Removal of persistent aromatic micropolluants from municipal sewage sludge in anaerobic digesters assisted by microbial electrolysis and conductive materials
Elimination des micropolluants aromatiques et persistants de boues de station d'épuration au cours de la digestion anaérobie assistée par électrolyse microbienne et matériaux conducteurs
Résumé
The elimination of organic micropollutants from the environment has become a public health goal today because of their toxicity and bioaccumulation through the trophic chain. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and nonylphenol (NP) are found at low concentrations in wastewaters and accumulate by sorption onto sewage sludge due to their hydrophobicity. Anaerobic digestion (AD) plays a central role in reducing the micropollutant load before dissemination to the environment via sludge spreading. The aim of this PhD work is to enhance removal performances by employing two emerging techniques, namely microbial electrolysis and the addition of conductive materials. The results demonstrate that 12 PAHs were improved by 21 to 33 % by both treatments while NP was eliminated to the same extent in all digesters with and without graphite felt (GF). Either the mediatorless electron exchange between the anaerobic syntrophic community and the conductive material or the close contact of syntrophic biota within the biofilm presumably facilitates sludge hydrolysis which, in turn, leads to the enhanced bioavailability of PAHs and their subsequent biodegradation. An enrichment of hydrogenotrophic methanogens was ascertained in GF digesters which was correlated to the observed PAH removals. The addition of carbon plate and platinum eliminated only two low molecular weight PAHs suggesting that conductivity is not a major factor in the dissipation of PAHs. An increase of the specific surface area by the addition of powdered GF indicated a possible cytotoxic effect due to membrane piercing of cells in AD. The use of affordable conductive materials such as GF may present an alternative biodegradation strategy for the removal of PAHs from sludge.
L’élimination des micropolluants organiques est devenue aujourd’hui un objectif de santé publique car leur toxicité et bioaccumulation au travers de la chaine trophique sont incontestables. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et le nonylphénol (NP) présents en faible concentration dans l’eau usée se retrouvent fortement sorbés à la matière organique des boues de station d’épuration. Les procédés de traitement de ces boues, comme la digestion anaérobie (DA) jouent un rôle central car ils constituent une des dernières barrières avant rejet vers l’environnement par épandage. La DA élimine les HAP et le NP mais les performances restent insatisfaisantes. L’objectif de cette thèse est d’améliorer les performances d’élimination des HAP et NP par la DA en utilisant l’électrolyse microbienne et l’ajout de matériaux conducteurs. Les résultats montrent que l’élimination de 12 HAP est accrue par l’ajout de graphite poreux (GF) qui semble (1) faciliter l'échange direct d'électrons avec la communauté syntrophique anaérobie ou (2) offrir une surface d’échange d’électrons et de nutriments suffisante pour la création d’un biofilm sans influence du caractère conducteur du GF. Un enrichissement de méthanogènes hydrogénotrophes a été constaté en présence de GF contribuant à l’amélioration des performances d’hydrolyse de la matière et des contaminants associés. Pour le NP, les performances d‘élimination sont très élevées quelles que soient les conditions appliquées suggérant des mécanismes d’élimination différents. L’addition d’autres matériaux de conductivité variable tels que le charbon plaque et le platine n’éliminait que deux HAP de faible poids moléculaire suggérant que la conductivité du matériau ne constitue pas un facteur majeur dans la dissipation des HAP. Une augmentation de la surface spécifique du GF par pulvérisation a ralenti la production de méthane alors qu’une surface intacte doublée a permis l’installation d’un biofilm favorisant un échange étroit entre les communautés syntrophiques. L'utilisation de matériaux conducteurs économiquement abordables tels que le GF semble être une stratégie alternative pour améliorer l’élimination des HAP des boues.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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