FR2696474A1 - Supports pour culture de microorganismes et utilisation dans le traitement des eaux contaminées. - Google Patents
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Abstract
Support fixe pour culture de microorganismes comprenant des fils droits et rigides, non tissés ni enchevêtrés, organisés autour d'un axe central. Les fils constitués d'une matière non-biodégradable telle que du Nylon ou de la soie sont avantageusement organisés de manière convergente autour de l'axe. Ces supports peuvent être utilisés dans des réacteurs biologiques, notamment pour la dénitrification d'eaux contaminées.
Description
La présente invention a pour objet un support pour culture de microorganismes , utilisable notamment dans des bioréacteurs
Elle est également relative à l'utilisation dudit support dans le traitement des eaux contaminées
On entend par eaux contaminées toute eau présentant un excès d'une substance la rendant impropre à une utilisation alimentaire , industrielle ou agricole
L'augmentation du volume d'eau à distribuer et la croissance de la teneur en nitrates provoquée par l'activité humaine conduisent à la recherche de solutions peu coûteuses pour traiter les eaux contaminées et les rendre propres à la consommation humaine.
Elle est également relative à l'utilisation dudit support dans le traitement des eaux contaminées
On entend par eaux contaminées toute eau présentant un excès d'une substance la rendant impropre à une utilisation alimentaire , industrielle ou agricole
L'augmentation du volume d'eau à distribuer et la croissance de la teneur en nitrates provoquée par l'activité humaine conduisent à la recherche de solutions peu coûteuses pour traiter les eaux contaminées et les rendre propres à la consommation humaine.
Différents procédés ont été développés afin d'éliminer les contaminants des eaux. La plupart de ces procédés associent les propriétés des traitements physiques , chimiques et biologiques. Ces derniers sont basés sur l'emploi de bactéries, de façon à recréer artificiellement les processus auto-épurateurs du milieu naturel , afin d'éliminer les substances indésirables
Parmi les principaux contaminants des eaux figurent les nitrates , du fait de rejets trop importants de dérivés organiques azotés ( épandage de lisiers , eaux résiduaires urbaines ) , de la surfertilisation des cultures et de rejets d'effluents industriels riches en azote .L'élimination par des techniques biologiques des nitrates a été largement développée et a conduit à la mise au point de plusieurs techniques , qui peuvent être classées en deux catégories les techniques de traitement hors sol dans des réacteurs de biofiltration et les techniques de dénitrification "dans la nappe" , qui consistent à traiter directement l'eau dans le milieu naturel
La biofiltration est une technique utilisée depuis longtemps qui combine les propriétés de filtration et d'épuration d'un support colonisé par une biomasse active.
Parmi les principaux contaminants des eaux figurent les nitrates , du fait de rejets trop importants de dérivés organiques azotés ( épandage de lisiers , eaux résiduaires urbaines ) , de la surfertilisation des cultures et de rejets d'effluents industriels riches en azote .L'élimination par des techniques biologiques des nitrates a été largement développée et a conduit à la mise au point de plusieurs techniques , qui peuvent être classées en deux catégories les techniques de traitement hors sol dans des réacteurs de biofiltration et les techniques de dénitrification "dans la nappe" , qui consistent à traiter directement l'eau dans le milieu naturel
La biofiltration est une technique utilisée depuis longtemps qui combine les propriétés de filtration et d'épuration d'un support colonisé par une biomasse active.
La mise en oeuvre d'un tel procédé nécessite l'utilisation d'un matériau support permettant l'adhésion des microorganismes constituant la biomasse
Diverses variables influent sur ce type de procédé : la nature du support , le mode d'épuration (aérobie ou anaérobie), la composition et les caractéristiques de l'eau à traiter , le sens de passage du flux , la vitesse de circulation dans le biofiltre , ainsi que la physiologie des microorganismes impliqués , entre autres
Le support , ou matériau de garnissage , doit se révéler un support efficace pour les microorganismes tout en conservant une capacité de filtration importante
L'inconvénient principal réside dans la tendance des supports utilisés à se colmater , ce qui nécessite de les soumettre à des lavages périodiques .Le choix du matériau support est par conséquent fortement déterminé par le type de réacteur et par la nature de l'eau à traiter . Ce choix est déterminant , en particulier , en ce qui concerne le diamètre des particules constituant le support , la porosité du matériau , sa biodégradabilité et sa résistance au lavage
La nature de la ou des souches inoculant les filtres biologiques est aussi importante : le colmatage des filtres dépend de leur aptitude à proliférer ; l'efficacité des transformations recherchées dépend du niveau de leur activité.
Diverses variables influent sur ce type de procédé : la nature du support , le mode d'épuration (aérobie ou anaérobie), la composition et les caractéristiques de l'eau à traiter , le sens de passage du flux , la vitesse de circulation dans le biofiltre , ainsi que la physiologie des microorganismes impliqués , entre autres
Le support , ou matériau de garnissage , doit se révéler un support efficace pour les microorganismes tout en conservant une capacité de filtration importante
L'inconvénient principal réside dans la tendance des supports utilisés à se colmater , ce qui nécessite de les soumettre à des lavages périodiques .Le choix du matériau support est par conséquent fortement déterminé par le type de réacteur et par la nature de l'eau à traiter . Ce choix est déterminant , en particulier , en ce qui concerne le diamètre des particules constituant le support , la porosité du matériau , sa biodégradabilité et sa résistance au lavage
La nature de la ou des souches inoculant les filtres biologiques est aussi importante : le colmatage des filtres dépend de leur aptitude à proliférer ; l'efficacité des transformations recherchées dépend du niveau de leur activité.
Outre les supports classiques et naturels , tels que les argiles, ou les sables, des supports artificiels ont été développés.
