FR2927326A1 - Procede et equipement pour l'oxydation de matieres organiques - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'oxydation de matières organiques et le kit pour sa mise en oeuvre, notamment pour le traitement des déchets, effluents et boues d'épuration.

Description

PROCEDE ET EQUIPEMENT POUR L'OXYDATION DE MATIERES ORGANIQUES

La production de déchets dépasse en France 600 millions de tonnes par an. Plus des deux tiers sont des déchets organiques. Ils ont les origines suivantes : - déchets agricoles (déjections animales, déchets de culture et de forêts) : 84 % de la quantité totale de déchets organiques ; -déchets des industries agroalimentaires : 10 % ; - déchets des collectivités (boues des stations d'épuration, boues des fosses septiques, espaces verts, marchés, nettoiement des rues) : 5 % ; - déchets des ménages (poubelles) : 1 %. En France, 95 % des agglomérations de plus de 10 000 équivalents-habitants disposent d'une station d'épuration. La production de boues d'épuration est en accroissement constant. Aujourd'hui, presque toutes les stations d'épuration comportent un traitement biologique, au cours duquel des microorganismes dégradent les matières organiques, azotées et phosphorées qui constituent la charge polluante des eaux usées. Le plus souvent, les effluents urbains sont acheminés vers un bassin où prolifèrent ces organismes sous forme de boues activées. Pour agir, les boues activées consomment de l'oxygène, il faut donc veiller à les aérer convenablement. L'aération représente 60 % à 80 % des dépenses énergétiques de ce type de station d'épuration, ce qui correspond à une consommation d'environ 50 kWh/an/équivalent habitant. Il est généralement admis qu'une optimisation de ce poste devrait permettre de faire des économies de l'ordre de 10 % à 20 % sur le coût total du fonctionnement de la station. En parallèle aux stations d'épuration des effluents urbains, la tendance actuelle est de disposer de mini-stations de traitement en sortie des installations qui produisent certains effluents spécifiques, tels que le traitement des charges en huiles en sortie des ateliers de fabrication mécanique, le traitement des lisiers ou des effluents laitiers en sortie des unités d'élevage ou des centres transformation agroalimentaire, la détoxification des effluents hospitaliers, etc. Des besoins nouveaux se développent aussi, comme par exemple les traitements biologiques des eaux de piscine ou le compostage domestique des déchets alimentaires. Dans tous les cas, il est désirable d'améliorer l'oxydation des matières organiques par les microorganismes et l'oxygène.

Les microorganismes adhèrent spontanément sur tous types de surfaces et forment des films appelés biofilms constitués desdits microorganismes, d'une matrice de substances exopolymériques (polysaccharides, protéines, macromolécules...) qu'ils excrètent, de substances produites par les métabolismes microbiens et de composés accumulés provenant du milieu ou issus de la dégradation de la surface support. Il a été découvert récemment que les biofilms développés sur des surfaces conductrices sont capables d'utiliser ces surfaces pour évacuer les électrons issus de leur métabolisme (D.

R. Bond et al., Science 295 (2002) 483, et L. M. Tender et al. Nature Biotechnology 20 (2002) 821 ; H. J. Kim et al., Enzyme and Microbial Technology 30 (2002) 145). Les mécanismes ne sont pas encore parfaitement déchiffrés, plusieurs chemins réactionnels sont évoqués, en fonction du type de microorganismes qui composent les biofilms (K. Rabaey et al., Trends in Biotechnology 23 (2005) 291 ; D. R. Lovley, Current Opinion in Biotechnology 17 (2006) 1). Dans certains cas, les microorganismes produisent de petits composés rédox qui jouent le rôle de médiateurs électrochimiques entre les cellules microbiennes et la surface : ces composés sont réduits par le microorganisme et s'oxydent en retour sur la surface. D'autres microorganismes ont été démontrés capables de transférer directement les électrons issus de l'oxydation de leur métabolismes vers une surface conductrice grâce à des composés rédox inclus dans leur membrane externe. Certains microorganismes forment des pili conducteurs pour se connecter électrochimiquement à des surfaces ou à d'autres microorganismes. Quels que soient les chemins réactionnels, les biofilms s'avèrent capables d'oxyder des matières organiques en transférant directement les électrons vers une surface conductrice.

