NOUVEAU PROCEDE BIOLOGIQUE DE TRAITEMENT DES MTBE/ETBE DANS LES SOLS ET LES NAPPES Antoine JOUBERT / Alain DUMESTRE Conférence UPDS - POLLUTEC Lyon 2014
1. Contexte 2. PROJET R&D TISATIE 3. Site pilote 4. Procédé BACTEAU Conférence UPDS - POLLUTEC Lyon 2014
CONTEXTE Pollution essence induit une problématique éther-carburants Polluants très solubles (dizaines g/l), mobiles et faiblement biodégradés Faiblement retenu sur charbon actif = P&T inefficace Ambition de développer une technique innovante de biorémédiation in situ et on site.
CONTEXTE H 3 C CH 3 O C 2 H 5 Ethyl Ter Butyl Ether (ETBE): H 3 C principal éther carburant utilisé en France, introduit depuis les années 2000 suite à la prohibition du plomb jusqu à 15 % dans les essences Encore peu concernés par les objectifs de réhabilitation (non défini dans l arrêté de 1998)
CONTEXTE Avantages Inconvénients Moins d émission de particules en suspension, monoxyde de carbone Amélioration de la qualité de l air Indice d octane élevé Bonne combustion dans le moteur Moins d encrassement des pots catalytiques Toxicité et persistance Très forte solubilité dans l eau Faible adsorption dans les sols Très peu biodégradé naturellement
CONTEXTE Avantages Inconvénients Moins d émission de particules en suspension, monoxyde de carbone Amélioration de la qualité de l air Indice d octane élevé Bonne combustion dans le moteur Moins d encrassement des pots catalytiques Toxicité et persistance Très forte solubilité dans l eau Faible adsorption dans les sols Très peu biodégradé naturellement Faiblement biodégradé car Oxygène (accepteur d électron) en défault => BIOSTIMULATION ET biomasse dégradantes non suffisante => BIOAUGMENTATION
CONTEXTE NUTRIMENTS BIOMASSE HC + O 2 CO 2 + H 2 O Arrivée HC ENERGIE O2 dissous (mg/l) Site exempt de HC HC HC HC HC HC HC T0 : Développement des micro-organismes dégradant les HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC T+1 : Déclin de la population bactérienne ralentissement dégradation HC 5-6 2 0
CONTEXTE
BIOSTIMULATION Dissolution peroxyde de calcium
BIOSTIMULATION Diffusion oxygène gazeux Emitter / ISOC Générateur d oxygène pure
BIOSTIMULATION Injection de peroxyde d hydrogène Système de micro-injection développé avec SERELEC
BIOAUGMENTATION Flore naturelle ne possède pas forcément les capacités métaboliques ou la densité nécessaire pour dégrader rapidement les composés exogènes => biostimulation seule non satisfaisante Nécessité de bioaugmenter pour: - augmenter les cinétiques de dégradation - biodégrader des composés récalcitrants (ETBE/MTBE)
Le Projet TISATIE Traitement In Situ Alternatif : Traçabilité, Innocuité, Efficacité Objectifs : Financement FUI / labélisé Pôle AXELERA Améliorer connaissances sur les éthers-carburants Persistance dans l environnement Toxicité notable Développer un procédé de traitement biologique via un consortium bactérien compétent pour dégrader ETBE ainsi que HC, BTEX
Consortium IFPEN Bactéries du consortium Rhodococcus wratislaviensis IFP 2016 Rhodococcus aetherivorans IFP 2017 Aquincola tertiaricarbonis IFP 2001 Molécules dégradées Hydrocarbures C 5 -C 40 (dont BTEX) ETBE TBA Bactéries isolées de boues de station d épuration et d échantillons de sol pollués par des hydrocarbures et additifs pétroliers non OGM non pathogènes non concernées par la «DIRECTIVE 2000/54/CE du Parlement Européen et du Conseil du 18 septembre 2000» relative à la protection des travailleurs contre les risques liés à l'exposition à des agents biologiques au travail.
