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Soutenances

28 juin. thèse Mary HANHOUN (dir. C. Azzaro-Pantel B. Biscans)

Analyse et modélisation de la précipitation de struvite : vers le traitement d’effluents aqueux industriels

- salle de thèse de l’INP-ENSIACET à Labège, 14h

Résumé

La réduction des apports phosphorés des eaux usées régie par la
Directive Européenne de 1991 (91/271/EEC) est considérée comme le facteur clé de la lutte contre la pollution des rivières et des lacs. Ces travaux concernent exclusivement l’étude de la formation maîtrisée de
struvite (MgNH4PO4.6H2O) par précipitation comme alternative originale de récupération du phosphore et, par voie de conséquence, de l’ammonium à partir d’eaux usées. Un atout de ce procédé concerne la valorisation du précipité en tant que fertilisant. Dans ce contexte général, l’objectif consiste à développer une démarche combinant des aspects expérimentaux et de modélisation de la précipitation de la struvite. Un effluent synthétique contenant du phosphore, du magnésium et de l’ammonium a servi de solution modèle pour étudier le rôle de la température, de la concentration en réactifs, et du pH sur l’efficacité de la précipitation de la struvite ainsi que sur la distribution de la taille des cristaux obtenus. Les essais expérimentaux ont été réalisés par précipitation en cuve agitée.
Diverses méthodes d’analyse des phases solide et liquide (spectrophotométrie, absorption atomique, granulométrie Malvern, MEB et Morphologie G3) ont été utilisées. Le dosage du magnésium, ainsi que celui d’ammonium et du phosphore permet de déterminer le taux de
conversion de ces composés et d’étudier une éventuelle formation d’un
sous-produit.
L’approche développée dans ce mémoire permet de déterminer les
conditions de pH et de température favorisant l’efficacité maximale pour la récupération de la struvite. Deux voies complémentaires ont été proposées. La première étape concerne la modélisation des équilibres
chimiques, d’une part, pour calculer le taux de conversion du phosphate
final en fonction du pH à l’équilibre pour plusieurs températures et, d’autre part, pour évaluer l’impact de la température sur la constante de solubilité de la struvite. La stratégie numérique implique un
algorithme génétique (NSGA II) pour initialiser efficacement un
algorithme de résolution classique (Newton Raphson) et garantir la robustesse de la procédure.
Dans la seconde étape, un modèle numérique basé sur un bilan de population couplé avec le modèle thermodynamique prédit la distribution de taille des particules,. Cette approche s’est avérée
particulièrement stable d’un point de vue numérique lors du calcul des
paramètres des vitesses de nucléation et de croissance, utilisés ensuite pour prédire la distribution de taille à l’aide d’une méthode de reconstruction. La forme de la distribution de taille des cristaux obtenue est typique d’un modèle nucléation – croissance. La méthodologie proposée trouve tout son intérêt pour traiter des effluents de qualité variable et prédire l’efficacité du procédé dans lequel le contrôle du pH et de la sursaturation constituent des paramètres clés.

Jury de thèse

  • Mme Catherine AZZARO-PANTEL : directrice de thèse (LGC-Toulouse)
  • Mme Béatrice BISCANS : codirectrice de thèse (LGC-Toulouse)
  • M. Hervé MUHR (LRGP-Nancy) : rapporteur
  • M. Jean Michel RENEAUME (ENSGTI) : rapporteur
  • Mme Michèle Freche (CIRIMAT-Toulouse) : membre
  • M. Marwan TOUMA (Université d’Alep) : membre
  • M. Ludovic MONTASTRUC (LGC-Toulouse) : membre invité

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