D'autres biofilms ont été démontrés capables de catalyser la réduction de l'oxygène sur des matériaux comme les aciers inoxydables (A. Bergel et al., Electrochemistry Communications, 2005, 7, 900-904 ; FR 02 10009) qui, sous leur état initial dépourvu de biofilm, ne sont pas connus pour assurer des vitesses élevées de réduction de l'oxygène. Ces biofilms peuvent être mis à profit sur la surface destinée à évacuer les électrons du système vers un composé dissous, l'oxygène par exemple. Qu'ils soient capables de catalyser des réactions électrochimiques d'oxydation ou de réduction, ces biofilms seront appelés dans la suite biofilms électrochimiquement actifs ou biofilms EA. Néanmoins, ces technologies ont essentiellement été prévues pour des piles, c'est- à-dire pour produire de l'électricité. Ceci nécessite donc l'installation d'un circuit électrique complexe, peu compatible avec des installations telles que les unités de traitement de déchets. Par ailleurs, ces piles ne produisent pas actuellement suffisamment d'électricité pour rendre attractive cette mise en oeuvre sur des installations de déchets. En revanche, les installations de déchets sont confrontées à leur forte consommation d'électricité nécessaire pour alimenter les aérateurs. Il est donc souhaitable de concevoir des systèmes qui permettent de diminuer voire supprimer la nécessité d'aération des déchets ou des effluents à traiter. En effet, il est connu que l'aération des milieux à traiter est nécessaire pour permettre aux microorganismes de se développer et ainsi de consommer les matières organiques. La respiration consiste en l'évacuation des électrons issus du processus microbien d'oxydation des matières organiques vers un accepteur externe d'électrons, le plus souvent l'oxygène dissous dans le milieu qui est ainsi réduit en eau. Certains microorganismes sont capables de respirer en réduisant d'autres accepteurs d'électrons tels que les nitrates, les nitrites ou les sulfates par exemple. Le manque d'accepteur d'électrons dans le milieu, l'oxygène en l'occurrence, réduit considérablement la capacité des microorganismes à oxyder les matières organiques, voire l'annihile totalement. Ainsi, il est particulièrement désirable de mettre à disposition un procédé permettant de limiter voire diminuer l'utilisation des aérateurs.

La présente invention propose de faire développer les microorganismes sur des surfaces conductrices qui sont aptes à recueillir les électrons issus des processus métaboliques d'oxydation des matières organiques. Ces surfaces conductrices sur lesquelles se développent les microorganismes assurent ainsi l'extraction des électrons. Pour évacuer les électrons, la surface qui supporte les microorganismes qui oxydent la matière organique doit être connectée avec une surface qui les évacue vers l'accepteur final, l'oxygène par exemple. Ainsi, les deux surfaces, celle qui recueille les électrons issus des microorganismes qui oxydent la matière organique, et celle qui évacue les électrons vers l'accepteur final d'électrons, l'oxygène par exemple, permettent aux microorganismes de respirer . Le même principe peut être utilisé avec des nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfates ou tout autre composé dissous ou gazeux qui peut être réduit.

Ainsi, selon un premier objet, la présente invention concerne un procédé d'oxydation de matières organiques comprenant l'application auxdites matières organiques à traiter d'un système comprenant - une première partie (1) en matériau conducteur, - une seconde partie (2) en matériau conducteur, ledit procédé comprenant simultanément: - la mise en contact de la première partie (1) avec lesdites matières organiques et un ou plusieurs microorganisme(s) capable de former un biofilm EA (4) sur la surface de ladite première partie, - la mise en contact de ladite seconde partie avec un accepteur d'électrons, en présence d'un catalyseur (5) et/ou d'un ou plusieurs microorganisme(s) capable de former un biofilm EA (5') sur la surface de ladite seconde partie, et - la mise en contact électrique desdites première et seconde parties par un court circuit pendant la durée nécessaire à l'oxydation.

