (il est également possible d’utiliser d’autres colorations comme la coloration au bleu d’Alcian qui, a pH 2,5 adhère aux bacteria included in a cellular microbial biomass according to the invention. Thanks to the Indian ink staining, the relatively compact layer which surrounds the bacterial wall and constitutes the capsule which is formed of viscous molecules produced by the bacteria can be observed (it is also possible to use other stains such as the Alcian blue which, at pH 2.5, adheres to
macro molécules chargées négativement et colore alors en bleu les polysaccharides acides). negatively charged macro molecules and then colors acidic polysaccharides blue).
[0081] La figure 5 représente une comparaison entre A) une photographie d'observations microscopiques de consortium dominé par Sphaerotilus (procédé de sélection mené sans purge sélective, c’est-à-dire sans étape c) du procédé) et B) une photographie FIG. 5 represents a comparison between A) a photograph of microscopic observations of a consortium dominated by Sphaerotilus (selection process carried out without selective purging, that is to say without step c) of the process) and B) a photography
d'observations microscopiques de consortium dominé par la biomasse ayant des propriétés de floculant (procédé de sélection mené avec purge sélective des bactéries filamenteuses) ; vue agrandie (Echelle : 10 pm). Cette comparaison montre qu’en l’absence d’étape c) du procédé, les bactéries filamenteuses et champignons filamenteux ne sont pas éliminés. microscopic observations of a biomass-dominated consortium with flocculant properties (selection process carried out with selective purging of filamentous bacteria); enlarged view (Scale: 10 pm). This comparison shows that in the absence of step c) of the process, filamentous bacteria and filamentous fungi are not eliminated.
[0082] L’invention sera mieux comprise à la lecture des exemples, non limitatifs, qui suivent. The invention will be better understood on reading the non-limiting examples which follow.
[0083] Exemple 1 : mis en œuyre du procédé selon Finvention Example 1: implementation of the process according to the invention
[0084] Inoculum et milieux de culture [0084] Inoculum and culture media
[0085] Un réacteur sous agitation et aération est inoculé par une boue activée issue de la station d’épuration de Ginestous, France) prélevée et conservée selon le Cavaillé et al (Cavaillé et al 2016.“Understanding of Polyhydroxybutyrate Production under Carbon and Phosphorus-Limited Growth Conditions in Non-Axenic Continuous Culture.” Bioresource Technology 201 (February): 65-73. A stirred and aeration reactor is inoculated with an activated sludge from the Ginestous wastewater treatment plant, France) taken and stored according to Cavaillé et al (Cavaillé et al 2016. “Understanding of Polyhydroxybutyrate Production under Carbon and Phosphorus -Limited Growth Conditions in Non-Axenic Continuous Culture. ” Bioresource Technology 201 (February): 65-73.
https://doi.Org/10.1016/j.biortech.2015.l l.003). https://doi.Org/10.1016/j.biortech.2015.l l.003).
[0086] La boue est centrifugée à 4100 g pendant une durée de 15 minutes et le surnageant est ensuite éliminé. Le culot est récupéré et des aliquots sont congelés dans l’azote liquide puis stockés à -20°C. The slurry is centrifuged at 4100 g for a period of 15 minutes and the supernatant is then removed. The pellet is collected and aliquots are frozen in liquid nitrogen and then stored at -20 ° C.
[0087] L’inoculum ainsi préparé, avant l’ensemencement du réacteur, un aliquot est The inoculum thus prepared, before seeding the reactor, an aliquot is
décongelé pendant 15h à la température de 4°C et ensuite rincé avec une solution saline (0.9%w/v NaCl) grâce à trois centrifugations successives (4100 g - 15 min). Avant l’inoculation du réacteur, les boues sont alimentées en fed-batch pendant 24h avec des ajouts de 1,8 g/L d’un mélange équimolaire de fructose et glucose. thawed for 15h at a temperature of 4 ° C and then rinsed with a saline solution (0.9% w / v NaCl) thanks to three successive centrifugations (4100 g - 15 min). Before inoculation of the reactor, the sludge is fed-batch fed for 24 hours with additions of 1.8 g / L of an equimolar mixture of fructose and glucose.