Il s'agit principalement de supports textiles constitués de fibres tissées ou enchevêtrées telles que les structures décrites dans les brevets FR 85.145 19 ( publié sous le n 2.587.918) , FR 85.14518 ( publié sous le n#2.587.912) , FR-82 13 438 ( publié sous le n 2.531.099) et
FR- 84 08 976 ( publié sous le n 2.565.223 ).
FR- 84 08 976 ( publié sous le n 2.565.223 ).
D'autres supports sont encore formés de matériaux souples libres de tout mouvement afin de pouvoir flotter aisément dans un milieu fluide . On notera ainsi le brevet français FR 84 09.333 (publié sous le n 2.565.841) qui a pour objet un support constitué par " une pluralité de bras , de fils, de filaments, de bandelettes assemblés de manière à constituer un flot, une houppe , une touffe ou un "pompon", chacun de ces bras, fils , filaments , bandelettes étant libre de tout mouvement
Les fibres constituant le support peuvent être des fibres en matière synthétique " enchevêtrées en boucles irrégulières et sinueuses pour constituer un élément tridimensionnel " comme décrit dans le brevet français 88 15 176 ( numéro de publication 2.639.342).Dans ce brevet , les boucles sont fixées entre elles en certains points de leur croisement pour constituer une structure souple
On notera aussi l'existence de supports rigides gaufrés en matière plastique et de dispositifs constitués de supports en forme de tronc de cône mobiles et fixes ( FR 85 11 808 publié sous le n 2.585.696)
L'ensemble des supports décrits précédemment possède un certain nombre d'inconvénients qui rendent délicate leur utilisation dans l'épuration des eaux
Les supports rigides présentent l'inconvénient de se charger rapidement en biomasse et de nécessiter ainsi des lavages fréquents
Les supports textiles doivent être maintenus en place sans opposer de résistance à l'écoulement du flux tandis que les supports fibreux n'assurent pas un bon rendement volumétrique du procédé d'épuration
Tous ces supports présentent de plus l'inconvénient majeur de se colmater rapidement et donc de nécessiter des lavages fréquents
Comme indiqué ci-dessus , un autre facteur déterminant dans l'épuration d'effluents aqueux réside dans le choix des microorganismes effectuant leur dépollution
Parmi les bactéries connues pour effectuer la dénitrification , Pseudomonas et Alcaligenes sont les genres les plus représentés dans les sols . Les bactéries du genre
Bacillus sont aussi présentes
Néanmoins , ces bactéries n'ont pas toujours une grande efficacité de dénitrification notamment à des faibles températures inférieures ou égales à 10 C ou synthétisent des sous-produits rendant l'eau impropre à la consommation humaine.
Les fibres constituant le support peuvent être des fibres en matière synthétique " enchevêtrées en boucles irrégulières et sinueuses pour constituer un élément tridimensionnel " comme décrit dans le brevet français 88 15 176 ( numéro de publication 2.639.342).Dans ce brevet , les boucles sont fixées entre elles en certains points de leur croisement pour constituer une structure souple
On notera aussi l'existence de supports rigides gaufrés en matière plastique et de dispositifs constitués de supports en forme de tronc de cône mobiles et fixes ( FR 85 11 808 publié sous le n 2.585.696)
L'ensemble des supports décrits précédemment possède un certain nombre d'inconvénients qui rendent délicate leur utilisation dans l'épuration des eaux
Les supports rigides présentent l'inconvénient de se charger rapidement en biomasse et de nécessiter ainsi des lavages fréquents
Les supports textiles doivent être maintenus en place sans opposer de résistance à l'écoulement du flux tandis que les supports fibreux n'assurent pas un bon rendement volumétrique du procédé d'épuration
Tous ces supports présentent de plus l'inconvénient majeur de se colmater rapidement et donc de nécessiter des lavages fréquents
Comme indiqué ci-dessus , un autre facteur déterminant dans l'épuration d'effluents aqueux réside dans le choix des microorganismes effectuant leur dépollution
Parmi les bactéries connues pour effectuer la dénitrification , Pseudomonas et Alcaligenes sont les genres les plus représentés dans les sols . Les bactéries du genre
Bacillus sont aussi présentes
Néanmoins , ces bactéries n'ont pas toujours une grande efficacité de dénitrification notamment à des faibles températures inférieures ou égales à 10 C ou synthétisent des sous-produits rendant l'eau impropre à la consommation humaine.
Le demandeur s'est donc attaché à la mise au point d'un support pouvant être notamment utilisé dans le traitement d'une large gamme d'eaux contaminées , ne comportant pas les inconvénients des supports précités et en particulier présentant une structure retardant l'apparition du colmatage tout en possédant une surface spécifique aussi importante que possible et une bonne résistance à l'usure et à la dégradation.
Alors que l'enchevêtrement ou le tissage des fibres des supports connus dans l'art antérieur induit une rétention trop importante de la biomasse , le demandeur a montré de manière surprenante qu'une structure possédant des fibres plutôt rigides , non tissées ni enchevêtrées permet une libération de la biomasse en excès
Le demandeur a d'autre part sélectionné une souche dénitrifiante présentant des caractéristiques intéressantes en vue d'une application à l'obtention d'eau destinée à la consommation humaine
La présente invention a donc pour objet un support fixe pour microorganismes caractérisé en ce qu'il comprend des fils droits et rigides , non tissés ni enchevêtrés , organisés autour d'un axe central
De préférence le support selon l'invention possède une structure tridimensionnelle.
Le demandeur a d'autre part sélectionné une souche dénitrifiante présentant des caractéristiques intéressantes en vue d'une application à l'obtention d'eau destinée à la consommation humaine
La présente invention a donc pour objet un support fixe pour microorganismes caractérisé en ce qu'il comprend des fils droits et rigides , non tissés ni enchevêtrés , organisés autour d'un axe central
De préférence le support selon l'invention possède une structure tridimensionnelle.