On entend par matières organiques toute matière susceptible d'être oxydée. On peut notamment citer les déchets agricoles (déjections animales, déchets de culture et de forêts), déchets des industries agroalimentaires, déchets des collectivités (boues des stations d'épuration, boues des fosses septiques, espaces verts, marchés, nettoiement des rues), déchets des ménages (poubelles), etc.

Selon un premier mode de réalisation, le système selon l'invention peut ainsi être formé par un seul élément tel qu'un barreau conducteur électrique dont une extrémité assure la première partie et l'autre extrémité la seconde partie.

Selon un autre mode de réalisation, le système selon l'invention peut également être formé de deux éléments distincts mis en contact électrique par un conducteur de résistance la plus faible possible, par exemple inférieure à 10 ohms. Les deux éléments peuvent être formés du même matériau conducteur ou de deux matériaux conducteurs différents. Ainsi, dans le cas du traitement d'effluent dans un réacteur anoxique, ledit système peu comprendre une première partie en graphite, immergée dans les couches anaérobies du réacteur, partie reliée à une seconde partie en acier inoxydable ou tout type de matériau susceptible de catalyser la réduction de l'oxygène dans la partie supérieure et aérée du réacteur. Pour réaliser la zone réductrice du système selon l'invention, on peut utiliser tout type de cathode connu dans l'état de l'art, comme les cathodes à air par exemple afin d'évacuer les électrons vers l'oxygène gazeux. La seconde partie peut comprendre un catalyseur déposé tel que le platine et/ou un biofilm EA, formé par exemple suivant la procédure décrite dans la demande de brevet FR 0210009, afin de catalyser la réaction de réduction.

Selon un autre mode de réalisation, le système selon l'invention peut utiliser des parties conductrices du réacteur, simplement en réalisant un court circuit entre elles. On peut, par exemple, constituer un système selon l'invention en connectant par un conducteur électrique de résistance substantiellement nulle les parois ou le garnissage d'un réacteur de traitement de déchets ou d'effluents, avec un module interne d'aération. Les parois ou garnissage constitueraient dans ce cas la partie oxydante du système selon l'invention, le module d'aération, constitué d'un matériau conducteur, de l'acier par exemple, constituant la partie réductrice.

L'accepteur d'électrons peut être choisi parmi toute substance capable d'être réduite. Il peut être favorablement choisi parmi l'oxygène, des nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfate, plus préférentiellement l'oxygène. La réduction de l'accepteur d'électrons, surtout lorsqu'il s'agit de l'oxygène, peut s'effectuer spontanément sur certains matériaux comme le graphite ou les aciers par exemple. Toutefois on peut avoir intérêt à utiliser un catalyseur de la réduction dudit accepteur d'électrons, soit un composé connu déposé à sa surface, soit un biofilm microbien, soit la combinaison des deux. Ledit catalyseur est choisi parmi toute substance capable de catalyser la réaction de réduction. Il peut notamment s'agir de métal tel que le platine ou d'un composé à base de platine, de nickel ou d'argent par exemple. Ces composés sont déposés sur la surface de la seconde partie par tout procédé connu par l'homme de l'art, tel que les dépôts électrochimiques, les dépôts par CVD (Chemical Vapor Deposition), les dépôts de type sol-gel, le piégeage dans des films de polymères, les peintures, encres, etc. La catalyse peut également être réalisée par un biofilm constitué de micro-organismes capables de former un biofilm EA efficace pour ledit accepteur d'électrons. Dans ce cas le biofilm microbien peut se former spontanément à la surface de la seconde partie, ou un prétraitement peut provoquer, initier ou accélérer sa formation, par exemple comme décrit dans le brevet (notre brevet biofilm 2002). Le(s)dit(s) microorganisme(s) formant un biofilm EA (4, 5') à la surface de la première partie et éventuellement la seconde partie du système selon l'invention existe(nt) généralement spontanément dans le mélange réactionnel à traiter. Alternativement ou cumulativement, il peut être envisagé d'ensemencer le mélange réactionnel à traiter avec des microorganisme(s) adapté(s) sous toutes formes possibles (inocula, bouillons de culture, lyophilisats, etc.). Pour cela on peut utiliser comme inoculum des échantillons de milieux connus pour contenir des micro-organismes formant facilement des biofilms EA, tels que des boues d'effluents aqueux (stations d'épuration par exemple) des sédiments ou des biofilms marins, des composts et tout autre milieu connu par l'homme de l'art pour donner des biofilms EA. On pourra tirer avantage à ensemencer avec des échantillons de biofilms EA précédemment collectés sur des anodes (pour la première partie) ou des cathodes (pour la seconde partie) de tout système mettant en oeuvre des biofilms EA, tels que le présent dispositif ou des piles à combustible microbiennes par exemple. Il est en effet connu que les biofilms EA constituent de bons inocula pour reformer des biofims EA. Les premiers repiquages assurent souvent une augmentation significative de l'activité catalytique. On pourra aussi utiliser des cultures pures de micro-organismes connus pour leur capacité à former des biofilms EA, tels que Geobacter, Desulfuromonas, Shewanella, Geopsychrobacter, Rhodoferrax, Geothrix, etc. et toute souche EA connue dans l'état de l'art. L'ensemencement peut être effectué au début de la mise en fonction du dispositif, il peut aussi éventuellement être renouvelé en cours de fonctionnement pour réactiver le dispositif, par exemple pour pallier une diminution de son efficacité ou après un incident de fonctionnement.

