Optimisation du procédé de méthanisation par mise en place d'un co-traitement physico-chimique : application au gisement de biogaz représenté par les boues d'épuration des eaux usées

English. This work concerns the combination of physico-chemical processes with anaerobic digestion in order to reduce the production of waste activated sludge and to improve biogas production. Firstly, three techniques of cellular lysis (sonication, ozonation and thermal treatment) were applied in order to improve the performance of anaerobic digestion. For each technique tested, the effects of the treatment were analysed in terms of solids solubilisation and biogas production in batch reactors. It was therefore possible to determine the optimal operating conditions for each technique. Afterwards, a comparison of pre-treatment was realised using the same sludge sample, in order to find out the most effective treatment. Thermal treatments led to the best results in terms of solubilisation. But, in terms of anaerobic biodegradability, the three pre-treatments led to almost the same enhancement. Consequently, thermal treatment was chosen for its capacity of sanitising sludge and for the possibility of covering its energy needs by biogas production. Finally, thermal pre-treatment was further studied in order to understand its effects on sludge solubilisation (carbohydrates, proteins, lipids), on the physico-chemical properties of sludge and on sludge anaerobic biodegradability in batch and semi-continuous reactors. Each sludge seemed to have almost the same behaviour in term of solubilisation and of settlement and filterability, with a temperature threshold of 150°C. But the impact of treatment on biodegradability depended on sludge nature. The most important parameter to estimate the efficiency of thermal pre-treatment seems to be the initial biodegradability of sludge.

French. Ce travail porte sur le couplage de procédés physico-chimiques avec la digestion anaérobie.. ce couplage a pour but de réduire la production de boues d'épuration et, dans le même temps, d'améliorer la production de biogaz.. Dans un premier temps, trois techniques de lyse cellulaire ont été appliquées en vue de l'amélioration des performances de la digestion anaérobie : la sonication, l'ozonation et la lyse thermique. Pour chaque technique utilisée, les effets du pré-traitement ont été analysés en terme de solubilisation de la matière et de production de biogaz en réacteur discontinus. Cela a permis de déterminer les conditions opératoires optimales pour chaque technique. Dans un second temps, ces différents pré-traitements on t été comparés sur une même boue afin de déterminer le traitement le plus efficace. Alors que les traitements thermiques ont conduit aux plus forts taux de solubilisation, les améliorations de la biodégradabilité ont été du même ordre de grandeur pour les trois techniques. En raison ded son aptitude à l'hygiénisation et la possibilité de couvrir ses besoins énergétiques par le biogaz, le traitement thermique semble particulièrement intéressant et son étude a été approfondie. Les effets de la lyse thermique ont été étudiés sur la solubilisation des différents composés des boues (sucres, protéines, lipides), sur les propriétés physico-chimiques des boues et sur leur biodégradabilité anaérobie en réacteurs discontinus et semi-continus. Toutes les boues semblent se comporter de façon similaire par rapport à la solubilisation et aux propriétés de décantabilité et de filtrabilité, avec une température seuil de 150°C. En revanche, l'impact sur la biodégradabilité dépend plus de la nature de la boue. Le paramètre le plus important pour évaluer la pertinence d'un pré-traitement thermique semble être la biodégradabilité initiales de boues.