Évaluation des paramètres influençant la cinétique de rétention du phosphore par des filtres garnis d’apatite en colonnes laboratoire pour le traitement et la récupération du phosphore des eaux usées

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Type d'offre : Stage (6 mois)
Localisation : Rhône-Alpes
Société : Inrae
Date limite de candidature : 04/12/2018 (publiée le 04/11/2018)

Présentation de l'offre

Contexte

La réduction des émissions de nutriments dans les rejets de stations d’épuration des eaux usées est un objectif identifié dans le SDAGE Rhône-Méditerranée-Corse. De plus, la délimitation des zones sensibles a été étendue. Ainsi, les maîtres d’ouvrage doivent investir dans de nouveaux ouvrages de traitement des eaux usées pour respecter les nouvelles contraintes environnementales. Pour les stations des petites et moyennes collectivités, cette question reste un enjeu technique où des solutions sont à développer.

La filière de filtres garnis d’apatites granulées Phosclean® pour le traitement du phosphore (P) s’est développée suite à la publication d’un guide de dimensionnement (Molle et al., 2012) fait sur la base d’expérimentations pilotes pour des apatites naturelles (produit brut issue de gisements). Ce procédé, mis en place après un traitement de type secondaire, permet de retenir le P par des mécanismes de précipitation et d’adsorption. Le procédé nécessite un investissement de départ pour la mise en œuvre, mais bénéficie ensuite d’une gestion simple et peu coûteuse. Une vingtaine de stations avec filtres garnis d’apatites granulées Phosclean® a été mise en œuvre en France (de 385 à 4500 EH entre 2012 et 2016).

Dans ce contexte, les principaux objectifs du projet APPROVE (APatite for P RemOval and Valorisation: an Evaluation, correspondant à l’évaluation du traitement et la valorisation du phosphore par filtres garnis d’apatites) consistent à évaluer le potentiel déphosphatant des filtres garnis du produit commercial apatitique Phosclean® (performances, tenue physique, pH, durée de vie...) afin de préconiser des règles de conception, réalisation et exploitation. Le projet, déroulé dans le cadre d’une thèse doctorale, comprend notamment un retour d’expérience de terrain sur les stations existantes et des tests en colonnes laboratoire.

Néanmoins certains dysfonctionnements des filtres Phosclean® ont été retrouvés lors des premiers résultats des expérimentations. La performance de rétention du P est moindre par rapport à celle trouvé pour les apatites naturelles. En conséquence, des expériences en colonne laboratoire avec de l’apatite naturelle ont été prévues pour approfondir la compréhension des mécanismes de rétention du P et pour répondre à ces dysfonctionnements des filtres d’un point de vue scientifique ainsi que opérationnelle.

La rétention du P dans les filtres garnis d’apatite a lieu par des phénomènes d’adsorption et précipitation. En début de vie du filtre le mécanisme prépondérant est l’adsorption. À fur et à mesure que les sites d’adsorption s’épuisent la précipitation des complexes Ca/P, notamment de l’hydroxyapatite (HAP), dévient le mécanisme prédominant. Différents paramètres peuvent alors affecter la cinétique de précipitation : le pH, l’équilibre calcocarbonique, la concentration de calcium dans la solution, la présence des autres ions compétitifs, le développement de la biomasse, etc. Ainsi les limites d’opération et la durée de vie du filtre (saturation maximale du milieu) restent inconnues. De plus, il est nécessaire d’étudier l’adéquation du matériau aux exigences en termes de conductivité hydraulique (colmatage chimique ou biologique) ainsi que leur impact sur les performances de rétention. Les expériences en colonnes de laboratoire pour le produit Phosclean® et pour les apatites naturelles devront répondre à toutes ces questions.

Le stage

Le stage proposé s’inscrit dans le cadre d’une thèse doctorale. Le stagiaire aura pour objectif le suivi de 5 colonnes de laboratoire garnis d’apatite (Phosclean® et apatite naturelle) en conditions contrôlées pour étudier le comportement du système face à :

• la variation des différents paramètres qui peuvent influencer les performances de rétention du P: pH, concentration en Ca2+ et ions compétitifs. Cette partie est donc focalisée sur les aspects physico- chimiques de la précipitation du P au sein du lit filtrant. Pour cela les colonnes sont alimentées par de l’eau synthétique à des concentrations variables des paramètres à étudier.
• L’influence de la biomasse sur la performance de rétention du P et le colmatage biologique du filtre. L’alimentation de la colonne se fera, dans ce cas-là, par de l’eau usée en sortie du deuxième étage de traitement.

Le suivi des performances de rétention demande des analyses régulières en entrée et sortie des filtres et à différents temps de séjour dans la colonne (analyses réalisées par le laboratoire de chimie d’Irstea). Le suivi du phénomène de colmatage du filtre se fera par des traçages à la fluorescéine et par des études de conductivité hydraulique.

Le stagiaire devra assurer le suivi des expérimentations ainsi que le traitement et l’interprétation des données récoltées. L’objectif est d’approfondir les connaissances sur le phénomène de précipitation des complexes des phosphates de calcium sur l’apatite et l’impact des certains paramètres physico-chimiques, hydrauliques et biologiques sur la performance de rétention des filtres. Il aura une participation active dans la prise de décisions face aux résultats obtenus. Il aura également pour mission de participer à la rédaction du rapport final quant à «L’influence des paramètres physico-chimiques et biologiques sur la rétention du P par précipitationdes complexes HAP sur des apatites ».

Ce stage de recherche s’intègre dans une thématique porteuse : le traitement et la valorisation du phosphore des eaux usées ; et fait appel à une approche multidisciplinaire très intéressante pour un étudiant en fin de cycle Master.

Le stagiaire sera accueilli au sein de l’unité de recherche REVERSAAL de Lyon-Villeurbanne, dont l’objectif est de faire progresser les connaissances pour accompagner les acteurs publics et privés dans la conception, le dimensionnement, l’exploitation et l’optimisation des installations de traitement et de valorisation des eaux usées. Cette équipe jouit d’une solide réputation en France ainsi qu’à l’international notamment pour ses travaux sur les techniques de traitement extensives.

Profil recherché

Le candidat idéal devra avoir une formation de niveau Master/école d’ingénieur dans le traitement des eaux usées et/ou la chimie des eaux. Des connaissances en génie des procédés, chimie et biologie seront appréciées.

Le candidat devra posséder des aptitudes de travail en équipe, un fort intérêt pour la conduite d’expérimentation en laboratoire et être rigoureux. Il devra également être capable de travailler efficacement en autonomie.

La date limite de réponse est dépassée : 04/12/2018

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