Les matériaux conducteurs des première et seconde parties (1), (2), identiques ou différents, peuvent être choisis parmi tout matériau conducteur tels que notamment les graphites, carbones, matériaux métalliques tels que les aciers inoxydables ou les matériaux habituellement utilisés pour les électrodes, comme par exemple les oxydes d'iridium de tantale déposés sur du titane. On préfère notamment le graphite et l'acier inoxydable. L'homme de l'art choisira le matériau en fonction du type de milieu à traiter et du type de micro-organismes qui lui paraîtra le plus approprié pour traiter ces milieux. On sait en effet que les graphites, carbones, matériaux métalliques, tels que les aciers inoxydables ou les matériaux spécifiquement conçus pour servir d'électrodes, tels les oxydes d'iridium de tantale déposés sur du titane (technologie d'électrodes appelée DSA), permettent un développement adéquat de biofilms EA. Les matériaux connus appropriés aux biofilms EA étant extrêmement divers, tout type de matériau conducteur peut convenir, en fonction de la composition du milieu à traiter et du type des microorganismes présents.

Avantageusement, les matériaux des premières et secondes parties (1), (2) peuvent être prétraités en masse ou en surface, de façon à optimiser à la fois leur capacité à faire adhérer le biofilm EA, leur conductivité électronique et leur capacité à favoriser le développement de biofilms fortement EA. Il est connu que l'augmentation de la rugosité favorise le développement de biofilms EA efficaces. Toute modification de la morphologie de surface : rainurage, sablage, micro- et nano-structuration, etc. qui aura pour effet d'augmenter la surface disponible pour l'adhésion microbienne et de favoriser cette adhésion, sera également favorable au système.

Le système selon l'invention peut être avantageusement mis en oeuvre avec un simple élément, par exemple un barreau de matériau conducteur, réalisant ainsi le court-circuit en les deux parties de sa surface, à savoir d'une part, celle assurant l'oxydation des matières organiques catalysée par un biofilm EA et, d'autre part, celle assurant la réduction d'une espèce accepteur d'électrons dissoute ou gazeuse. Toute autre forme qui sera adaptée à la configuration du milieu à traiter peut également être envisagée, dès lors que chacune des deux parties assurant respectivement l'oxydation et la réduction sont en court-circuit. Avantageusement, la forme et la structure du système selon l'invention peuvent être conçues de façon à créer les surfaces d'échange les plus importantes possibles pour chacune des zones fonctionnelles. On peut notamment citer des structures poreuses, de type mousses ou feutres, et tout type de structure à grande surface spécifique ou haut degré de vide connu dans l'état de l'art. De même, les formes de type hélice, brosses, dendrites, grilles, etc. qui accroissent la surface de chaque élément pour un volume donné peuvent être favorables à son efficacité. La forme peut également être conçue en corrélation avec l'hydrodynamique du milieu pour les environnements liquides circulant ou agités.

Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pendant la durée nécessaire à l'oxydation. Ainsi, si l'oxydation doit être réalisée en continu, le procédé peut fonctionner également en continu. Si en revanche, l'oxydation doit être stoppée, le procédé peut être interrompu, par exemple en activant un interrupteur situé entre les première et seconde parties ou en retirant le système selon l'invention des matières organiques à traiter.

Le système selon l'invention doit être placé dans le réacteur de traitement de déchets ou d'effluents de façon à assurer une réaction différente sur chacune de ses deux parties. Ainsi, la première partie est avantageusement placée dans le réacteur de traitement de façon à assurer sur sa surface le procédé d'oxydation de la matière organique catalysée par un biofilm EA. Simultanément, la seconde partie doit assurer la (les) réaction(s) de réduction d'une espèce contenue dans une partie du réacteur, l'oxygène dissous ou gazeux par exemple. Ainsi, le système selon l'invention peut être simplement immergé verticalement dans un réacteur anoxique de façon à ce que l'oxydation des matières organiques ait lieu à sa surface sur la partie immergée plus profondément dans le réacteur, riche en matières organiques, tandis que la réduction de l'oxygène a lieu sur la surface de la seconde partie, placée dans la zone moins immergée du réacteur, plus riche en oxygène, comme par exemple la zone de surface.

Le système selon l'invention étant composé de deux parties assurant des fonctions différentes, il peut être avantageux d'optimiser ces deux parties de façon indépendante pour les rendre le plus efficace possible. Préférentiellement, le système selon l'invention pourra avoir une première partie optimisée pour assurer l'adhésion de biofilms EA qui oxydent la matière organique et une seconde partie optimisée pour assurer l'évacuation des électrons vers un composé accepteur dissous, l'oxygène par exemple, cette réaction étant catalysée par un biofilm EA ou par un catalyseur tel que le platine.

L'optimisation comprend notamment la définition de la forme, l'emplacement par rapport au réacteur, le matériau et/ou le revêtement de surface, la morphologie de surface, la présence d'un catalyseur et tout autre paramètre connu dans l'état de l'art pouvant améliorer les deux réactions visées. Ainsi, le système selon l'invention peut être ajouté à un réacteur existant, ou peut utiliser les parties d'un réacteur pour constituer un système selon l'invention, ou modifier les parties existantes (forme, matériau, revêtement, etc.) pour rendre l'effet du système selon l'invention plus efficace.

Le procédé selon l'invention peut également comprendre l'application d'un potentiel ou d'un courant au système, afin de favoriser le développement initial du système selon l'invention. Cette étape préliminaire peut être réalisée pendant la durée nécessaire au système pour fonctionner en autonomie, par exemple de quelques heures à quelques jours. Cette étape peut-être effectuée dans le réacteur même de traitement ou indépendamment dans un réacteur et un milieu spécialement conçus à cet effet.

On peut aussi utiliser le système selon l'invention comme système d'électrolyse. Dans ce cas, les deux parties du système selon l'invention doivent être séparées et un système externe d'apport d'énergie électrique est inséré entre les deux parties. La partie oxydante joue le rôle d'anode du système électrochimique ainsi constitué, la partie réductrice le rôle de cathode. Le système selon l'invention est alors assisté en permanence par un apport d'énergie électrique qui force la réaction d'oxydation et/ou de réduction. Les systèmes d'électrolyse sont bien connus dans l'état de l'art et se divisent traditionnellement en deux types suivant que l'on impose un potentiel à l'une des électrodes (système potentiostatique) ou une intensité (système intensiostatique). Les deux systèmes pourront être mis en oeuvre.

