UMR CNRS 6144
Génie des Procédés Environnement et Agroalimentaire
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GEnie des Procédés
Environnement - Agroalimentaire
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Traitement des toxiques de l'air par biofiltration

Traitement  des toxiques de l'air par...
Chercheur(s)
Axe(s) de recherche en lien

Introduction/contexte

Cette thématique porte sur l'optimisation du traitement des toxiques de l'air (notamment H2S et NH3) par biofiltration. L'accent est mis sur la caractérisation des matériaux biofiltrants et sur la modélisation des milieux poreux utilisés en biofiltration.

Objectif du projet

1. Sélectionner les matériaux adaptés à la biofiltration

2. Déterminer les capacités de traitement de ces matériaux au laboratoires et sur sites industriels

3. Modéliser les capacités épuratoires de ces matériaux

4. Mettre en évidence les sous produits de dégradation

5. Modéliser le comportement hydrodynamique des biofiltres afin d'estimer les grandeurs caractéristiques des lits de matériaux (porosité, tortuosité, surface spécifique, épaisseur de biofilm...)

Resultats

1. Biofiltration H2S

Les différents travaux réalisés au laboratoire ont permis de sélectionner les matériaux les mieux adaptés aux exigences de dégradation de l’H2S par voie biologique. Le couplage de schiste expansé (www.granulex.fr) et d’UP20 (matériau synthétique nutritionnel développé au laboratoire) présente les qualités nécessaires à la dégradation de ce polluant, à savoir :

- taille de particules et porosité adaptées au développement de la biomasse,

- fraction de vide du lit de matériau permettant de limiter les pertes de charge,

- résistance à l’accumulation d’acide sulfurique dû à la biodégradation de l’H2S,

- résistance mécanique permettant d’envisager un fonctionnement industriel continu sur plusieurs années.

 

2. Modélisation  capacités épuratoires

Les différents résultats obtenus ont fait l’objet de modélisations au moyen des modèles d’Ottengraf, de Michaelis-Menten et d’Haldane. Les très bons résultats obtenus au moyen de la configuration « Schite + UP20 » pour le traitement de l’air chargé en H2S suggèrent que l’utilisation de ce couple de matériaux pourrait être étendue au traitement des biogaz générés par la méthanisation des déchets agricoles, d’une part, et par la dégradation anaérobie des ordures ménagères stockées en sites d’enfouissement, d’autre part.

 

3. Modélisation  hydrodynamique des biofiltres

Le comportement hydrodynamique des biofiltres est modélisé au moyen des modèles caractérisant les milieux poreux (Ergun, Comiti-Renaud, RUC). L'objectif est d'estimer la porosité du lit de matériau au moyen des mesures de pertes de charge et d'en déduire l'évolution du dévelopement du biofilm en fonction du temps. Ce projet est mené en collaboration avec le Dr. Woudberg du département de mathématiques appliqués de l’Université de Stellenbosch (Mathematical Sciences, Applied Mathematics Division, Stellenbosch University, South Africa).

 

 

Applications possibles

Biofiltration d'effluent d'élevage

Parallèlement aux travaux consacrés au traitement d’H2S au laboratoire, des études de biofiltration d’effluents gazeux issus de porcheries sont menés sur site industriel depuis 2011 (projet ADEME ECO-INDUSTRIE PORBIOFIL, porcherie expérimentale de Guernevez, Finistère, France). Le polluant majoritaire de ces effluents est l’ammoniac (NH3). Ce projet est mené en collaboration avec la Chambre d'Agriculture de Bretagne (CRAB).

La caractérisation des polluants d’élevage sur site a mis en évidence les problématiques de métrologie liées aux conditions opératoires sévères inhérentes à ce type de sites (humidité et température). Il est apparu que ces conditions opératoires ont également une action importante sur le fonctionnement des biofiltres. Ainsi, les résultats expérimentaux obtenus, d’une part sur un pilote à l’échelle du laboratoire, et d’autre part sur un démonstrateur semi-industriel, ont montré que la conjugaison des caractéristiques physiques de l’air issu de la porcherie et des conditions climatiques extérieures jouent un rôle primordial sur les performances d’élimination du polluant. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que les plaquettes de bois utilisées comme matériau biofiltrant pouvaient favoriser la génération de polluants secondaires comme le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O) reconnus comme des gaz à effet de serre.