Consortium IFPEN Innovation : dégradation totale de l ETBE CH CH 3 OH 3 H 3 C C O CH 2 CH 3 H 3 C C O CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 ETBE TBE CH 3 O H 3 C C O CH 2 CH 3 CH 3 t-ba CO 2 Biomasse H 3 C COO - Acétate CO Rhodococcus 2 aetherivorans Aquincola tertiaricarbonis CH 3 H 3 C C OH CH 3 TBA
Site d étude Zone de fuite Fuite au niveau de la cuve SP95/98 (R3) Phases flottantes HC identifiées Pompage écrémage de 2004 à 2010 (16 m3 récupérés) Traitement résiduel par biorémédiation => ESSAIS LABORATOIRE
ESSAIS LABORATOIRE OBJECTIF: juger de la pertinence de la biostimulation + bioaugmentation Choix du support de fixation des bactéries : Perlite lavée et séchée Différents inocula testés : - enrichissement souches indigènes fixées sur biotrap - souches IFP fixées sur biotrap - souches IFP libres
ESSAIS LABORATOIRE Réacteur 1: témoin Réacteur 2 : biostimulation en O2 Réacteur 3 : biostimulation en O2 et nutriments Réacteur 4 : biostimulation (O2 et nutriments) et bioaugmentation (souches indigènes fixés sur Biotrap) Réacteur 5 : biostimulation (O2 et nutriments) et bioaugmentation (Souches IFP fixées sur Biotrap) Réacteur 6 : biostimulation (O2 et nutriments) et bioaugmentation (Souches IFP culture non fixée) Réacteur 7 : biostimulation en O2 et nutriments et ajout de perlite (témoin effet perlite)
Concentrations résiduelles (mg/l) Concentration résiduelle (mg/l) Concentrations (mg/l) Concentration résiduelle (mg/l) Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU ESSAIS LABORATOIRE Fiole 1-aucun traitement TISATIE-Fiole 2 120 120 1.60 100 100 1.40 1.20 80 60 40 ETBE (mg/l) TBA (mg/l) 80 60 40 1.00 0.80 0.60 ETBE (mg/l) TBA (mg/l) CO2 (%mol) 0.40 20 20 0.20 0 0 200 400 600 800 0 0.00 0 200 400 600 800 Temps (heures) Temps (h) Tisatie-Fiole 7-témoin perlite seule TISATIE-Fiole 3 100 100 1.40 90 80 90 80 1.20 70 70 1.00 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 Temps (h) ETBE (mg/l) TBA (mg/l) 60 0.80 50 40 0.60 30 0.40 20 0.20 10 0 0.00 0 200 400 600 800 Temps (h) ETBE (mg/l) TBA (mg/l) CO2 (% mol) TEMOINS BIOSTIMULATION SEULE
BIOSTIMULATION + BIOAUGMENTATION Concentrations résiduelles (mg/l) Concentrations résiduelles (mg/l) Concentrations résiduelles (mg/l) Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU TISATIE-Fiole 4 ESSAIS LABORATOIRE 100 90 80 3.00 2.50 70 60 50 40 30 20 10 2.00 1.50 1.00 0.50 ETBE (mg/l) TBA (mg/l) CO2 (%mol) 0 0.00 0 200 400 600 800 Temps (h) TISATIE-Fiole 5 120 6.00 100 5.00 80 4.00 60 3.00 40 2.00 20 1.00 0 0.00 0 200 400 600 800 Temps (h) TISATIE-Fiole 6 100 6.00 90 80 5.00 70 4.00 60 50 3.00 40 30 2.00 20 1.00 10 0 0.00 0 200 400 600 800 Temps (h) ETBE (mg/l) TBA (mg/l) CO2 (%mol) ETBE (mg/l) TBA (mg/l) CO2 (%mol) Biostimulation seule n est pas suffisante pour permettre aux souches indigènes dégradant ETBE de croître significativement Faible apparition de TBA avec les souches IFP Abattement ETBE et BTEX total et corrélé avec COT/COD et ecotox => Pertinence d utiliser les souches IFP sur site pilote
Schéma conceptuel Perméabilité limons comprise entre 10-4 et 10-6 m.s -1 Traitement biologique et confinement hydraulique par pompage/ reinjection
Caractérisation du site Ecoulement de la nappe du talus Modélisation hydrodynamique mettant en évidence la communication entre nappe du talus et nappe alluviale
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU Ouvrage de pompage Ouvrage de réinjection Ouvrages de traitement passif (Bioperlix)
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU STATIQUE DYNAMIQUE + essais de traçage pour valider dimensionnement par pompage / réinjection
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU SCHEMA DE FONCTIONNEMENT
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU UNITE DE TRAITEMENT
Residual concentration (mg.l -1 ) XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU BIOREACTEUR 180 160 140 120 100 80 60 40 20 - ETBE ( - ) TBA ( - ) BTEXs ( - ) Ajout de substrat (essence) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 - production biomasse dégradante (souches IFP) sur BIOPERLIX + bactéries libres en solution - dégradation ETBE au sein du bioréacteur - «chasse» sur zone de réinjection pour augmenter le rayon d action Time (h)
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU BIOPERLIX Traitement complémentaire «passif»
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU MONITORING BIOSTIMULATION : - Paramètres physico-chimiques : oxygène dissous, potentiel d oxydo-réduction, - Analyses en laboratoire des nutriments (azote, phosphate ) HC totaux C5-C40, BTEX, ETBE BIOAUGMENTATION : Suivi gène ethb via : - qpcr - RT-qPCR
RESULTATS Suivi de la flore dégradant l ETBE augmentation de la présence et l activité des gènes cibles au sein du bioreacteur et en zone de réinjection
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU RESULTATS Somme des concentrations pour les 4 ouvrages de pompage
XXXXX Contexte Projet R&D TISATIE Site pilote Procédé BACTEAU RESULTATS 2010 2014
Procédé BACTEAU Consortium bactérien (licence IFPEN exclusive) capables de dégrader ETBE, MTBE, HC et BTEX Applicable sur un grand nombre de sites pétroliers pollués APPLICATIONS: Traitement in situ: Réinjection de suspension enrichie en consortium dégradant Amendée en oxygène et nutriments Traitement localisé via introduction de support bactérien Bioperlix Traitement on site : Développement du consortium sur un support fixe de grandes surface Traitement d effluents en ligne
Bioréacteur Procédé BACTEAU Culture bactéries en solution Ensemencement des Bioperlix Suivi de la dégradation en ETBE Suivi du gène EthB
Procédé BACTEAU
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