Dans le cas de traitement en batch, on pourra avoir intérêt à démarrer le procédé selon l'invention en ensemençant le milieu par des micro-organismes ou des inocula complexes connus dans l'état de l'art pour former les biofilms EA qui sont jugés adéquats en fonction du milieu à traiter. Un ensemencement peut aussi être conçu dans un milieu ouvert comme une technique de démarrage du procédé selon l'invention.

Dans ses formes de réalisation les plus simples, le procédé selon l'invention n'exige aucune modification des réacteurs utilisés dans les technologies traditionnelles de traitement des déchets et des effluents. Il suffit d'ajouter le système selon l'invention au sein des équipements existants. Il n'est toutefois pas exclu de modifier aussi les équipements existants pour mettre en oeuvre le principe de l'invention sur leur surface même.

Le système selon l'invention est très flexible puisqu'il utilise comme catalyseurs réactionnels des biofilms EA qui se forment spontanément à partir des milieux à traiter. Ces biofilms EA sont capables de s'adapter aux variations de qualité et de composition des milieux à traiter. Dans ses formes de réalisation les plus simples, le système selon l'invention ne comporte a priori aucune pièce en mouvement, aucun équipement électrique ; il est robuste et ne demande pratiquement aucune maintenance particulière. Le système selon l'invention peut s'adapter à tous types de déchets et d'effluents ; effluents liquides, mais aussi déchets solides, comme les compostages. Il suffit, pour qu'il soit efficace, d'assurer un contact suffisant entre le milieu à traiter et les surfaces du système. Contrairement aux piles à combustible microbiennes qui pourraient être mises en oeuvre pour intensifier les procédés de traitement d'effluents, le système proposé dans la présente invention ne détourne aucune énergie pour produire de l'électricité, il assure ainsi une efficacité maximale pour le traitement des déchets ou effluents.

Selon un autre objet, la présente invention concerne également un kit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ledit kit comprenant : -une première partie (1) en matériau conducteur ; - une seconde partie (2) en matériau conducteur ; - un ou plusieurs micro-organisme(s) (4), (5') formant un film EA sur la (les) surface(s) des première et éventuellement seconde parties; et - un moyen de mise en court-circuit (3) des premières et secondes parties. Les première et seconde parties ainsi que le(s) micro-organisme(s) et moyen de mise en court circuit sont définis comme plus haut.

Le moyen de mise en court-circuit peut notamment être choisi parmi tout élément conducteur, de résistance la plus faible possible, par exemple inférieure à 10 ohms. Le kit selon l'invention peut également comprendre tout élément, instrument ou composé habituellement utilisé, permettant d'améliorer la mise en oeuvre du procédé, utiles notamment pour le prétraitement du dispositif, un éventuel ensemencement, le suivi du système, sa maintenance et son pilotage. Le prétraitement pourra comporter une phase de polarisation réalisée en mode potentiostatique ou intentiostatique soit avec l'aide d'un appareil électrochimique traditionnel, soit par couplage galvanique avec une électrode immergée connue pour assurer un potentiel constant, telle que les électrodes en zinc ou en alliage de magnésium par exemple. Ces instruments font partie du kit. L'ensemencement pourra être effectué par souches pures, ou plus efficacement par des consortia de micro-organismes prélevés à partir de biofilms EA, par exemple spécifiquement cultivés à cet effet. Ces inocula de biofilms EA font parti du kit. La maintenance peut consister à reproduire les phases de prétraitement à des intervalles de temps prédéfinis ou lorsqu'une diminution de l'efficacité du dispositif est détecté. Le suivi pourra être effectué en particulier en mesurant le potentiel du dispositif par rapport à une électrode de référence faisant partie du kit. Le pilotage peut consister à fournir une tension ou une intensité de courant comme décrit plus haut, avec les instruments (potentiostat, générateur de courant, couplage galvanique...) faisant partie du kit.

