Cette recherche porte sur l’élimination des micropolluants pharmaceutiques des effluents hospitaliers par des procédés biologiques classiques (boue activée) et membranaire. Il est montré que les systèmes à membrane, externe ou immergée, permettent un meilleur traitement, ou une meilleure rétention, de plus de 50% des molécules pharmaceutiques mesurés. Afin d’améliorer l’efficacité des procédés membranaires, des supports bactériens ont été ajoutés dans le bassin biologique permettant de diminuer considérablement le colmatage. Il est montré qu’une des conséquences de la présence de ce garnissage est une diminution globale des EPS produits, donc du colmatage membranaire, et de la rétention des molécules pharmaceutiques,. Afin d’augmenter encore l’efficacité du procédé, du charbon actif en poudre ou en grain a été ajouté avant la filtration (CAP) ou en sortie de filtration (CAG), permettant une élimination quasi complète des molécules mesurées. La qualité des biomasses épuratrices a été suivie par microscopie confocale avec marquage fluorescent des exopolymères et de la viabilité cellulaire. Il est montré que les effluents hospitaliers modifient la structure des flocs et des biofilms, leur composition biochimique, avec une augmentation des concentrations en protéines extracellulaires, et la répartition des populations caractérisées par métagénomique. / This research investigates the removal of pharmaceutics present in hospital wastewaters by conventional activated sludge and MBR systems of treatment and under various operating conditions to elucidate the removal mechanism and increasing the efficiency of removal. In this study, laboratory scales was composed to four types of reactors used: Bach reactors, conventional activated sludge, submerged membrane bioreactor and extern membrane bioreactor and all these reactors were feed in reel hospital wastewaters. Different Technical studies and many experiments were affected to develop the MBR systems: the beginning was with biofilm supports media and the attached growth of biofilms in the reactor and the finish by using the powder activated carbon. En general, the reported results show high performance for the MBR with compared to CAS system in treating the basic organic pollutants. Presence the biofilm supports media was very important for high removal of pharmaceuticals compounds from the hospital wastewaters. The presence of the pharmaceutical compounds stimulated the mechanisms of survival higher production of EPS. Fouling potential seems to be linked more closely to polysaccharides than other EPS. In this study, for the first time, was employed the confocal microscopy for qualities and quantities analyses for the EPS in the biologic reactors. Microscopic observations were confirmed the chemical analyses of EPS compounds. In final experiment 21 pharmaceuticals were eliminated from the hospital effluents during the treatment in extern membrane (UF) with modified granular activated carbon. In addition to many biomolucles analyses which study the principals impact of hospital effluents on the microorganism’s especially the bacteria in using different, recent techniques. This study demonstrates by reel conditions the role the developed MBR systems in treating the hospital effluents and its impact direct on the environment.

Dans cette thèse ont été développés des modèles mathématiques pour les procédés de distillation membranaire à contact direct (DCMD) et avec balayage gazeux (SGMD) ainsi qu’un modèle sur l’hydrodynamique des bioréacteurs membranaires anaérobiques (AnMBRs) équipés d’un système de vibration membranaire induite (MMV). Les modèles pour la DCMD et la SGMD permettent de simuler le comportement des modules plats ou à fibres creuses sous différentes conditions opératoires, sans avoir recours aux données expérimentales ou à des équations empiriques pour les transferts de masse et de chaleur. Les modèles ont été validés avec des résultats expérimentaux et de la littérature et ont permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels et de la géométrie des modules sur les performances des procédés. Le modèle développé pour les AnMBRs équipés du système MMV permet d’étudier l’effet de la vibration membranaire sur l’hydrodynamique du réservoir. L’analyse paramétrique a permis d’étudier l’effet de la fréquence et de l’amplitude des vibrations sur la vitesse du fluide et la fraction volumique des solides dans le réservoir. Dans ce travail il a été démontré que les modèles proposés pourront être potentiellement appliqués à des études expérimentales préliminaires, l’optimisation des conditions opératoires, la conception des modules membranaires ainsi que pour l’estimation des coûts des procédés. / In this work have been developed general predictive models for direct contact membrane distillation (DCMD) and sweeping gas membrane distillation (SGMD) as well as a hydrodynamic model for anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs) equipped with the induced membrane vibration (MMV) system. The DCMD and SGMD models allow simulating hollow fibre and flat sheet configurations under wide range of process conditions without empirical mass and heat transfer coefficients or laboratory experiments. The models have been validated with experimental and literature data. Indeed, the influence of operating conditions and membrane geometric characteristics on the process performance has been investigated. The model for AnMBRs with MMV studies the effect of the membrane vibration on the hydrodynamics of the AnMBR tank. The parametric study allows knowing, the effects of the vibration frequency and amplitude on the fluid velocity and volume fraction of solids. The conducted studies prove that all the proposed models would be potentially applied for the pre-experimental study, optimization of process conditions, design of membrane modules as well as for the further cost estimation of the processes.