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Traitement des Eaux et des Déchets
Présentation

Approche intégrée du traitement et de la valorisation des eaux et des déchets


Les recherches de l’équipe Traitement des Eaux et Déchets (TED) sont organisées autour d’une vision globale intégrée du traitement et de la valorisation des eaux usées, des biomasses et des déchets.
Cette approche systémique s’appuie sur une démarche conjointe expérimentation-modélisation-simulation des procédés, pour traiter, réutiliser et valoriser des effluents urbains ou industriels et des biomasses (production d’H2, de CH4, de chaleur ; production de biocarburants et de molécules plateformes pour la chimie ; récupération des nutriments, des métaux, etc.). Elle vise à contribuer aux grands enjeux du 21ème siècle et plus particulièrement aux transitions écologique et énergétique.
A cet effet, l’équipe développe des approches multi-échelles de traitement et de valorisation des effluents et des biomasses. Aux échelles moléculaire et cellulaire, l’équipe possède et développe des compétences pour les caractérisations spécifiques comme la rhéologie et la (bio)-calorimétrie. Cette dernière est appliquée à la fois à la détermination de la chaleur liée au métabolisme cellulaire et aussi à la calorimétrie haute pression (max 300°C, 60 MPa), l’originalité de l’équipe porte sur le design de cellules calorimétriques spécifiques. A l’échelle du réacteur, les études se focalisent sur le développement, le dimensionnement et l’optimisation de procédés biologiques, thermochimiques et physico-chimiques. La caractérisation des grandeurs cinétiques et de transferts mène au développement de modèles dédiés. Ces modèles sont utilisés au sein de méthodologies intégratives spécifiques dès que deux ou plusieurs procédés sont couplés. Ces méthodes sont développées pour déterminer le fonctionnement optimal du couplage et/ou du site industriel accueillant ces procédés.
 
Les thématiques développées dans l’équipe TED s’articulent autour des trois axes suivants :
 

Axe Dépollution

dédié au dimensionnement de procédés de traitement des eaux et des déchets ainsi qu’à la compréhension des mécanismes de transfert et processus réactionnels mis en jeu.
Sous-axes : bioréacteurs, filtres réactifs, oxydation en voie humide, rhéologie, calorimétrie, etc.
 

Axe Valorisation

dans lequel les études sont consacrées à l’optimisation des processus et procédés pour la valorisation matière et/ou énergie des effluents et des déchets 
Sous-axes : bioH2 et vecteurs énergétiques à partir de biomasse, gazéification, procédés de liquéfaction hydrothermale, récupération de nutriments, etc.
 

Axe Intégration

focalisé sur l’étude du couplage des procédés développés dans l’équipe associée à une démarche d’optimisation des flux par des méthodes ad hoc.
Sous-axes : couplage de procédés, optimisation énergétique, simulation de filières, etc.
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Responsable

  • Cristian BARCA
    Maître de Conférences AMU - HDR
    équipe Traitement des Eaux et Déchets
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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

-    Rhéomètre
-    Calorimètre SETARAM C80
-    Spectromètre UV et IR équipé avec une cellule gaz pour mesure on-line continu et ATR
-    Micro-chromatographe gaz
-    Pilote de Gazéification semi Batch (10 gr) (études de faisabilité)
-    Banc de caractérisation de la pollution des eaux (DCO, DBO5, MES, MVS, PO43+, NH4+, NO3- …)
-    Calorimètre de réaction (1 L)
-    Réacteurs hydrothermaux hautes pression et température, batch (200 mL 350°C, 40MPa) et continus (6 L/h, 500°C, 30MPa)
-    Pompes haute pression
-    Bioréacteurs

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

Kumamoto University (Japon) / EAN Bogotá (Colombie) / La Sapienza Rome (Italie) / Politecnico di Torino (Italie) / LBGEL-ENIS Sfax (Tunisie)

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

ENGIE / A3i INOVERTIS / Société du Canal de Provence / Athéna Recherche & Innovation / Earthwake / CMA-CGM

Académiques - Institutionnelles :