En particulier les fils sont organisés de manière convergente autour de l'axe central.
Un tel support pour microorganismes peut notamment prendre la forme d'un écouvillon, les fils étant maintenus dans une tige qui constitue l'axe central du support
Avantageusement , le diamètre des fils est compris entre 0,05 mm et 5 mm environ . Leur longueur peut être de 0,5 cm a plusieurs centimètres
Ces fils peuvent être constitués de tl Nylon " , de soie naturelle , ou de tout autre matériau synthétique nonbiodégradable présentant une tenue mécanique .Leur nombre par centimètre de hauteur de tige peut varier de 10 à 1000 fils par centimètre de hauteur de tige
Les fils sont notamment sensiblement perpendiculaires à l'axe ou à la tige centrale . ils forment avantageusement une structure hélicoïdale
De tels supports peuvent être encore caractérisés en ce qu'ils possèdent une surface spécifique comprise entre environ 50 et 3000 m2/m3 ou en ce qu'ils présentent une porosité minimale d'environ 70 % et avantageusement proche de 100 %.
Avantageusement , le diamètre des fils est compris entre 0,05 mm et 5 mm environ . Leur longueur peut être de 0,5 cm a plusieurs centimètres
Ces fils peuvent être constitués de tl Nylon " , de soie naturelle , ou de tout autre matériau synthétique nonbiodégradable présentant une tenue mécanique .Leur nombre par centimètre de hauteur de tige peut varier de 10 à 1000 fils par centimètre de hauteur de tige
Les fils sont notamment sensiblement perpendiculaires à l'axe ou à la tige centrale . ils forment avantageusement une structure hélicoïdale
De tels supports peuvent être encore caractérisés en ce qu'ils possèdent une surface spécifique comprise entre environ 50 et 3000 m2/m3 ou en ce qu'ils présentent une porosité minimale d'environ 70 % et avantageusement proche de 100 %.
La présente invention est de plus relative à des éléments de bioréacteurs comprenant au moins un support sur lequel sont fixés des microorganismes.
La présente invention a en outre pour objet un réacteur biologique comprenant au moins un des supports ou éléments précédemment définis
De tels supports ou éléments seront organisés dans le réacteur de façon à ce que placés côte à côte , ils constituent un agencement spacial au sein duquel l'eau circule sans difficulté , les microorganismes étant fixés sur les fils du support . Avantageusement , ces supports occupent sensiblement la totalité de la hauteur du réacteur . En outre, ils sont placés de façon à réduire au minimum les espaces inoccupés du réacteur
Ledit réacteur est avantageusement muni à sa base de moyens pour l'entrée de l'eau contaminée à traiter et à sa partie supérieure de moyens pour la sortie de l'eau traitée.
De tels supports ou éléments seront organisés dans le réacteur de façon à ce que placés côte à côte , ils constituent un agencement spacial au sein duquel l'eau circule sans difficulté , les microorganismes étant fixés sur les fils du support . Avantageusement , ces supports occupent sensiblement la totalité de la hauteur du réacteur . En outre, ils sont placés de façon à réduire au minimum les espaces inoccupés du réacteur
Ledit réacteur est avantageusement muni à sa base de moyens pour l'entrée de l'eau contaminée à traiter et à sa partie supérieure de moyens pour la sortie de l'eau traitée.
La grande porosité du support permet au besoin d'assécher temporairement le réacteur et de minéraliser la biomasse formée par des phases d'aération alternant avec les phases de traitement d'eau
Préférentiellement , le mode de fonctionnement du réacteur comprend une phase d'inoculation , une longue phase de fonctionnement et le cas échéant une phase de destruction du biofilm avant une nouvelle inoculation
Ainsi , la nature chimique du support sera avantageusement choisie afin de permettre un traitement désinfectant avant réinoculation , par exemple à l'hypochlorite de sodium
La présente invention a encore pour objet une souche de
Pseudomonas déterminée comme proche de P. fluorescens et de P.
Préférentiellement , le mode de fonctionnement du réacteur comprend une phase d'inoculation , une longue phase de fonctionnement et le cas échéant une phase de destruction du biofilm avant une nouvelle inoculation
Ainsi , la nature chimique du support sera avantageusement choisie afin de permettre un traitement désinfectant avant réinoculation , par exemple à l'hypochlorite de sodium
La présente invention a encore pour objet une souche de
Pseudomonas déterminée comme proche de P. fluorescens et de P.
chlororaphis , déposée auprès de la Collection Nationale des
Cultures de Microorganismes de l'institut Pasteur ( CNCM sous le n I-1268.
Cultures de Microorganismes de l'institut Pasteur ( CNCM sous le n I-1268.
Cette souche se distingue notamment par son aptitude à dénitrifier en présence d'éthanol , son efficacité à dénitrifier à 12 C et à conduire la réduction des nitrates jusqu'à la production d'azote gazeux sans accumulation de protoxyde d'azote , et avec une accumulation minime de nitrites transitoires
La non accumulation de protoxyde d'azote est un avantage indéniable de cette souche . En effet, il apparaît que ce gaz intervient dans la destruction de la couche d'ozone. Ce paramètre n'est jusqu'à présent pas rentré en ligne de compte dans la sélection de souches utilisées dans la dénitrification des eaux .Cette souche, outre ces caractéristiques de croissance, constitue donc un microorganisme participant à une décontamination sans risquer de créer une autre pollution
La figure 1 illustre la croissance de cette souche en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 2 représente quant à elle l'évolution de la dénitrification par cette même souche d'ions nitrates en présence ou en l'absence d'acétylène , en fonction du temps.