[0088] Le réacteur est ensemencé avec une concentration initiale en boue activée de 1,5 g/L de matières volatiles en suspension. The reactor is seeded with an initial activated sludge concentration of 1.5 g / L of volatile matter in suspension.
[0089] Le milieu de culture est composé d’une première solution contenant la source de [0089] The culture medium is composed of a first solution containing the source of
carbone, d’azote et de phosphore. Il s’agit d’une alimentation contenant une source de carbone (dans l’exemple un mélange équimolaire de glucose et fructose), une solution tampon phosphate et de l’ammonium ajouté selon le degré de limitation par l’azote choisi, ici de manière à obtenir un rapport (C/N) consommé de 8,5 (molaire). carbon, nitrogen and phosphorus. This is a feed containing a carbon source (in the example an equimolar mixture of glucose and fructose), a phosphate buffer solution and ammonium added according to the degree of limitation by the nitrogen chosen, here from so as to obtain a consumed (C / N) ratio of 8.5 (molar).
[0090] Une seconde solution est ajoutée contenant les sels minéraux et éléments trace requis pour les cultures microbiennes (Tableau 1). A second solution is added containing the mineral salts and trace elements required for the microbial cultures (Table 1).
Tableau 1. Table 1.
[0091] Afin d’évaluer l’effet d’une contamination microbienne constante sur l’efficacité de la sélection microbienne, un débit continu de boues activées diluées est injecté dans le réacteur. Ce débit est choisi pour apporter un flux de cellules contaminantes In order to assess the effect of constant microbial contamination on the efficiency of microbial selection, a continuous flow of dilute activated sludge is injected into the reactor. This flow rate is chosen to provide a flow of contaminating cells
correspondant à 5% de la production de cellules du réacteur (5% de rx (g/(L.h) - 0,lg/L/h), soit environ 0,005 g/L/h dans les conditions stables avec une DCOp autour de 0,8g/L dans le réacteur. Malgré cet apport continu de cellules contaminantes, la sélection de la biomasse cellulaire ayant des propriétés de floculant se produit. corresponding to 5% of the reactor cell production (5% of r x (g / (Lh) - 0.1g / L / h), ie approximately 0.005 g / L / h under stable conditions with a CODp around 0.8g / L in the reactor. Despite this continuous supply of contaminating cells, selection of cell biomass with flocculant properties occurs.
[0092] Production de la biomasse cellulaire ayant des propriétés de floculant Production of cellular biomass having flocculant properties
[0093] Le substrat utilisé comprend les éléments du tableau 2 ci-dessous : The substrate used comprises the elements of Table 2 below:
Tableau 2. Table 2.
[0094] Les microorganismes sélectionnés par le procédé sont essentiellement de type The microorganisms selected by the method are essentially of the type
Comamonadaceae. Ces microorganismes produisent des EPS bactériens. Comamonadaceae. These microorganisms produce bacterial EPS.
[0095] Un réacteur de 8L de volume utile (10 L au total) (Figure 1) équipé de double- enveloppe a été utilisé. L’agitation fixée à 130 RPM est assurée grâce à des turbines de Rushton et deux contre-pales de 5 cm de largeur. Pour réguler la concentration en oxygène dissous à (2.5 ± 0.5) mg/L, des débitmètres (EL-FLOW®, Bronkhorst High- Tech B.V., France) ont été utilisés. La température est régulée à 25°C ± 1°C, et le pH est maintenu à 7.0 ± 0.3 avec l’ajout d’hydroxyde de potassium (KOH, IM). Les conditions opératoires et l’acquisition des données en ligne (concentration en oxygène dissous, pH et température) sont pilotées via un logiciel d’acquisition. An 8L reactor of useful volume (10 L in total) (Figure 1) equipped with a jacket was used. Stirring set at 130 RPM is provided by Rushton turbines and two 5 cm wide counter-blades. To regulate the dissolved oxygen concentration to (2.5 ± 0.5) mg / L, flow meters (EL-FLOW®, Bronkhorst High-Tech B.V., France) were used. The temperature is regulated at 25 ° C ± 1 ° C, and the pH is maintained at 7.0 ± 0.3 with the addition of potassium hydroxide (KOH, IM). The operating conditions and the online data acquisition (dissolved oxygen concentration, pH and temperature) are controlled via acquisition software.