Fiqures La figure 1 représente un mode de réalisation particulier dans lequel le système est formé d'un seul élément, un barreau par exemple, dont l'une extrémité représente la première partie (1) et l'autre extrémité représente la seconde partie (2), l'interface entre les deux parties constituant la mise en court circuit (3). A la surface de la première partie se forme un biofilm EA (4), tandis qu'à la surface de la seconde partie (2) est déposé un catalyseur (5) et/ou se forme un biofilm EA (5'). Le système plonge dans les effluents à traiter (6), contenus dans un réacteur (7).

La figure 2 représente une variante selon laquelle le système est constitué de deux éléments, deux barreaux par exemple, le barreau inférieur représentant la première partie (1) et le barreau supérieur représentant la seconde partie (2), reliés entre eux par un conducteur (3). A la surface de la première partie se forme un biofilm EA (4), tandis qu'à la surface de la seconde partie (2) est déposé un catalyseur (5) et/ou se forme un biofilm EA (5'). Le système plonge dans les effluents à traiter (6), contenus dans un réacteur (7).

L'exemple suivant est donné à titre illustratif et non limitatif de la présente invention. Trois bioréacteurs identiques sont constitués de tube en verre de 60 mm de diamètre et contiennent 500 mL d'eau de mer. Afin de favoriser un développement microbien rapide, les trois réacteurs sont inoculés avec le même consortium microbien prélevé en grattant une surface immergée en mer. Pour simuler la présence d'une charge organique importante, des ajouts successifs de quantités connues d'acétate de sodium sont réalisés simultanément dans chacun des trois réacteurs. Le système selon l'invention est constitué d'un feutre de graphite de 50 cm2 de surface relié par une tige de titane de 30 cm à une grille de platine de 5 cm2 qui constitue la partie supérieure. Le graphite est connu pour favoriser la formation de biofilms EA dans les environnements marins, le fil de platine est choisi pour maximiser les vitesses de réduction électrochimique de l'oxygène dissous. Le système selon l'invention est placé verticalement dans le réacteur la zone platine en haut, dans la partie que l'on suppose la plus aérée des réacteurs. - Le bioréacteur A est le bioréacteur témoin. Il permet de suivre la consommation naturelle de l'acétate par la flore introduite dans le milieu. - Le système selon l'invention est introduit dans le bioréacteur B. - Le bioréacteur C est équipé du même système selon l'invention avec une assistance électrochimique. Dans ce cas, l'assistance de type potentiostatique est réalisée à l'aide d'un potentiostat qui impose un potentiel fixe de -0,1V/ECS (électrode de référence au calomel saturée) à la partie oxydante du système selon l'invention (anode). De l'acétate de sodium est ajouté simultanément dans chaque bioréacteur à une concentration finale de 1g/L. Plusieurs ajouts successifs d'acétate ont été réalisés après disparition totale de la charge initiale.

La consommation en acétate est suivie dans chaque réacteur par une prise de 1 mL d'échantillon et mesuré par un dosage enzymatique (kit Boehringer-Mannheim, RBioharm). L'abattement est exprimé en % de la charge de chaque ajout successif (1 g/L) Trois ajouts d'acétate sont réalisés les jours 0 (début de l'expérience), 5, 10, 15, 20, simultanément dans les trois bioréacteurs. Les mesures d'acétate effectuées avant les nouveaux ajouts les jours 5, 10 et 15 indiquent un abattement de 100 % (consommation totale de l'acétate) dans les trois bioréacteurs La vitesse moyenne d'abattement de l'acétate est de l'ordre de 0,2 g/L/jour (soit 5 jours pour consommer les 1 g/L ajoutés). Des différences notables apparaissent à partir du 4e ajout d'acétate (jour 15). Le cinquième ajout est réalisé le jour 20, les mesures sont réalisées les jours 18 et 19 (soit 3 et 4 jours après le 4e ajout) et les jours 23 et 24 (soit 3 et 4 jours après le 5e ajout). Les taux d'abattement d'acétate reportés dans le tableau ci-dessous indiquent que : - le réacteur témoin ne parvient qu'à consommer environ 50 % de l'acétate ajouté après 3 jours ; durant la même période, le système selon l'invention assure 61 0/0 d'abattement après le 4e ajout et 71 % après le 5e ajout. Ces deux résultats indiquent une mise en régime du système selon l'invention dont les performances s'améliorent au fil des ajouts d'acétate, certainement en raison de la formation progressive du biofilm EA sur la partie oxydante du système selon l'invention. - Le système selon l'invention assisté par électrochimie conserve une vitesse d'abattement identique à celle du départ (0,2 g/L/jour). Dans ce cas, l'assistance électrochimique force une formation plus rapide du biofilm EA. Cela permet d'évaluer la capacité de progression du système selon l'invention. A - témoin B - TE Cù TE assisté par potentiel imposé 4e ajout (jour 15) 52% 61% 79% Jour 18 Jour 19 71% 93% 99% 5e ajout (jour 20) 51% 71% 80% Jour 23 Jour 24 65% 83% 89%10

