Ce chapitre a été consacré à l’étude de la filtration membranaire de solutions siloxaniques. Les essais, réalisés en mode de filtration frontale, ont permis de quantifier les rétentions atteignables selon les variations des paramètres caractérisant les solutions (composition saline ou organique …). Les travaux se scindent en quatre parties : nanofiltration frontale de solutions synthétiques, nanofiltration frontale d’effluents « procédés internes », ultrafiltration et microfiltration d’effluents « procédés internes », nanofiltration tangentielle d’effluents « procédés internes ».
Des effluents synthétiques ont été préparés avec les siloxanes L2, L4, L5, L6, D4 et D5. La nanofiltration de ces effluents a montré une rétention très élevée (quasi-totale) des siloxanes dans tous les cas évalués.
Les expériences de nanofiltration réalisées avec des effluents « procédés internes » ont permis d’établir plusieurs conclusions. Les rétentions observées pour le D4 sont très élevées, généralement supérieures à 90%. La concentration du perméat en D4 n’excède jamais 1 mg.l-1. Dans certaines conditions, la NF permet d’obtenir des
perméats dont la teneur en D4 est inférieure au seuil de détection des méthodes analytiques utilisées (0,4 mg.l-1).
Dans le cas de l’effluent 2, le passage d’un pH acide (3-5) à un pH neutre de 7, améliore nettement le traitement, notamment pour la rétention du D4. A pH 7, la membrane est plus hydrophile, ce qui peut augmenter la rétention des composés hydrophobes comme D4.
La robustesse du procédé a été évaluée. Pour les effluents 1 et 2, la dilution entraine une diminution de la rétention du D4 et du L3OH. L’effet est similaire pour l’abattement en COT. Dans les deux cas, la dilution de l’effluent améliore la qualité du perméat malgré la diminution de la rétention. Au niveau de l’émulsion, la dilution diminue la taille des gouttes ce qui peut favoriser le transfert des siloxanes qu’elle contient. De plus, la dilution peut réduire la viscosité de la solution et augmenter la solubilité, deux phénomènes qui peuvent participer à l’augmentation du transfert de solutés organiques à travers la membrane.
Pour les deux effluents, l’accroissement de la salinité diminue l’abattement du COT et des composés ciblés. Les hypothèses avancées pour expliquer ces phénomènes sont les suivantes :
174
L’augmentation de la salinité rend les gouttes moins cohésives ce qui favorise le transfert des siloxanes de la phase dispersée à travers la membrane.
L’ajout de sel modifie les interactions triples solutés/eau/ions. Les solutés organiques se déshydratent, leur rétention diminue.
Cette baisse de rétention observée lorsque la salinité croit est habituelle pour les composés hydrophiles (comme le L3OH) mais est plus originale pour un composé hydrophobe (D4).
L’observation des rétentions/abattements atteints en fonction du rapport sels sur matière organique a montré que ce paramètre peut être pertinent pour tenter d’anticiper les résultats de filtration. En se plaçant dans une gamme de COT délimitée, il y a une diminution de la rétention du D4 et de l’abattement du COT quand le rapport salinité sur matière organique augmente et ce pour diverses compositions de l’effluent. Les expériences réalisées dans des conditions similaires avec une membrane d’ultrafiltration ont donné des rétentions/abattements en D4/COT nettement inférieurs à la nanofiltration. Les essais réalisés avec une membrane de microfiltration ont montré des abattements quasi-nuls du COT et des rétentions très réduites du D4 par rapport aux autres types de filtration. Ces résultats confirment la nécessité d’utiliser des membranes de nanofiltration pour atteindre un niveau de rétention important des siloxanes.
Les nanofiltrations tangentielles ont donné des rétentions du D4 supérieures à celles observées en mode frontal. Le D4 est systématiquement non détecté dans le perméat (concentration en D4 inférieure à 0,4 mg.l-1), ce qui signifie que la rétention est au
moins égale à 97,3%. Dans les conditions utilisées, l’abattement du COT est indépendant de la salinité. La circulation tangentielle a un double impact sur l’émulsion : elle augmente la pression minimum nécessaire à la démixtion des gouttes et limite leur accumulation à la surface de la membrane. Ces deux phénomènes réduisent le transfert des siloxanes contenus dans la phase dispersée à travers la membrane et peuvent être associés aux différences observées avec la configuration frontale.
175
4 . Biodégradation
aérobie des siloxanes :
Etude de la capacité de
boues activées
acclimatées ou non à
dégrader les siloxanes
177
Ce chapitre est consacré à l’étude de la biodégradation aérobie des siloxanes. L’objectif est d’évaluer la capacité d’une culture biologique libre à dégrader du D4. Pour ce faire, la méthode Oxitop a été choisie. Deux types de boues seront étudiées : des boues non acclimatées aux siloxanes issues d’une STEP urbaine et des boues ayant subi un protocole d’acclimatation dans un bioréacteur à membrane pilote alimenté par une solution contenant des siloxanes.
Au cours de cette étude, on utilise un co-substrat facilement biodégradable (acétate et autres nutriments, dont sels minéraux) dans le but de stimuler l’activité bactérienne et de créer une synergie avec le D4 conduisant à la dégradation de celui-ci. On cherchera à évaluer l’impact de la présence du D4 ainsi que l’influence de la part de DCO apportée par le D4 sur l’activité biologique.
La première partie du chapitre est dédiée au suivi d’un pilote BAM alimenté partiellement en siloxanes pendant 6 mois. Les performances seront présentées au travers des divers paramètres de fonctionnement : production de boues, élimination de la DCO et D4, nitrification/dénitrification. La seconde partie est dédiée aux investigations sur l’acclimatation des boues par les tests Oxitop. Ils sont réalisés avec des boues de STEP et avec des boues issues du pilote. Cette dernière partie permettra de conclure sur la biodégradabilité des siloxanes et sur l’aptitude des boues à s’acclimater aux siloxanes.
178