[0096] Deux fois par mois, les réacteurs sont vidés pour nettoyage afin d’éviter la formation de bio films sur les parois, sur les sondes et sur les pales. Quand cela est jugé nécessaire, les tuyaux d’alimentation sont remplacés. Twice a month, the reactors are emptied for cleaning in order to prevent the formation of biofilms on the walls, on the probes and on the blades. When deemed necessary, the supply hoses are replaced.
[0097] Les réacteurs sont pilotés de manière séquencée, avec une phase d’alimentation et d’agitation (55 min) suivie d’une phase de décantation (4 min 30 sec) puis une phase de purge (30sec). La purge des réacteurs est réalisée grâce à 3 piquages en fond de cuve, reliés à des bacs de récupération. A chaque cycle, le volume alimenté est équivalent au volume purgé de 960 mL (débit de purge de 1,9 L/min). Etant donné que le volume utile est de 8L, le temps de rétention hydraulique est de 8,33 h (taux de dilution D = 0,12h_1). The reactors are controlled in a sequenced manner, with a feeding and stirring phase (55 min) followed by a settling phase (4 min 30 sec) then a purging phase (30 sec). The reactors are purged by means of 3 nozzles at the bottom of the tank, connected to the recovery tanks. At each cycle, the volume supplied is equivalent to purged volume of 960 mL (purge flow rate of 1.9 L / min). Since the useful volume is 8L, the hydraulic retention time is 8.33 h (dilution rate D = 0.12h _1 ).
[0098] On obtient la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant A. The microbial cell biomass is obtained having flocculant A properties.
[0099] Exemple 2 : Evaluation des propriétés floculantes de biomasses cellulaires Example 2: Evaluation of the flocculant properties of cellular biomasses
microbiennes ayant des propriétés de floculant selon l’invention microbial having flocculant properties according to the invention
[0100] Les propriétés floculantes sont évaluées sur un effluent représentatif, ici une eau [0100] The flocculant properties are evaluated on a representative effluent, here water.
résiduaire urbaine (ERU). urban wastewater (ERU).
[0101] Les essais de floculation sont réalisés en jar-tests (Lavibond® - Amesbury, United Kingdom, modèle Floc-Tester, SN: 1013/61444) en conditions (vitesses d’agitation, durée des phases) identiques pour chaque combinaison de coagulant / floculant. Une [0101] The flocculation tests are carried out in jar-tests (Lavibond® - Amesbury, United Kingdom, Floc-Tester model, SN: 1013/61444) under conditions (stirring speeds, duration of the phases) identical for each combination of coagulant / flocculant. A
photographie du système appelé « jar-test » est présentée sur la Figure 2. Photograph of the system called "jar-test" is shown in Figure 2.