Région PACA / Institut de Mécanique et Ingénierie (IMI) / FR Fabri de Peiresc / FR ECCOREV / BIP Marseille / BBF Marseille / CEREGE Aix-en-Provence / INERIS Aix-en-Provence / DEEP-INSA Lyon / LRGP Nancy / LGC Toulouse / Hôpitaux de Marseille

 

Dernières publications de l'équipe

  • 2024
    Julien Berger, Jean-Henry Ferrasse, Suelen Gasparin, Olivier Le Metayer, Benjamin Kadoch. Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions. International Journal of Thermal Sciences, 2024, 202, pp.109050. ⟨10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050⟩. ⟨hal-04784805⟩ Plus de détails...

    Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions

    Within the environmental context, designing energy efficient buildings is crucial. Standard performance indicators evaluate the quantity of energy going through the wall. Such indicator considers the energy balance of the wall, i.e the first thermodynamic law. However, the main drawback of such approach is that it does not qualify the energy quality, which can be done by the second thermodynamic law. This paper proposed a performance indicator that both quantifies and qualifies the energy efficiency of a wall. It is based on the evaluation of the exergy destruction rate. The performance indicator has been developed for transient conditions induced by climatic variations of temperature and relative humidity and considering coupled heat and mass transfer in the wall. Calculations were carried out with experimental data obtained from a wall demonstrator under climatic conditions and comparisons with standard performance indicators were also performed. The corresponding results highlighted that the exergy loss allows a more accurate assessment of the energy performance and the influence of mass transfer on it. Indeed, the mass transfer can account for 30% in the exergy destruction.
    Julien Berger, Jean-Henry Ferrasse, Suelen Gasparin, Olivier Le Metayer, Benjamin Kadoch. Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions. International Journal of Thermal Sciences, 2024, 202, pp.109050. ⟨10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050⟩. ⟨hal-04784805⟩
    Journal: International Journal of Thermal Sciences
    Date de publication: 01-08-2024
    Auteurs:
    Liste des documents:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050
    Voir la publication sur Hal
  • 2024
    Heni Dallagi, Nassim Ait-Mouheb, Audrey Soric, Olivier Boiron. Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation. Biosystems Engineering, 2024, 239, pp.114-129. ⟨10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004⟩. ⟨hal-04479285⟩ Plus de détails...

    Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation

    Water scarcity is a global concern, with irrigation of food crops contributing significantly to freshwater depletion. Drip irrigation technology reduces water consumption but faces issues like clogging in narrow discharge sections, diminishing efficiency, and increasing costs. Accurate prediction of flow characteristics and understanding pa- rameters affecting biofilm growth and particle deposition is crucial for effective anti-clogging strategies. Computational fluid dynamics (CFD) using turbulence models can be a valuable tool. This study evaluated the accuracy and efficiency of different turbulence models (standard k-ε, Reynolds Stress Model, and Large Eddy Simulation) in predicting the flow characteristics of a commercial emitter in a drip irrigation system. Results showed the standard k-ε model as a preferred choice for simulating mean flow characteristics and emitter discharge due to its balance between accuracy and computational efficiency. However, the Large Eddy Simu- lation model provided the most accurate results, considering the emitter discharge, unsteady flow behavior, wall shear stress distribution, and oscillatory index, despite requiring more computational resources. This model is valuable for understanding hydrodynamic effects on emitter clogging. The study also investigated the impact of velocity fluctuations, wall shear stress, and oscillatory shear index on biofilm growth and deposition in the emitter. Low shear stress in inlet and return zones reduced self-cleaning ability, leading to particle and micro- organism attachment. Maintaining appropriate wall shear stress values in other regions proved crucial for improving anti-clogging ability. High oscillatory shear index values enhanced mass transfer, nutrient mixing, diffusion within the biofilm, and self-cleaning capacity. In summary, this study greatly enhances our under- standing of how flow dynamics and biofilm management impact drip irrigation systems. It provides practical insights for engineers and practitioners, aiding in the creation of more efficient and clog-resistant systems. By optimizing these dynamics and strategies, this research promotes sustainable water use in agriculture, while also minimizing maintenance costs and maximizing crop yields.
    Heni Dallagi, Nassim Ait-Mouheb, Audrey Soric, Olivier Boiron. Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation. Biosystems Engineering, 2024, 239, pp.114-129. ⟨10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004⟩. ⟨hal-04479285⟩
    Journal: Biosystems Engineering
    Date de publication: 01-03-2024
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004
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  • 2024
    Emilie Gout, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, Philippe Moulin. Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation. Environmental Science and Pollution Research, 2024, ⟨10.1007/s11356-024-32461-4⟩. ⟨hal-04593773⟩ Plus de détails...

    Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation

    Emilie Gout, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, Philippe Moulin. Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation. Environmental Science and Pollution Research, 2024, ⟨10.1007/s11356-024-32461-4⟩. ⟨hal-04593773⟩
    Journal: Environmental Science and Pollution Research
    Date de publication: 20-02-2024
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1007/s11356-024-32461-4
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  • 2023
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04543342⟩ Plus de détails...

    Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents

    Membrane processes (ultrafiltration, membrane bioreactor, reverse osmosis) are relevant for the remediation of wastewater as they generate large volumes of high-quality permeate. However, the remaining concentrates are highly polluted and require further treatment. Membrane concentrates are sufficiently concentrated to undergo a highly efficient wet air oxidation treatment to degrade refractory molecules. Wet air oxidation was performed on five industrial membrane concentrates with varying organic pollutants: bilge wastewater, landfill leachates, a complex industrial effluent, pharmaceutical sludge and dairy wastewater. The results showed three categories: (i) a low effect of the anoxic heating period and significant effect of oxidation duration, (ii) a significant effect of both the anoxic heating period and duration and (iii) an outstanding effect of the anoxic heating period and low effect of oxidation duration. The best removals were achieved at 300 °C, with total organic carbon removals between 75 and 98% and chemical oxygen demand removals between 82 and 99%, along with complete removal of fluorescent footprints. The coupling of membrane processes and wet air oxidation was proven to be robust and flexible for a wide variety of membrane processes and pollutants. A mass balance on the treatment path, including membrane permeate and wet air oxidation outlet, was calculated to assess discharge feasibility. This research demonstrates the potential of the hybrid process for effectively treating membrane concentrates and generating a safer outlet.
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04543342⟩
    Journal: Chemical Engineering Journal
    Date de publication: 01-09-2023
    Auteurs:
    Liste des documents:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.144937
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  • 2023
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩ Plus de détails...

    Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents

    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩
    Journal: Chemical Engineering Journal
    Date de publication: 01-09-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.144937
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Rencontres scientifiques

Actualités Archives récentes

Soutenances de thèses et HDR

Actualités
11 décembre 2024 - Mechanisms of interactions between organic and mineral matter (phosphates) during hydrothermal liquefaction of residual biomass: application to digestate from anaerobic digestion / Antonello Tangredi PhD Defense
Doctorant : Antonello TANGREDI

Date : Wednesday December 11, 2024 at 9.30am in the Cerege Amphitheatre at the Technopôle de l'Arbois-Méditerranée

Abstract : Phosphorus (P) is an essential nutrient for global food production, but intensive agriculture disrupts its natural cycle, increasing reliance on non-renewable sources. A sustainable alternative is recovering P from renewable organic waste streams such as sewage sludge and digestate. This PhD thesis investigates the hydrothermal treatment of sewage sludge to explore P conversion and speciation, aiming to valorize the mineral phase as fertilizer and the organic phase as bio-oil. Two types of sludge, differing in solids content and composition, were sampled from a wastewater treatment plant in southern France. The sludge was treated in a batch reactor at temperatures varying from 250 to 350 °C for 5 to 45 min. Products were centrifuged into a solid pellet and process water, followed by characterization of their physicochemical properties. Results show that temperature and treatment duration significantly impact by-product characteristics, including their P content and speciation. Higher temperatures and longer times improve bio-oil yield. Treatments at 250-300 °C promote organic P mineralization and increase soluble phosphate concentration in the process water, while treatments at 350 °C lead to greater P recovery yield in the solid pellet (> 90%). Higher calcium and iron contents of sludge improve orthophosphate precipitation, and calcium oxide addition enhances P recovery in the solid pellet as calcium phosphate. This research provides a framework for sustainable P recovery, suggesting hydrothermally treated pellets as potential slow[1]release fertilizers. Future work should include detailed bio-oil characterization to better assess the energy recovery potential.