La non accumulation de protoxyde d'azote est un avantage indéniable de cette souche . En effet, il apparaît que ce gaz intervient dans la destruction de la couche d'ozone. Ce paramètre n'est jusqu'à présent pas rentré en ligne de compte dans la sélection de souches utilisées dans la dénitrification des eaux .Cette souche, outre ces caractéristiques de croissance, constitue donc un microorganisme participant à une décontamination sans risquer de créer une autre pollution
La figure 1 illustre la croissance de cette souche en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 2 représente quant à elle l'évolution de la dénitrification par cette même souche d'ions nitrates en présence ou en l'absence d'acétylène , en fonction du temps.
La présente invention est encore relative â un procédé de traitement d'un milieu liquide comprenant des substances sensibles à l'action de microorganismes , dans lequel on met en contact ledit milieu avec au moins un support tel que précédemment décrit sur lequel sont fixés lesdits microorganismes Ava .Avantageusement , de tels microorganismes possèdent la capacité à dénitrifier le nitrate du milieu jusqu'au stade azote gazeux
Préférentiellement , ces microorganismes sont des bactéries dénitrifiantes du genre Pseudomonas et encore plus préférentiellement la souche 1-1268 décrite ci-dessus
Un dispositif pour mettre en oeuvre un tel procédé peut notamment comprendre, outre le réacteur précédemment décrit::
- une station de pompage de l'eau à traiter
- un dispositif de désinfection par rayons ultraviolets de l'eau , afin d' en éliminer les contaminants microbiens,
- un dispositif de réoxygénation de l'eau traitée
- un filtre pour éliminer les matières en suspension produites et les éventuelles matières résiduelles en solution,
- un système de lavage de ce filtre et d'évacuation des produits
En outre , il est préférable d'assurer, par une chloration de l'eau, une protection du réseau de distribution à l'encontre d'une contamination par les microorganismes libérés du réacteur et non retenus sur le filtre à charbon actif
Un tel dispositif présente l'avantage de présenter une résistance au colmatage importante et de ne nécessiter quasiment aucun entretien, en particulier aucun lavage
Les supports et les éléments du bioréacteur selon la présente invention peuvent d'autre part être utilisés afin de produire des métabolites d'origine microbienne tels que des antibiotiques , des vaccins , des enzymes
Ainsi , la présente invention a pour objet un procédé de production d'un métabolite par des microorganismes dans lequel on met en contact un milieu contenant des substrats adaptés à la production dudit métabolite par les microorganismes , avec au moins un support tel que précédemment décrit sur lequel sont fixés lesdits microorganismes
Les modes de mise en oeuvre de ces supports et dispositifs sont sauf disposition contraire ceux communément utilisés par l'homme du métier et en particulier ceux décrits dans le manuel général décrivant les techniques de fermentation : " Biochemical Engineering and Biotechnology
Handbook ", Atkinson and Mavituna ; 1983; The Nature Press
La présente invention est illustrée sans pour autant être limitée par la description et les exemples qui suivent en référence aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 représente une courbe de croissance de la souche I-1268 , mesurée par l'absorbance à 580 nm ( en ordonnée) en fonction du temps en heures ( en abscisse ) en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 2 représente la concentration en nitrates (No3- , en nitrites ( Nô2 ) , en protoxyde d'azote (N20), et en gaz carbonique (C02) en mg/l de l'élément carbone ou azote, en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 3 est un diagramme représentant le dispositif d'épuration au stade pré-pilote
La figure 4a est une vue de dessus d'un support selon l'invention
La figure 4b est une coupe selon le plan de trace IV- IV de la figure 4a.
Préférentiellement , ces microorganismes sont des bactéries dénitrifiantes du genre Pseudomonas et encore plus préférentiellement la souche 1-1268 décrite ci-dessus
Un dispositif pour mettre en oeuvre un tel procédé peut notamment comprendre, outre le réacteur précédemment décrit::
- une station de pompage de l'eau à traiter
- un dispositif de désinfection par rayons ultraviolets de l'eau , afin d' en éliminer les contaminants microbiens,
- un dispositif de réoxygénation de l'eau traitée
- un filtre pour éliminer les matières en suspension produites et les éventuelles matières résiduelles en solution,
- un système de lavage de ce filtre et d'évacuation des produits
En outre , il est préférable d'assurer, par une chloration de l'eau, une protection du réseau de distribution à l'encontre d'une contamination par les microorganismes libérés du réacteur et non retenus sur le filtre à charbon actif
Un tel dispositif présente l'avantage de présenter une résistance au colmatage importante et de ne nécessiter quasiment aucun entretien, en particulier aucun lavage
Les supports et les éléments du bioréacteur selon la présente invention peuvent d'autre part être utilisés afin de produire des métabolites d'origine microbienne tels que des antibiotiques , des vaccins , des enzymes
Ainsi , la présente invention a pour objet un procédé de production d'un métabolite par des microorganismes dans lequel on met en contact un milieu contenant des substrats adaptés à la production dudit métabolite par les microorganismes , avec au moins un support tel que précédemment décrit sur lequel sont fixés lesdits microorganismes
Les modes de mise en oeuvre de ces supports et dispositifs sont sauf disposition contraire ceux communément utilisés par l'homme du métier et en particulier ceux décrits dans le manuel général décrivant les techniques de fermentation : " Biochemical Engineering and Biotechnology
Handbook ", Atkinson and Mavituna ; 1983; The Nature Press
La présente invention est illustrée sans pour autant être limitée par la description et les exemples qui suivent en référence aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 représente une courbe de croissance de la souche I-1268 , mesurée par l'absorbance à 580 nm ( en ordonnée) en fonction du temps en heures ( en abscisse ) en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 2 représente la concentration en nitrates (No3- , en nitrites ( Nô2 ) , en protoxyde d'azote (N20), et en gaz carbonique (C02) en mg/l de l'élément carbone ou azote, en présence ou en l'absence d'acétylène
La figure 3 est un diagramme représentant le dispositif d'épuration au stade pré-pilote
La figure 4a est une vue de dessus d'un support selon l'invention
La figure 4b est une coupe selon le plan de trace IV- IV de la figure 4a.