En conséquence, des études complémentaires doivent être entreprises afin de sélectionner un matériau biofiltrant apte à dégrader efficacement l’ammoniac sans générer de gaz à effet de serre. L’usage de schiste expansé est privilégié. Par ailleurs, une configuration « filtre percolateur » permettrait de s’affranchir des contraintes climatiques extérieures. Une nouvelle campagne d’expérimentations utilisant le biofiltre semi-industriel rempli de schiste expansé est actuellement en cours. Les résultats attendus seront directement comparés à ceux obtenus à partir de l’utilisation des plaquettes de bois.

Publications

C. Corre, C. Couriol, A. Amrane, E. Dumont, Y. Andrès, P.L. Cloirec, Efficiency of Biological Activator Formulated Material (BAFM) for volatile organic compounds removal – preliminary batch culture tests with activated sludge, Environmental Technology. 33 (2012) 1671–1676.

A. Courtois, Y. Andrès, É. Dumont, H2S biofiltration using expanded schist as packing material: influence of packed bed configurations at constant EBRT, J. Chem. Technol. Biotechnol. 90 (2015) 50–56.

E. Dumont, Y. Andrès, P. Le Cloirec, F. Gaudin, Evaluation of a new packing material for H2S removed by biofiltration, Biochemical Engineering Journal. 42 (2008) 120–127. 

E. Dumont, L.M. Ayala Guzman, M.S. Rodríguez Susa, Y. Andrès, H2S biofiltration using expanded schist as packing material: performance evaluation and packed-bed tortuosity assessment, J. Chem. Technol. Biotechnol. 87 (2012) 725–731.

E. Dumont, L. Hamon, S. Lagadec, P. Landrain, B. Landrain, Y. Andrès, NH3 biofiltration of piggery air, Journal of Environmental Management. 140 (2014) 26–32.

E. Dumont, S. Lagadec, P. Landrain, B. Landrain, Y. Andrès, N2O generation resulting from piggery air biofiltration, Chemical Engineering Journal. 248 (2014) 337–341.

E. Dumont, Y. Andrès, Evaluation of innovative packing materials for the biodegradation of H2S: a comparative study, J. Chem. Technol. Biotechnol. 85 (2010) 429–434.

E. Dumont, F.D.S. Cabral, P.L. Cloirec, Y. Andrès, Biofiltration using peat and a nutritional synthetic packing material: influence of the packing configuration on H2S removal, Environmental Technology. 34 (2013) 1123–1129.

L. Hamon, Y. Andrès, E. Dumont, Aerial pollutants in swine buildings: a review of their characterization and methods to reduce them, Environ. Sci. Technol. 46 (2012) 12287–12301.

A.C. Romero Hernandez, M.S. Rodríguez Susa, Y. Andrès, E. Dumont, Steady- and transient-state H2S biofiltration using expanded schist as packing material, New Biotechnology. 30 (2013) 210–218.

A. Soupramanien, L. Malhautier, E. Dumont, Y. Andrès, J. Rocher, J.-L. Fanlo, Biological treatment of a mixture of gaseous sulphur reduced compounds: identification of the total bacterial community’s structure, J. Chem. Technol. Biotechnol. 87 (2012) 817–823.

M. Ben Jaber, A. Couvert, A. Amrane, F. Rouxel, P. Le Cloirec, E. Dumont, Biofiltration of high concentration of H2S in waste air under extreme acidic conditions, New Biotechnology. 33 (2016) 136-143.

E. Dumont, F.D.S. Cabral, P. Le Cloirec, Y. Andrès, Biofiltration using peat and a nutritional synthetic packing material: influence of the packing configuration on H2S removal, Environmental Technology. 34 (2013) 1123–1129.

Y. Andres, E. Dumont, P.L. Cloirec, E. Ramirez-Lopez, Wood Bark as Packing Material in a Biofilter used for Air Treatment, Environmental Technology. 27 (2006) 1297–1301.

Y. Andres, E. Dumont, C. Gerente, Characterization techniques of packing material colonization in gas biofiltration processesThis article is one of a selection of papers published in this Special Issue on Biological Air Treatment., Can. J. Civ. Eng. 36 (2009) 1895–1902.

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