C.O.V

13/11/2014

Bioprocédés de traitements des composés organiques volatils

Institut Supérieur des Sciences Biologiques Appliquées de Tunis

UNIVERSITE TUNIS EL MANAR

Hmadi Wafa

[Titre du document] 13 novembre 2014

PLAN :

1-Introduction

2-Classification des COV

3-Les risques de toxicité des COV

4-Les risques environnementaux des COV

5-Traitement de l’air

6-procédés de traitement biologique

7-comparaison des bioprocédés

8-conclusion

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Introduction :

Les composés organiques volatils ou (les COV) sont une famille de composés possédant au

moins un atome de carbone et qui se volatilisent facilement.

Leur volatilité leur confère l’attitude de se propager dans leur lieu d’émission tant industrielles que résidentielles.

Ils peuvent être d'origine anthropique (provenant du raffinage, de l'évaporation de solvants organiques, imbrûlés, etc.)

D’origine naturelle (par les plantes qui représente plus de 87% du total des émissions ou certaines fermentations).

Leur volatilité fait qu’ils sont souvent utilisés dans l’industrie en tant que solvants.

Leur traitement exige des procèdes spécifiques.

Les procédés biologiques trouvent normalement leur place pour la dégradation de molécules

biodégradables seules ou en mélanges complexes dans l’air.

Classification des COV :

Les composés organiques volatils sont classés en plusieurs catégories notamment sur des critères de toxicité à court et long terme et sur des niveaux d'exposition des personnes aux particules toxiques circulant dans l'air.

Substances hautement prioritaires Groupe A

Formaldéhyde, benzène, phtalate.

Substances très prioritaires Groupe B

Allergènes de chien et de chat, dioxyde d'azote, toluène, plomb, paraffines chlorées à chaîne courte, tétrachloréthylène, monoxyde de carbone.

Substances prioritaires Groupe C

Certains biocides, les champs électromagnétiques très basse fréquence, certains éthers de glycol, les endotoxines, les fibres minérales artificielles, certains phtalates, des retardateurs de flamme bromés, des organoétains.

Substances non prioritaires Groupe D

Le trichloroéthane, certains biocides, certains phtalates, alkyls phénols et organoétains.

Substances inclassables : Groupe I

2 - méthoxyéthylacétate, 2 - méthoxyéthanol, alkyl phénol (4NP), DPP, endosulfan,, oxadiazon.

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http://www.qualite-de-l-air.com/pollution-interieur/les-composes-organiques-volatils-cov-les-plus-nocifs.html


Les risques de toxicité des COV :

Les COVs ont aussi un impact direct sur la santé, ainsi certains COVs peuvent provoquer des irritations sensorielles (hydrocarbures et formaldéhyde).

Des manifestations plus sévères telles que les troubles cardiaques (toluène, chloroforme) et digestifs, ou les effets cancérogènes (benzène) et mutagènes, sont liés à des expositions chroniques ou intenses.

L’ozone généré par l’émission de COV dans l’atmosphère affecte surtout les capacités respiratoires et irrite les muqueuses (yeux, gorge), ceci surtout chez des personnes sensibles comme les enfants, les personnes malades ou allergiques.

Les risques environnementaux du COV :

Les COVs sont mobilisés dans des réactions photochimiques de la basse atmosphère, participant ainsi à l’augmentation de la concentration d’ozone dans la troposphère. Ils ont ainsi un effet indirect sur la santé et également sur le climat car l’ozone troposphérique et un des principaux gaz à effet de serre.En bout de chaine d’oxydation les COVs oxygénés sont des acides organiques (formique (HCOOH), acétique (CH3COOH), butyrique….etc.) qui participent de façon significative à l’acidité des eaux de pluies en raison de leur forte solubilité.

Traitement de l’air :

Les procédées 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.

On distingue différents procédés tel que :

INCINERATION

TRAITEMENTS BIOLOGIQUES

ADSORPTION

ABSORPTION

CONDENSATION

SEPARATION PAR MEMBRANES

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procédés de traitement biologiques :

Le traitement biologique est basé sur une réaction d'oxydation exothermique des composés en présence d'oxygène et des micro-organismes, celle-ci conduisant à la formation de biomasse, d’eau et de produits minéraux.

Il existe différents procédés de traitement biologique dont les trois réacteurs principaux sont le filtre percolateur, le biolaveur et le biofiltre. Ces se procédés différent par la mobilité de leur phase liquide et de leur biomasse :

Réacteur Biomasse Phase liquide

Biofiltre Fixée Pseudo-stationnaire

Filtre percolateur Fixée Fluide

Biolaveur Dispersée fluide

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1) Les biofiltrs :

Le biofiltre est un procédés de désodorisation les plus économiques et les plus simples, disponibles sur le marché.

*Principe de biofiltre :

Pour les applications de biofiltration, le matériau filtrant ou la biomasse est composé d'une matière organique tel que de l'écorce, de la tourbe, des fibres de coco, du compost, de la bruyère, des rhizomes de bois, des granulés d'argile expansé, etc…

Ce support filtrant naturel ou biomasse peut être introduit dans des biofiltres ouverts ou fermés.

La biomasse est enveloppée d'une fine couche d'eau.

Une partie des polluants, présents dans les rejets gazeux qui vont traverser le filtre, va déjà se dissoudre dans cette eau ; une autre partie sera retenue par les particules de la biomasse et une dernière partie sera décomposée par les microorganismes présents dans la biomasse.

Une biofiltre ne peut pas s'utiliser pour l'épuration et la désodorisation de n'importe quel genre de rejet gazeux.

Les polluants présents dans les rejets gazeux vont déterminer quels groupes de bactéries vont survivre et/ou devenir dominants dans la biomasse (également sous influence de la température et de la teneur en humidité, un certain microclimat va se développer dans la biomasse).