La figure 5 est un diagramme montrant l'évolution de la température du pré-pilote au cours de l'expérience ( en ordonnée ) en fonction du temps ( en abscisse ).
La figure 6 représente l'évolution de la concentration en ions nitrates et nitrites à l'entrée et en sortie du prépilote
La figure 7 montre l'évolution en fonction du temps (en abscisse) du rendement d'épuration du pré-pilote ( en ordonnée).
La figure 7 montre l'évolution en fonction du temps (en abscisse) du rendement d'épuration du pré-pilote ( en ordonnée).
EXEMPLE
FONCTIONNEMENT D'UN PRE-PILOTE SELON L'INVENTION.
FONCTIONNEMENT D'UN PRE-PILOTE SELON L'INVENTION.
1) Constitution des colonnes
On se référera à la figure 3 qui représente schématiquement un dispositif comportant deux colonnes 1 dont l'une seulement est visible, l'autre étant derrière et cachée par la première
Ces deux colonnes sont constituées chacune d'un tube
PVC de 1,5 m de haut de 12,5 cm de diamètre (1)
Elles sont alimentées en même temps à partir de la canalisation (3) et du robinet (10) , comme décrit ci-après
Chaque colonne est fermée à sa base par une plaque de chlorure de polyvinyle (PVC) de 5 mm d'épaisseur sur laquelle est fixé le support (2) . Ce support est représenté de manière plus précise, vu de dessus sur la figure 4a, et en coupe sur la figure 4b.
On se référera à la figure 3 qui représente schématiquement un dispositif comportant deux colonnes 1 dont l'une seulement est visible, l'autre étant derrière et cachée par la première
Ces deux colonnes sont constituées chacune d'un tube
PVC de 1,5 m de haut de 12,5 cm de diamètre (1)
Elles sont alimentées en même temps à partir de la canalisation (3) et du robinet (10) , comme décrit ci-après
Chaque colonne est fermée à sa base par une plaque de chlorure de polyvinyle (PVC) de 5 mm d'épaisseur sur laquelle est fixé le support (2) . Ce support est représenté de manière plus précise, vu de dessus sur la figure 4a, et en coupe sur la figure 4b.
Sur ces figures les fils droits et rigides (21) convergent vers l'axe (22) du support
Une canalisation (3) fixée latéralement à la base de chaque colonne permet leur alimentation en eau en courant ascendant. Les colonnes ont été maintenues à la température extérieure . Elles sont remplies de support (2) sur une hauteur de 1,30m.
Une canalisation (3) fixée latéralement à la base de chaque colonne permet leur alimentation en eau en courant ascendant. Les colonnes ont été maintenues à la température extérieure . Elles sont remplies de support (2) sur une hauteur de 1,30m.
Les caractéristiques du support sont les suivantes:
<tb> <SEP> Support
<tb> Porosité <SEP> ( <SEP> %) <SEP> 99
<tb> Surface <SEP> spécifique <SEP> ( <SEP> cm-l) <SEP> <SEP> 2,9
<tb> Temps <SEP> de <SEP> séjour <SEP> à <SEP> To(min) <SEP> 27,3 <SEP> et <SEP> 35
<tb> Hauteur <SEP> de <SEP> support <SEP> (m) <SEP> 1,30
<tb> Débits <SEP> apportés <SEP> (l/j) <SEP> <SEP> 648 <SEP> et <SEP> 504
<tb>
L'anaérobiose est assurée dans les colonnes par submersion du support . Celle-ci est obtenue en aménageant un tube de surverse (4) ou trop-plein en haut des colonnes quelques centimètres au dessus du niveau du support (2).
<tb> Porosité <SEP> ( <SEP> %) <SEP> 99
<tb> Surface <SEP> spécifique <SEP> ( <SEP> cm-l) <SEP> <SEP> 2,9
<tb> Temps <SEP> de <SEP> séjour <SEP> à <SEP> To(min) <SEP> 27,3 <SEP> et <SEP> 35
<tb> Hauteur <SEP> de <SEP> support <SEP> (m) <SEP> 1,30
<tb> Débits <SEP> apportés <SEP> (l/j) <SEP> <SEP> 648 <SEP> et <SEP> 504
<tb>
L'anaérobiose est assurée dans les colonnes par submersion du support . Celle-ci est obtenue en aménageant un tube de surverse (4) ou trop-plein en haut des colonnes quelques centimètres au dessus du niveau du support (2).
L'évacuation de l'eau s'effectue par cette surverse.
Le sommet de chaque colonne est protégé des contaminations physiques à l'aide d'un couvercle (5) reposant sur le sommet de la colonne et permettant l'échappement des gaz produits au cours de la réaction de dénitrification
Des filtres à cartouches de charbon actif (6) ont été installés entre la prise d'eau (7) et l'alimentation de chaque colonne de façon à retenir les particules en suspension dans l'eau à traiter
Des sondes de température reliées à une centrale d'acquisition de données NCIA200 ( Garos SA, Nantes, Loire
Atlantique) ont été implantées dans chaque colonne ainsi que dans l'eau d'alimentation et dans l'air à proximité des colonnes
L'inoculation a été réalisée pour chaque colonne avec 12 1 d'inoculum de la souche I-1268 , cultivée sur milieu DNlO0T dont la composition est la suivante::
Composition du milieu DNlO0T
K2HP04 0,091 g MgS04, 7H20 0,125 g Fez04, 7H20 0,003 g MnS04, 4H20 0,003 g
NH4Cl 0,062g
CaCl2 0,040 g KN03 0,724 g C2H5OH 0,192 g
Oligo-éléments 1 ml
K2HP04 3g KH2PO4 2,25 g
Eau distillée qsp 1 1
De l'éthanol est également ajouté au milieu à l'aide de la pompe (8) de façon à obtenir le rapport C/N recherché.