[0102] Le coagulant utilisé est le chlorure ferrique. Pour chaque test, 6 béchers remplis avec 900 mL d’ERU sont utilisés. Les trois premiers béchers sont utilisés comme référence (n°l: contrôle (sans ajout), n°2: FcCh 20 mg/L seul, n°3 FcCh 20 mg/L + polyacrylamide AN934SH (nommé PAM) 0.2 mg/L). Les trois béchers restants sont utilisés pour l’évaluation de la biomasse A à 3 concentrations différentes (n°4, n°5, n°6 FeC13 20 mg/L + biomasse A). La biomasse A est utilisée directement sans extraction ou purification préalable. Le dosage est évalué par mesure de la demande chimique en oxygène totale (DCO). Généralement, des concentrations de 1, 6 et 12 mgDCO/L sont mises en œuvre dans les trois béchers de test. [0102] The coagulant used is ferric chloride. For each test, 6 beakers filled with 900 mL of ERU are used. The first three beakers are used as a reference (n ° l: control (without addition), n ° 2: FcCh 20 mg / L alone, n ° 3 FcCh 20 mg / L + polyacrylamide AN934SH (named PAM) 0.2 mg / L) . The remaining three beakers are used for the assessment of biomass A at 3 different concentrations (# 4, # 5, # 6 FeC13 20 mg / L + biomass A). Biomass A is used directly without extraction or prior purification. The dosage is evaluated by measuring the total chemical oxygen demand (COD). Typically, concentrations of 1, 6 and 12 mg COD / L are used in the three test beakers.
[0103] Après avoir agité et mesuré la turbidité initiale (Turb 0), le protocole comprend trois étapes principales : (i) Ajout coagulant (FcCh - 20 mg/L) dans tous les béchers sauf le contrôle et agitation à 150 rotations par minute (RPM) pendant 3 min ; (ii) ajout du floculant (PAM 0,2 mg/L - Biomasse A 1-6-12 mgDCO/L dans les béchers 4 à 6) et agitation à 50 RPM pendant 15 minutes ; (iii) décantation de 1 minute et prélèvement à 2,2 cm de la surface pour mesure de la turbidité (Turbx) [0103] After having agitated and measured the initial turbidity (Turb 0), the protocol comprises three main steps: (i) Addition of coagulant (FcCh - 20 mg / L) in all the beakers except the control and agitation at 150 rotations per minute (RPM) for 3 min; (ii) addition of the flocculant (PAM 0.2 mg / L - Biomass A 1-6-12 mgDCO / L in beakers 4 to 6) and stirring at 50 RPM for 15 minutes; (iii) 1 minute decantation and sample 2.2 cm from the surface for turbidity measurement (Turbx)
[0104] Les résultats sont analysés au vu des rendements d’épuration (en %) calculés comme suit : [0104] The results are analyzed in view of the purification yields (in%) calculated as follows:
[0105] Rendement d’épuration (%r) = (TurbO-Turbx) / TurbO (*100) [0105] Purification efficiency (% r) = (TurbO-Turbx) / TurbO (* 100)
[0106] Les rendements d’épuration obtenus sont rapportés à la référence qui contient [0106] The purification yields obtained are compared to the reference which contains
seulement le chlorure ferrique (bêcher 2). Lorsque le rendement d’épuration obtenu avec la biomasse selon l’invention est supérieur à celui obtenu avec le chlorure ferrique seul, un gain positif est calculé comme suit : only ferric chloride (beaker 2). When the purification efficiency obtained with the biomass according to the invention is greater than that obtained with ferric chloride alone, a positive gain is calculated as follows:
[0107] GainBiomasseX (vs FcCh) = (%rx - %rFeci3) / %rFeci3 [0107] GainBiomasseX (vs FcCh) = (% rx -% rF e ci3) /% rF e ci3
[0108] GainPAM (vs FeCL) = (%GRAM - %rFeci3) / %rFeci3 [0108] GainPAM (vs FeCL) = (% GRAM -% rFeci3) /% rF e ci3
[0109] Finalement les performances obtenues sont systématiquement comparées à celles obtenues avec le PAM AN 934 SH : Performance par rapport au PAM = GainBiomasseX / GainPAM. Cette analyse de résultat permet de s’affranchir de la très grande variabilité des eaux usées en termes de composition et de leur comportement vis-à-vis des coagulants et des floculants utilisés. Finally, the performances obtained are systematically compared with those obtained with the PAM AN 934 SH: Performance compared to the PAM = GainBiomasseX / GainPAM. This result analysis makes it possible to overcome the very great variability of wastewater in terms of composition and their behavior with respect to the coagulants and flocculants used.