*Les avantages du biofiltre

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le coût d'investissement est plutôt bas (construction simple) un bon résultat pour les composantes biodégradables à des concentrations relativement

basses (procédé de polissage)

*Les inconvénients du biofiltre

Prend une surface relativement large La biomasse doit être remplacée régulièrement La teneur en humidité exacte, de même que le pH sont à suivre de près, une bonne

aération est vitale

*Les domaines d'application les plus importants

les stations d'épuration des eaux usées l'agro-industrie (compostage, industrie agro-alimentaire)

2) Le lit bactérien ou filtre percolateur :

Un filtre percolateur est un réacteur dans lequel la phase aqueuse est mobile et la biomasse immobilisée sur un support généralement constitué de matériaux synthétiques à fort degré de vide (anneaux de Raschig, de Pall, Tellerettes…).

Les supports peuvent être utilisés en vrac ou ordonnés. Le biofilm se développe à la surface du matériau et peut atteindre plusieurs millimètres d'épaisseur. Le garnissage étant inerte, un apport minéral dans la solution aqueuse est indispensable (N, P, K, et oligo-éléments).

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*Principe :

Les filtres percolateurs diffèrent essentiellement des biofiltres par l’alimentation en continu d’une phase liquide mobile, circulant à co-courant ou contre-courant de la phase gazeuse . La phase liquide s’écoule par gravité du haut vers le bas du réacteur. Par ailleurs, alors que dans les biofiltres, le garnissage employé est source de nutriments et constitue la plupart du temps l’habitat naturel de la population microbienne, dans les filtres percolateurs, la biomasse est immobilisée sur un support synthétique inerte.

L’ensemencement du filtre est réalisé par un consortium bactérien issu d’une boue activée,

Soit par des souches de micro-organismes spécifiques. A la traversée du filtre, le courant

Liquide apporte l’eau et les éléments nutritifs nécessaires à la survie des micro-organismes. La biomasse est immobilisée sous la forme d’un biofilm qui se développe sur la surface des éléments du garnissage. Une étape intermédiaire de transfert par absorption des polluants et de l’oxygène de la phase gaz vers la phase liquide a lieu. Les composés volatils dissous sont transférés dans le biofilm où s’effectuent les réactions biologiques de dégradation. La dégradation des polluants dans le biofilm permet de régénérer la phase liquide, dont une fraction peut ensuite être directement recyclée dans le bioréacteur.

3) Les biolaveus :

Les installations de biolavage de gaz, l’eau chargée plus ou moins de biomasse est mobile et circule dans un système de réacteurs (transfert gaz liquide et biodégradation). Ainsi dans les biolaveurs, on considère, le plus souvent, que les deux opérations d’absorption et de biodégradation sont réalisées séparément.

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Principe de Biolaveurs

Spécificités des biolaveurs :

• nécessité de limiter l’apport d’azote ou d’installer un dispositif de lessivage mécanique (pour Prévenir des engorgements par la biomasse)

• nécessité de réguler le pH (neutralisation des sous-produits acides de la dégradation Microbienne)

• nécessité d’installer une déviation partielle du flux et de conditionner l’eau de lavage ;

• contrôle et régulation de l’alimentation en azote et en phosphore.

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Avantages et inconvénients des biolaveurs

Le principal avantage des biolaveurs est la possibilité notamment de contrôler la composition

de la phase liquide en recirculation, par ajout de nutriments appropriés et élimination simultanée des produits toxiques.

la réaction biologique étant effectuée dans un réacteur distinct, ces procédés sont moins sensibles aux phénomènes de colmatage dus à la prolifération bactérienne (Migaud, 1996).

Le principal inconvénient des biolaveurs à recirculation d’eau est la restriction de leur champ

d’application au traitement de composés plutôt fortement hydrosolubles. Enfin, il faut

souligner que du fait de l’agitation et de l’aération, ces systèmes, comparés aux autres

procédés de traitement biologiques, consomment beaucoup d’énergie.

Comparaison des bioprocédés

Avantages Inconvénients

Biofiltre - faible coût d'opération

- possibilité d'opération en discontinu

- surface requise importante

- Contrôle température, pH, humidité,…

Filtre

percolateur

- bon contrôle des nutriments et du pH

- périodes d'arrêt non tolérées

- coûts d'opération élevés

Biolaveur - bon contrôle des nutriments et du pH

- périodes d'arrêt non tolérées

- apport d'oxygène nécessaire

- coûts plus élevés que les autres

systèmes biologiques

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Conclusion

L’émission des COV a des effets sanitaires potentiellement importants qui présentent.

Des risques sanitaires particulièrement difficiles à mettre en œuvre.

Il faut raisonner pour chaque milieu fréquenté par les individus (extérieur, logement, lieux de

travail, lieux publics, etc.) et identifier, dans ces milieux, les COV présentant le plus de

risques pour la santé humaine, prendre en compte à la fois leurs toxicités et leurs

concentrations dans les différents milieux.

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Bibliographie :

ERIC, Dumont.Traitement des COV et composés odorants, 11 février 2010.p14-20

OFEV.Epuration biologique des effluents gazeux, Berne, 28 avril 2009.p1-3

ATEE, Energie plus. Le supplément technique d'Energie Plus n°204 du 15 avril 1998 http://atee.fr/energie-plus-magazine/dossier-cov-destruction-par-voie-biologique (Page consultée le9 novembre 2014)

P. LE CLOIREC, LES BIOTECHNOLOGIES ADAPTEES AU TRAITEMENT DES POLLUANTS GAZEUX, ETUDE N° 00-0407/1A, octobre 2001

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