Des filtres à cartouches de charbon actif (6) ont été installés entre la prise d'eau (7) et l'alimentation de chaque colonne de façon à retenir les particules en suspension dans l'eau à traiter
Des sondes de température reliées à une centrale d'acquisition de données NCIA200 ( Garos SA, Nantes, Loire
Atlantique) ont été implantées dans chaque colonne ainsi que dans l'eau d'alimentation et dans l'air à proximité des colonnes
L'inoculation a été réalisée pour chaque colonne avec 12 1 d'inoculum de la souche I-1268 , cultivée sur milieu DNlO0T dont la composition est la suivante::
Composition du milieu DNlO0T
K2HP04 0,091 g MgS04, 7H20 0,125 g Fez04, 7H20 0,003 g MnS04, 4H20 0,003 g
NH4Cl 0,062g
CaCl2 0,040 g KN03 0,724 g C2H5OH 0,192 g
Oligo-éléments 1 ml
K2HP04 3g KH2PO4 2,25 g
Eau distillée qsp 1 1
De l'éthanol est également ajouté au milieu à l'aide de la pompe (8) de façon à obtenir le rapport C/N recherché.
Des nitrates et des phosphates supplémentaires peuvent aussi être ajoutés à l'aide de la pompe (9).
Après avoir submergé le support avec l'inoculum, chaque colonne a été mise en fonctionnement en circuit fermé , à l'aide d'une pompe péristaltique reliant la surverse (4) à l'alimentation (3) avec des additions périodiques de nitrate et d'éthanol . Une dose de nitrate de 25 mg N-N03-/1 et d'éthanol à raison de C/N= 1 ou 1,2 a été ajoutée à chaque colonne au départ puis trois jours après .Six jours après le démarrage de l'inoculation active avec recirculation de l'inoculum dans la colonne, les colonnes ont été mises en fonctionnement en circuit ouvert .L'effluent à traiter est en fait de l'eau du réseau collectif déchloré sur le filtre à charbon actif (6) avant son arrivée dans le réacteur
Un détendeur (12) placé en aval du robinet de prise d'eau permet de ramener la pression du flux d'eau aux environs de 1,5 bars
Un débitmètre à deux voies (11) placé en aval du détendeur permet de réguler le débit d'eau envoyé à chaque colonne
Une électrovanne reliée à un programmateur horaire peut également être placée entre le robinet et le détendeur selon les besoins de l'expérience
L'eau avant d'arriver sur les colonnes subit plusieurs traitements : dans un premier temps elle est déchlorée sur les filtres à charbon actif, dans un deuxième temps, elle est additionnée de nitrates et de phosphore et dans un troisième temps elle est additionnée d'éthanol .Le nitrate est apporté de façon à obtenir une concentration voisine de 50 mg/l dans l'eau à traiter. Celle-ci est enrichie en phosphore afin d'obtenir un rapport C/P de 125 et additionnée d'éthanol de façon à avoir un rapport C/N de 1 dans un premier temps puis un rapport C/N de 1,2 dans un deuxième temps à partir du 42ème jour . Des pompes péristaltiques assurent l'addition de ces différents substrats à l'eau d'alimentation
Le flux ascendant d'eau a été apporté en continu pendant la première partie de l'expérimentation puis en discontinu pendant sa deuxième partie , à raison de 10 heures d'alimentation en continu sur 24 heures de fonctionnement total, le système restant sous eau pendant les 14 heures d'arrêt d'alimentation . Le débit reçu par chaque colonne est passé de 450 ml/min à 350 ml/min au 2 8 sème jour de l'expérience, c'est-à-dire que les charges hydrauliques appliquées aux colonnes étaient de 52 m/j et de 41 m/j respectivement, en fonctionnement en continu.
Un détendeur (12) placé en aval du robinet de prise d'eau permet de ramener la pression du flux d'eau aux environs de 1,5 bars
Un débitmètre à deux voies (11) placé en aval du détendeur permet de réguler le débit d'eau envoyé à chaque colonne
Une électrovanne reliée à un programmateur horaire peut également être placée entre le robinet et le détendeur selon les besoins de l'expérience
L'eau avant d'arriver sur les colonnes subit plusieurs traitements : dans un premier temps elle est déchlorée sur les filtres à charbon actif, dans un deuxième temps, elle est additionnée de nitrates et de phosphore et dans un troisième temps elle est additionnée d'éthanol .Le nitrate est apporté de façon à obtenir une concentration voisine de 50 mg/l dans l'eau à traiter. Celle-ci est enrichie en phosphore afin d'obtenir un rapport C/P de 125 et additionnée d'éthanol de façon à avoir un rapport C/N de 1 dans un premier temps puis un rapport C/N de 1,2 dans un deuxième temps à partir du 42ème jour . Des pompes péristaltiques assurent l'addition de ces différents substrats à l'eau d'alimentation
Le flux ascendant d'eau a été apporté en continu pendant la première partie de l'expérimentation puis en discontinu pendant sa deuxième partie , à raison de 10 heures d'alimentation en continu sur 24 heures de fonctionnement total, le système restant sous eau pendant les 14 heures d'arrêt d'alimentation . Le débit reçu par chaque colonne est passé de 450 ml/min à 350 ml/min au 2 8 sème jour de l'expérience, c'est-à-dire que les charges hydrauliques appliquées aux colonnes étaient de 52 m/j et de 41 m/j respectivement, en fonctionnement en continu.
