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RÉSUMÉ
Les biotechnologies utilisées pour la dépollution des émissions gazeuses, et qui convertissent les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau, se sont considérablement développées ces dernières années. La connaissance des phénomènes physiques, chimiques et biologiques mis en jeu permettent la modélisation de ces bioréacteurs, et ainsi la prédiction de leurs performances d’épuration. Cet article décrit le cadre théorique des différents modèles de représentation, en avançant pour chacun des exemples d’applications.
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Pascaline PRÉ : Maître de ConférenceÉcole des Mines de Nantes
INTRODUCTION
Les biotechnologies applicables à la dépollution des émissions gazeuses sont de mieux en mieux développées. Elles sont classées parmi les technologies destructives car elles permettent de convertir les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau (voir articles [G 1 700] et [G 2 971]).
Les caractéristiques de fonctionnement des différents types de procédés biologiques utilisés pour le contrôle de la qualité des émissions gazeuses : biofiltres, filtres percolateurs et biolaveurs, ont été amplement décrites dans l’article [G 1 780] « Bioprocédés en traitement de l’air. Mise en œuvre ». Cependant, afin de mieux concevoir, dimensionner et gérer ces unités, il est nécessaire de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques chimiques et biologiques mis en jeu. À partir de la compréhension fine des processus impliqués, il convient ainsi de modéliser les systèmes pour pouvoir prédire leurs performances d’épuration dans les conditions spécifiées.
Cet article décrit les bases théoriques sur lesquelles sont fondés les modèles classiquement développés dans la littérature, permettant de représenter les différents types de bioréacteurs appliqués au traitement d’effluents gazeux.
Ces modèles sont issus d’une approche déterministe couplée à une approche stochastique, permettant d’appréhender la complexité des mécanismes. Ils s’appuient ainsi sur la formulation et la résolution d’équations de bilan de matière, auxquelles on adjoint des relations empiriques issues d’études statistiques de données expérimentales. Les principes de base du génie des procédés sont utilisés, en intégrant les spécificités des systèmes biologiques.
Des exemples d’applications de ces modèles permettent de montrer tout leur intérêt pour l’amélioration des performances et la gestion opérationnelle des procédés. Ces exemples permettent aussi de mesurer l’écart entre la simplicité des représentations adoptées à l’heure actuelle et la complexité des phénomènes régissant les procédés dans les conditions réelles de fonctionnement, résultant notamment de leur variabilité dans le temps.
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Modélisation des biolaveurs
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2. Modélisation des filtres percolateurs
Bien que le modèle d’Ottengraf décrit précédemment ait été élaboré à l’origine pour décrire les mécanismes de transfert et de biodégradation dans un biofiltre, certains auteurs ont proposé d’étendre son utilisation aux filtres percolateurs à . Rappelons en effet que, pour les deux systèmes, biofiltre et filtre percolateur, la biomasse est immobilisée sur les particules de garnissage, si bien que les processus de diffusion et de consommation biologique du substrat dans le biofilm apparaissent similaires. Cependant, alors que la solution aqueuse est immobile dans le biofiltre, elle est circulante dans le filtre percolateur. En conséquence, le liquide circulant induit une résistance au transfert de matière supplémentaire entre le gaz et le biofilm. Afin de modéliser les étapes de transfert et de biodégradation dans un filtre percolateur, on suppose ainsi l’existence de trois phases distinctes :
-
la phase gaz chargée en polluant ;
-
la phase liquide circulante, assimilée à de l’eau, dans laquelle on suppose que les polluants sont absorbés sans être dégradés ;
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et le biofilm déposé sur les éléments du garnissage, siège...
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Modélisation des filtres percolateurs
BIBLIOGRAPHIE
-
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(2) - MARTIN (G.), LAFFORT (P.) - Odeurs et désodorisation dans l’environnement - . p. 452, Tec & Doc, Lavoisier, Paris, 1991.
-
(3) - Degrémont - Mémento technique de l’eau - . Degrémont, p. 221, Distributeur, Tec & Doc, Lavoisier, Paris, 1989.
-
(4) - BALEO (J.N.), BOURGES (B.), COURCOUX (Ph.), FAUR-BRASQUET (C.), LE CLOIREC (P.) - Méthodologie expérimentale, Méthodes et outils pour les expérimentations scientifiques - . p. 367, Tec & Doc, Lavoisier, Paris, 2003.
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(5) - OTTENGRAF (S.P.P.) - Biotechnology : a comprehensive treatise – Exhaust gas purification - . Rhem (H.J.) and Reed (G.), Weinheim, 1986.
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(6) - PERRY (R.H), GREEN (D.W.) - Perry’s...
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