[0110] La méthode de représentation est donnée dans la Figure 3. [0110] The representation method is given in Figure 3.
[0111] Quatre niveaux de performance sont définis : mauvais (inférieur à 20% du gain du PAM), moyen (entre 20% et 50% du PAM), bon (entre 50% et 100% du PAM) et excellent (supérieur au gain du PAM). [0111] Four performance levels are defined: poor (less than 20% of the MAP gain), average (between 20% and 50% of the MAP), good (between 50% and 100% of the MAP) and excellent (greater than WFP gain).
[0112] Le Tableau 3 présente les résultats obtenus avec des biomasses selon l’invention (référence et variante 1 et 2), à savoir d’excellentes performances de floculation (i.e. supérieures à celle du PAM AN 934 SH). Y sont aussi présentés les conditions opératoires et résultats de deux variantes permettant d’obtenir également des performances satisfaisantes. [0112] Table 3 shows the results obtained with biomasses according to the invention (reference and variant 1 and 2), namely excellent flocculation performance (i.e. superior to that of PAM AN 934 SH). It also presents the operating conditions and results of two variants which also make it possible to obtain satisfactory performance.
Tableau 3. n/d = non déterminé. Table 3. n / a = not determined.
[0113] Dans la variante 2, Thydrolysat est issu de refus de tamisage hydrolysés par voie enzymatique (hémicellulases, cndo-b- 1 ,4-glucanascs, endo-P-D-xylanase). In variant 2, thydrolyzate results from enzymatically hydrolyzed sieving residues (hemicellulases, cndo-b-1, 4-glucanascs, endo-P-D-xylanase).
[0114] Exemple 3 : contre-exemples [0114] Example 3: counter-examples
[0115] Le Tableau 4 présente quelques conditions opératoires n’ayant pas conduit à la production stable de biomasse présentant des propriétés floculantes (contre-ex 1 et 2). [0115] Table 4 shows some operating conditions which did not lead to the stable production of biomass exhibiting flocculant properties (cons-ex 1 and 2).
Tableau 4. n/a = non applicable. Table 4. n / a = not applicable.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé de production d’une biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant comprenant les étapes : [Claim 1] A method of producing a microbial cellular biomass having flocculant properties comprising the steps:
a) introduction dans un réacteur : a) introduction into a reactor:
- d’un substrat comprenant éventuellement un inoculum microbien et comprenant au moins 30% en masse d’oses, choisis de préférence dans le groupe comprenant les hexoses et les pentoses ; et - a substrate optionally comprising a microbial inoculum and comprising at least 30% by mass of oses, preferably chosen from the group comprising hexoses and pentoses; and
- optionnellement d’éléments nutritifs pour l’inoculum microbien, - optionally nutrients for the microbial inoculum,
le milieu réactionnel obtenu ayant un rapport molaire C/N inférieur ou égal à 10 et un taux de dilution D inférieur ou égal à 0,35h_1 ; the reaction medium obtained having a C / N molar ratio of less than or equal to 10 and a dilution rate D of less than or equal to 0.35h _1 ;
b) agitation du milieu réactionnel obtenu en a) et maintien du rapport C/N à une valeur inférieure ou égale à 10 et du taux de dilution D à une valeur inférieure ou égale à 0,35h_1 ; b) stirring the reaction medium obtained in a) and maintaining the C / N ratio to a value less than or equal to 10 and the dilution ratio D to a value less than or equal to 0.35H _1;
c) élimination des bactéries filamenteuses et champignons filamenteux éventuels par décantation séquentielle de la biomasse obtenue en b) ; et c) elimination of filamentous bacteria and possible filamentous fungi by sequential settling of the biomass obtained in b); and
obtention de la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. obtaining microbial cellular biomass having flocculant properties.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre une aération du milieu réactionnel au cours du procédé. [Claim 2] The method of claim 1 further comprising aeration of the reaction medium during the process.
[Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, mis en œuvre dans un environnement ouvert. [Claim 3] A method according to any one of the preceding claims, implemented in an open environment.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, mis en œuvre dans un environnement non stérile. [Claim 4] A method according to any one of the preceding claims, carried out in a non-sterile environment.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu réactionnel de l’étape a) comprend des microorganismes choisis dans le groupe comprenant les gammaprotéobactéries, les flavobactéries, les [Claim 5] A method according to any one of the preceding claims, in which the reaction medium of step a) comprises microorganisms selected from the group comprising gammaproteobacteria, flavobacteria,
alphaprotéobactéries et les bêtaprotéobactéries. alphaproteobacteria and betaproteobacteria.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, [Claim 6] A method according to any one of the preceding claims,
comprenant en outre une étape d’inoculation du réacteur avec un ou plusieurs microorganismes, de préférence choisis dans le groupe comprenant les further comprising a step of inoculating the reactor with one or more microorganisms, preferably chosen from the group comprising
gammaprotéobactéries, les flavobactéries, les alphaprotéobactéries et les gammaproteobacteria, flavobacteria, alphaproteobacteria and
bêtaprotéobactéries, préalablement à l’étape a). betaproteobacteria, prior to step a).
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat comprend un hydrolysat et/ou des oses. [Claim 7] A method according to any one of the preceding claims, in which the substrate comprises a hydrolyzate and / or oses.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d’injection dans le réacteur d’un ose ou mélange d’oses. [Claim 8] A method according to any one of the preceding claims, further comprising a step of injecting into the reactor an ose or mixture of oses.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température dans le réacteur est de 4 à 55°C, de préférence de 10 à 30°C, de manière encore préféré à température ambiante. [Claim 9] A method according to any preceding claim, wherein the temperature in the reactor is 4 to 55 ° C, preferably 10 to 30 ° C, more preferably at room temperature.
[Revendication 10] Procédé selon l’une quelconque des revendications [Claim 10] A method according to any of the claims
précédentes, dans lequel l’étape c) est une décantation à l’intérieur du réacteur, le décantai étant éliminé du réacteur ou une décantation de l’effluent sortant du réacteur, le décantât étant éliminé et le résiduel étant ensuite réinjecté dans le réacteur. above, in which step c) is a settling inside the reactor, the settling being removed from the reactor or settling of the effluent leaving the reactor, the settling being removed and the residual then being reinjected into the reactor.
[Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications [Claim 11] A method according to any of the claims
précédentes, comprenant en outre une étape de traitement des eaux usées, ladite étape de traitement des eaux usées comprenant de préférence une étape de mise en contact d’eaux usées avec un coagulant et la biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de floculant. above, further comprising a step of treating wastewater, said step of treating wastewater preferably comprising a step of contacting wastewater with a coagulant and microbial cell biomass having flocculant properties.
[Revendication 12] Biomasse cellulaire microbienne ayant des propriétés de [Claim 12] Microbial cellular biomass having properties of
floculant obtenue selon le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 10. flocculant obtained by the process of any one of claims 1 to 10.
[Revendication 13] Utilisation de la biomasse cellulaire microbienne selon la [Claim 13] Use of microbial cell biomass according to
revendication 12 dans le traitement des eaux usées. claim 12 in the treatment of waste water.
[Revendication 14] Procédé de traitement des eaux usées comprenant une étape de mise en contact d’eaux usées avec un coagulant et une biomasse microbienne cellulaire selon la revendication 12. [Claim 14] A method of treating wastewater comprising a step of contacting wastewater with a coagulant and a cellular microbial biomass according to claim 12.
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