Méthodes de mesure et de dosage utilisées pour le suivi des expériences réalisées sur le terrain.
Dans les expériences réalisées avec les colonnes du pré-pilote, des prélèvements d'eau ont été effectués tous les jours à l'entrée et à la sortie de chaque colonne et congelés à -18 C en attendant d'être dosés . Les analyses des ions nitrates, nitrites et ammonium ont été réalisées, pour tous les échantillons d'eau par dosage colorimétrique automatisé.
(Autoanalyseur Technicon Il ). Des analyses du contenu en éthanol de certains échantillons d'eau ont également été réalisées à l'aide d'un dosage enzymatique (Boehringer
Mannheim-France) avant congélation . Des acquisitions de températures sont réalisées quatre fois par jour toutes les 6 heures . Une moyenne des quatre valeurs d'une même journée donne la température journalière portée sur les courbes de résultats . Les températures mesurées dans cette expérience sont celles des colonnes en fonctionnement, de l'eau d'alimentation, de l'air ambiant et de l'abri fermé
2) Résultats
L'évolution de la température a été suivie dans le prépilote et est représentée sur la figure 5.
Mannheim-France) avant congélation . Des acquisitions de températures sont réalisées quatre fois par jour toutes les 6 heures . Une moyenne des quatre valeurs d'une même journée donne la température journalière portée sur les courbes de résultats . Les températures mesurées dans cette expérience sont celles des colonnes en fonctionnement, de l'eau d'alimentation, de l'air ambiant et de l'abri fermé
2) Résultats
L'évolution de la température a été suivie dans le prépilote et est représentée sur la figure 5.
On remarquera qu'à partir du 118 ème jour , la température extérieure a diminué de manière importante ( -5 C en moyenne associée à des minima à - 15 C )
L'expérimentation a été arrêtée au 120 ème jour de fonctionnement à cause de problèmes dûs au gel
On a aussi suivi l'évolution de l'épuration de l'azote.
L'expérimentation a été arrêtée au 120 ème jour de fonctionnement à cause de problèmes dûs au gel
On a aussi suivi l'évolution de l'épuration de l'azote.
Ainsi , les concentrations en nitrates à l'entrée et à la sortie des colonnes ainsi que la concentration en nitrites à la sortie des colonnes ont été mesurées tout au long de 1 'expérimentation
Ces résultats sont représentés sur la figure 6
Ces valeurs représentent la moyenne des mesures effectuées sur les deux colonnes qui étaient montées en parallèle
On remarque principalement qu'après une phase de mise en route du dispositif , la dénitrification se fait de manière constante et stable durant la période comprise entre le 25ème et 84ème jour
Néanmoins , on observe des variations de la concentration en nitrates en entrée .La quantité de nitrate ajoutée à l'eau d'alimentation des colonnes ayant été constante tout au long de l'expérience , ces variations proviennent probablement de variations de concentrations en nitrates de l'eau d'alimentation, qui peuvent être liées aux conditions climatiques ( précipitation) ou aux pratiques culturales , la nappe utilisée étant une nappe superficielle située en zone agricole et présentant au cours de l'année des teneurs en nitrate fluctuantes .Ceci ne semble cependant pas avoir une incidence importante sur la capacité d'épuration du dispositif
La vitesse de dénitrification de l'effluent mesurée au cours de la phase allant du 42ème jour au 58ème jour montre une légère augmentation par rapport à la phase précédente
Ceci peut être lié à l'augmentation du rapport carbone/azote qui a eu lieu entre ces deux phases et qui ainsi a pu contribuer à améliorer la dénitrification de l'eau à traiter
Cette augmentation a influé de manière importante sur la quantité de nitrites produits au cours de la réaction .En effet, avant l'augmentation de la teneur en carbone , on note des pics moyens de nitrites produits toujours supérieurs aux normes autorisées pour les eaux de consommation ( 0,03 mg N N02#/I
Par contre , quatre jours après le passage au rapport carbone/azote de 1,2 , le pic moyen des deux colonnes mesuré en sortie des dispositifs n'était plus que de 0,12 N-N02 /l et 5 jours après l'eau produite en sortie du dispositif était conforme aux normes exigées pour la teneur en nitrite des eaux de consommation
La courbe de la figure 7 montre l'évolution des rendements moyens journaliers d'épuration des nitrates, calculés à partir des données obtenues avec les colonnes
Le rendement moyen d'épuration des nitrates obtenu au cours de cette expérience est compris au maximum entre 70,5 et 78 % et il se maintient encore, en conditions plus défavorables , à des valeurs de l'ordre de 50%. Sa diminution au cours du temps est vraisemblablement liée à la diminution de la température de fonctionnement ainsi qu'au vieillissement des cellules composant le biofilm.
