La problématique concernant la présence et les risques potentiels liés aux micropolluants dans l'environnement est devenue une préoccupation d'actualité. Aujourd'hui, les stations d'épuration ne sont pas en mesure de traiter de manière adéquate ce nouveau type de pollution. Dans le cadre de cette thèse, l'application de la technologie des bioréacteurs à membrane a été envisagée afin d'évaluer leur potentiel pour la dégradation d'un médicament anticancéreux : le cyclophosphamide (CP). Les objectifs de cette étude sont d'une part évaluer le potentiel des bioréacteurs à membrane pour la dégradation du cyclophosphamide, ainsi que pour l'élimination de sa toxicité, d'autre part rechercher l'effet du CP et de ses métabolites sur les performances globales du procédé et sur l'activité de la biomasse épuratrice ainsi que sur les propriétés physico-chimiques de la liqueur mixte et les conséquences sur le colmatage. Deux âges de boues ont été évalués, 50 jours lors de la première campagne et 70 jours lors de la deuxième. L'élimination du CP et du métabolite 4-Keto-CP durant les deux campagnes expérimentales est d'environ 80% pour les deux composés. Les processus d'adsorption et de biodégradation contribuent à l'élimination du CP de l'eau résiduaire traitée. Le cocktail de CP et ces métabolites aux conditions opératoires étudiées n'a pas d'influence significative sur l'élimination globale de la DCO et de l'azote total. Cependant, la toxicité du cocktail des composés pharmaceutiques sur la boue activée modifie les caractéristiques de la matrice biologique : Une diminution de la production de boues du BÀM R1 CP par rapport au BÀM R2 contrôle est observée. La présence du CP et ses principaux métabolites stimule les mécanismes de survie et de production des EPS avec une production légèrement plus forte des polysaccharides que des protéines. Les résultats mettent en évidence que la réponse des boues activées des BÀM au cisaillement est dépendante de la présence de ces molécules. Cette étude démontre au final l'intérêt des BÀM pour traiter ce type d'effluents, et limiter la pollution relarguée dans le milieu naturel. / In hospital or pharmaceutical discharges, but also in wastewater treatment plants and more generally in the aquatic environment, toxics pollutants have been identified. Some pharmaceuticals are not completely eliminated in the municipal wastewater treatment plants and are discharged as contaminants into receiving waters. The application of membrane bioreactor process is investigated here with the aim of evaluating the potential for removal of cyclophosphamide (CP). In this study, two membrane bioreactors (MBR) were operated: one of the MBR served as a control, whereas to the other CP and its main metabolites were continuously added. Two sludge retention times were assessed, 50 days and 70 days. Removal of CP in a MBR and its effects on the membrane performance, COD and total nitrogen (TN) removal efficiency were studied. CP and 4-Ketocyclophosphamide removals up to 80% were achieved under studied operating conditions. The sludge adsorption and biodegradation (cometabolism) play an important role in the process of CP removal. CP and its metabolites toxicity do not alter COD and total nitrogen removal efficiency of MBRs. However, it induces a modification of the biological suspended solids and in doing so a modification on the membrane fouling: a decrease in the production of sludge MBR CP compared to MBR control is observed; the presence of CP and its main metabolites stimulates mechanisms of protection and production of EPS with a slightly higher production of polysaccharides than proteins. The results underline that the response of activated sludge to shear stress is dependent on the presence of these molecules. This study demonstrates the interest of MBR to treat this type of effluent and reduce the pollution released into the environment