Keywords : residual biomass, phosphorus recovery, hydrothermal liquefaction, sewage sludge, circular economy.

Jury:
Benedetta DE CAPRARIIS,       Reviewer, Associate professor, La Sapienza University of Rome
Véronique DELUCHAT,             Reviewer, Professor, Limoges University
Anthony DUFOUR,                   Examiner, Senior scientist, CNRS LRGP
Jean-Henry FERRASSE,           Examiner, Professor, Aix-Marseille University
Mathieu GAUTIER,                   Examiner, Professor, INSA Lyon
Elsa WEISS-HORTALA,            Examiner, Assistant professor, IMT Mines Albi
Olivier BOUTIN,                       Thesis supervisor, Professor, Aix-Marseille University
Cristian BARCA,                       Thesis co-supervisor, Associate professor, Aix-Marseille University
25 janvier 2024 - Développement d'approches intégrées pour la récupération de nutriments et de vecteurs énergétiques à partir des eaux usées et des biomasses résiduaires / Soutenance HDR Cristian Barca
Date et lieu : le jeudi 25 janvier 2024 à 10h00 au M2P2, Grand Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois, Avenue Louis Philibert 13290 Aix en Provence.

Résumé : La mise en œuvre d’une économie circulaire dans les secteurs des eaux usées et des biodéchets représente aujourd’hui un enjeu de grande actualité pour les chercheurs et les professionnels dans le domaine de la gestion durable des ressources. En effet, la récupération de vecteurs énergétiques et matières premières secondaires à partir des eaux usées et des biodéchets peut représenter une solution durable pour surmonter la pénurie de ressources naturelles non renouvelables. En particulier, les eaux usées et les biomasses résiduaires telles que les boues d'épuration, les digestats de méthanisation et les lisiers d’élevage représentent des sources renouvelables de carbone organique et de nutriments tels que l'azote (N), le potassium (K) et le phosphore (P) qui peuvent être valorisés dans la production de biocarburants (e.g. biogaz, biohuiles) et d'engrais (e.g. précipités de N, K et P). Par conséquent, le développement de procédés innovants qui intègrent la récupération de vecteurs énergétiques et de nutriments lors du traitement des eaux usées et des biomasses résiduaires a reçu une attention croissante au cours de la dernière décennie.
Depuis l’obtention d'un doctorat en Génie des Procédés, mon activité de recherche a porté principalement sur le développement de procédés destinés au traitement et à la valorisation des eaux usées et des biomasses résiduaires, avec un accent particulier sur la récupération de nutriments et vecteurs énergétiques. Ces recherches ont ainsi contribué à l’avancement scientifique des connaissances sur les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de conversion et de transfert, ainsi qu’à l’avancement technologique de la conception et de la mise au point des procédés. Dans le cadre de la préparation du diplôme d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR), cette présentation de soutenance portera sur une synthèse des travaux de recherche menés depuis l’obtention du doctorat. Enfin, la stratégie de recherche et quelques perspectives de recherches futures seront présentées.

Mots clés : Eaux usées, Biomasses résiduaires, Nutriments, Biogaz, Économie circulaire

Jury
Mme Alessandra CARUCCI,   Professeur des Universités, Université de Cagliari (Italie), Rapporteur
Mme Véronique DELUCHAT,  Professeur des Universités, Université de Limoges (France), Rapporteur                     
M Rémy GOURDON,   Professeur des Universités, INSA Lyon (France), Rapporteur   
M Florent CHAZARENC,   Directeur de recherche, INRAE Lyon (France), Examinateur
M Eric RECORD,   Directeur de recherche, INRAE Marseille (France), Examinateur
Mme Laure MALLERET,   Maître de Conférences (HDR), Aix-Marseille Université (France), Examinateur
M Olivier BOUTIN,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Tuteur
M Jean-Henry FERRASSE,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Invité