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. - Procédé d'oxydation de matières organiques comprenant l'application auxdites matières organiques à traiter d'un système comprenant - une première partie (1) en matériau conducteur, - une seconde partie (2) en matériau conducteur, ledit procédé comprenant simultanément: - la mise en contact de la première partie avec lesdites matières organiques et un ou plusieurs microorganisme(s) (4) formant un biofilm électrochimiquement actif (EA) sur la surface de ladite première partie, - la mise en contact de ladite seconde partie avec un accepteur d'électrons, en présence d'un catalyseur (5) et/ou un ou plusieurs microorganisme(s) (5') formant un biofilm électrochimiquement actif (EA) sur la surface de ladite seconde partie, et - la mise en contact électrique desdites première et seconde parties par un court circuit pendant la durée nécessaire à l'oxydation.

2. - Procédé selon la revendication 1 tel que lesdites première et seconde parties forment un même élément électriquement conducteur.

3. - Procédé selon la revendication 1 tel que lesdites première et seconde parties sont distinctes et mises en court-circuit par un conducteur électrique (3).

4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que ledit accepteur d'électrons choisi parmi l'oxygène, des nitrates, nitrites, sulfates, thiosulfate.

5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que l'accepteur d'électrons est l'oxygène.

6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que ledit 30 catalyseur (5) est déposé sur la surface de ladite seconde partie.

7. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que les matériaux conducteurs des première et seconde parties, identiques ou différents, sont choisis les graphites, carbones, matériaux métalliques tels que les aciers inoxydables ou 35 les matériaux habituellement utilisés pour les électrodes.25

8. - Procédé selon la revendication 7 tel que les matériaux habituellement utilisés pour les électrodes sont choisis parmi les oxydes d'iridium de tantale déposés sur du titane.

9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que le(s)dit(s) un ou plusieurs microorganisme(s) (5') forme(nt) un biofilm électrochimiquement actif à la surface de la seconde partie (2).

10. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que le(s)dit(s) microorganisme(s) (4) et éventuellement (5') existe(nt) spontanément dans le mélange réactionnel à traiter (.

11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant l'étape préliminaire d'ensemencement du mélange réactionnel à traiter (6) au moyen de colonies de microorganisme(s) appropriées.

12. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que lesdites première et seconde parties (1), (2) sont respectivement constituées par les parties conductrices du réacteur (7) dans lequel le procédé est mis en oeuvre.

13. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes tel que le système est appliqué de sorte que la première partie (1) est immergée dans une zone du mélange réactionnel (6) riche en microorganismes capable de former un biofilm EA. 25

14. û Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, tel que la première partie (1) et/ou la seconde partie (2) est(sont) préalablement traitée(s) de façon à améliorer l'adhésion et/ou le développement du biofilm EA (4) et/ou (5').

15. Procédé selon la revendication 14 tel que le pré-traitement comprend le 30 rainurage, sablage, micro- ou nano-structuration.

16. - Kit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - une première partie (1) en matériau conducteur ; 35 - une seconde partie (2) en matériau conducteur ; - un ou plusieurs microorganisme(s) capable de former un biofilm EA; et20-un moyen de mise en court-circuit (3) des premières et secondes parties.

17. Kit selon la revendication 16 tel que ledit système est défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.5