Les travaux présentés dans ce mémoire sont principalement consacrés à l’étude des processus d’adsorption des ions phosphate par des matériaux naturels de Côte d’Ivoire : le schiste ardoisier; le grès et la latérite. L’objectif final est une application de ces matériaux comme massifs filtrants de marais artificiels pour la déphosphatation des ERU (Eaux Résiduaires Urbaines (ERU)). Dans un premier temps, la réactivité des ions phosphate a été abordée vis-à-vis du schiste en réacteurs « batch » et colonne. L’influence de différents paramètres physicochimiques a été caractérisée. La capacité d’adsorption diminue avec la dose de schiste qui augmente. Elle dépend du pH et diminue lorsque celui-ci augmente dans la gamme 2-11 puis ré-augmente au-delà. Une corrélation entre concentration aqueuse en ions calcium, magnésium, aluminium et fer issus de la dissolution du schiste et concentration en ions phosphate en solution a été établie. Une cinétique de pseudo-second ordre a été mise en évidence et les isothermes ont été décrites à partir du modèle de Langmuir. Les expériences réalisées en réacteur colonne, pour une concentration initiale en ions phosphate de 25 mg L-1 et à un débit de 0,23 ml min-1 présentent une percée à V/Vp = 17 correspondant à une capacité de sorption de 0,2 mg g-1en accord avec les expériences en réacteur « batch ». Un réacteur micro-pilote de type marais artificiel à écoulement vertical saturé garni de schiste ardoisier a été développé et les performances vis-à-vis des ions phosphates, de l’azote, des MES (Matières En Suspension) et de la matière organique ont été évaluées. L’influence de la granulométrie du massif filtrant et de la densité de culture du panicum maximum sur la performance de ce micro-pilote a été établie. Le filtre de schiste de granulométrie la plus fine présente une performance épuratoire légèrement supérieure. Le débit d’infiltration dans les filtres diminue après traitement de l’ERU et le taux de colmatage est moins élevé pour les filtres plantés. La densité de culture la plus élevée conduit à une performance épuratoire légèrement plus favorable. La capacité d’adsorption des ions phosphates liée aux plantes seules est faible, confirmant l’importance du choix du massif filtrant. La réactivité des ions phosphate a été finalement étudiée vis-à-vis du grès et de la latérite en réacteurs « batch » et colonne. Le statut du fer, en substitution dans des argiles pour le schiste et sous forme d’hématite et goethite dans la latérite et le grès influence la réactivité du matériau. L’ordre d’efficacité des adsorbants a été établi comme suit : latérite ≥ grès ≥ schiste. Ces trois matériaux offrent des perspectives intéressantes en tant que massifs filtrants de marais à flux vertical saturé / This thesis is devoted to the study of phosphate ions adsorption processes by natural minerals of Ivory Coast, i.e. shale, sandstone and laterite mainly. Phosphate sorption by shale was first investigated in batch and column experiments. Batch experiments allowed the assessment of the influence of initial phosphate concentration, sorbent dosage, contact time, and pH on phosphate removal. The phosphate removal efficiency increased with increasing shale dosage while phosphate uptake decreased. Phosphate uptake strongly depended on pH, decreasing first with increasing pH in the range of 2-11 and then increasing at the highest pH value of 12. A correlation between aqueous Ca, Mg, Al, and Fe concentrations and phosphate uptake was observed. The kinetics was well described using the pseudo-second order model and isotherms with Langmuir sorption model. Column experiments with a flow rate of 1 ml min-1 and 25 mg L-1 initial phosphate concentration showed a breakthrough point at V/Vp of ~17 corresponding to a phosphate uptake of 0.2 mg g-1 in agreement with batch experiments. The performance of shale was evaluated as filter material in (Vertical Flow Constructed Wetland) VFCW in removal of phosphate ions, nitrogen, suspended solids, and organic compounds, using municipal wastewater. The influence of both shale granulometry and plants density was evaluated. The shale with the finest particle size offers a slightly higher efficiency. The flow rate decreased after wastewater treatment and the fooling is less pronounced for planted VFCW. The filter with the highest plant density offers only slightly higher efficiency towards phosphate and nitrate removal. The phosphate sorption capacity of the plants is negligible confirming the importance in the choice of the filter medium. Finally, phosphate removal by shale was compared to sandstone and laterite in both batch and column experiments. The different chemical compositions of the materials influence strongly the reactivity towards phosphate ions. It is supposed that the status of iron in the material, i.e. in substitution in clays in shale and occurring as hematite and goethite in laterite and sandstone, explained the differences of reactivity. Both batch and column experiments revealed that phosphate uptake decreased in the following ranking order laterite > sandstone > shale. These three materials appear as promising filter materials in VFCW