Ces résultats sont représentés sur la figure 6
Ces valeurs représentent la moyenne des mesures effectuées sur les deux colonnes qui étaient montées en parallèle
On remarque principalement qu'après une phase de mise en route du dispositif , la dénitrification se fait de manière constante et stable durant la période comprise entre le 25ème et 84ème jour
Néanmoins , on observe des variations de la concentration en nitrates en entrée .La quantité de nitrate ajoutée à l'eau d'alimentation des colonnes ayant été constante tout au long de l'expérience , ces variations proviennent probablement de variations de concentrations en nitrates de l'eau d'alimentation, qui peuvent être liées aux conditions climatiques ( précipitation) ou aux pratiques culturales , la nappe utilisée étant une nappe superficielle située en zone agricole et présentant au cours de l'année des teneurs en nitrate fluctuantes .Ceci ne semble cependant pas avoir une incidence importante sur la capacité d'épuration du dispositif
La vitesse de dénitrification de l'effluent mesurée au cours de la phase allant du 42ème jour au 58ème jour montre une légère augmentation par rapport à la phase précédente
Ceci peut être lié à l'augmentation du rapport carbone/azote qui a eu lieu entre ces deux phases et qui ainsi a pu contribuer à améliorer la dénitrification de l'eau à traiter
Cette augmentation a influé de manière importante sur la quantité de nitrites produits au cours de la réaction .En effet, avant l'augmentation de la teneur en carbone , on note des pics moyens de nitrites produits toujours supérieurs aux normes autorisées pour les eaux de consommation ( 0,03 mg N N02#/I
Par contre , quatre jours après le passage au rapport carbone/azote de 1,2 , le pic moyen des deux colonnes mesuré en sortie des dispositifs n'était plus que de 0,12 N-N02 /l et 5 jours après l'eau produite en sortie du dispositif était conforme aux normes exigées pour la teneur en nitrite des eaux de consommation
La courbe de la figure 7 montre l'évolution des rendements moyens journaliers d'épuration des nitrates, calculés à partir des données obtenues avec les colonnes
Le rendement moyen d'épuration des nitrates obtenu au cours de cette expérience est compris au maximum entre 70,5 et 78 % et il se maintient encore, en conditions plus défavorables , à des valeurs de l'ordre de 50%. Sa diminution au cours du temps est vraisemblablement liée à la diminution de la température de fonctionnement ainsi qu'au vieillissement des cellules composant le biofilm.
CONCLUSIONS.
On a réussi à produire pendant environ trois mois avec un système de dénitrification biologique hétérotrophe, partir d'une eau impropre à la consommation, une eau répondant aux normes fixées par la législation, tant pour ses quantités de nitrates que pour ses quantités de nitrites
De plus , on n'a pas rencontré de problème de colmatage du dispositif grâce aux relarguages continuels de biomasse en excès qui se sont produits spontanément au cours du fonctionnement du dispositif.
De plus , on n'a pas rencontré de problème de colmatage du dispositif grâce aux relarguages continuels de biomasse en excès qui se sont produits spontanément au cours du fonctionnement du dispositif.
Claims (17)
1. Support fixe pour culture de microorganismes caractérisé en ce qu'il comprend des fils droits et rigides, non tissés ni enchevêtrés , organisés autour d'un axe central.
2. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède une structure tridimensionnelle.
3. Support selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fils sont organisés de manière convergente autour de l'axe.
4. Support selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le diamètre des fils est compris entre 0,05 mm et 5 mm.
5. Support selon l'une des revendications 1 et 4 caractérisé en ce qu'il comprend de 10 à 1000 fils par cm de tige
6. Support selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils sont constitués d'une matière non-biodégrable
7. Support selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils sont constitués de "Nylon" ou de soie
8. Support selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il possède une surface spécifique comprise entre environ 50 et 3000 m2/m3.
9. Support selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il présente une porosité minimale d'environ 70% et préférentiellement proche de 100 %.
10. Elément de bioréacteur , caractérisé en ce qu'il comprend au moins un support selon l'une des revendications 1 à 9 sur lequel sont fixés des microorganismes
11. Réacteur biologique comprenant au moins un support ou élément selon l'une des revendications 1 à 10.
12. Souche de Pseudomonas déposée auprès de la
Collection Nationale de Cultures des Microorganismes de l'institut Pasteur sous le n"I-1268.
13. Procédé de traitement d'un milieu liquide comprenant des substances sensibles à l'action de microorganismes, dans lequel on met en contact ledit milieu avec au moins un support selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 , sur lequel sont fixés lesdits microorganismes.
14. Procédé selon la revendication 13 , caractérisé en ce que ledit microorganisme possède la capacité à dénitrifier le nitrate du milieu jusqu'au stade azote gazeux
15. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13 caractérisé en ce que ledit organisme est une bactérie dénitrifiante du genre Pseudomonas
16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que ledit microorganisme est celui selon la revendication 12.
17. Procédé de production d'un métabolite par des microorganismes dans lequel on met en contact un milieu contenant des substrats adaptés à la production dudit métabolite par les microorganismes avec au moins un support selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 sur lequel sont fixés lesdits microorganismes
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9211905A FR2696474B1 (fr) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Supports pour culture de microorganismes et utilisation dans le traitement des eaux contaminées. |
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|---|---|
| FR2696474A1 true FR2696474A1 (fr) | 1994-04-08 |
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| FR (1) | FR2696474B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068737A1 (fr) * | 2003-12-29 | 2005-07-28 | Saint-Gobain Pam | Tuyau de transport d'eau a potabiliser, installation, utilisation et procede d'exploitation correspondants |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4422930A (en) * | 1981-11-19 | 1983-12-27 | Kajima Kensetsu Kabushiki Kaisha | Apparatus for treating waste water |
| EP0165862A1 (fr) * | 1984-06-14 | 1985-12-27 | Institut National De Recherche Chimique Appliquee | Matériau à grande surface spécifique et ses applications pour favoriser le contact entre des milieux ou des réactifs impliquant des phénomènes physiques et/ou chimiques, et/ou biologiques |
| DE3534716A1 (de) * | 1985-09-28 | 1987-05-14 | Eppler Alwin | Verfahren zur biologischen denitrifizierung von wasser und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
| EP0381305A1 (fr) * | 1989-02-02 | 1990-08-08 | MANNESMANN Aktiengesellschaft | Procédé et appareil de séparation de matières contaminantes et nocives d'eau |
| US5152888A (en) * | 1991-10-24 | 1992-10-06 | Net Co., Ltd. | Apparatus for treatment of organic waste water and contactor for use therein |
-
1992
- 1992-10-07 FR FR9211905A patent/FR2696474B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2696474B1 (fr) | 1994-12-16 |
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