L'électrocoagulation permet d'éliminer simultanément un large spectre de polluants organiques et minéraux, de colorants et de métaux lourds ; de ce fait, il a été beaucoup étudié. En revanche, peu de travaux ont été entrepris pour étudier de façon plus approfondie son fonctionnement. La complexité des effluents pour laquelle il est particulièrement intéressant d'utiliser ce procédé, fait aussi qu'il est difficile d'analyser les résultats. Cette thèse a pour objectif d'apporter une contribution à la compréhension du couplage électrocoagulation - décantation et des interactions liés à des effluents multi-polluants complexes. De plus l'aspect réacteur en continu a été abordé dans le cas d'un effluent synthétique simple pour mieux appréhender les différences par rapport au fonctionnement en discontinu. Cette étude est basée sur une approche systématique qui repose sur les processus élémentaires de l'électrocoagulation: Electrochimie, Coagulation et Séparation physique. Chaque processus fournit une base pour l'étude des interactions qui permettent ensuite la modélisation globale des processus. Afin d'étudier les couplages électrocoagulation-décantation, des effluents textiles industriels ont été traités par électrocoagulation suivie par une étape de décantation en éprouvette, sans agent floculant. L'effet des paramètres d'électrocoagulation sur la décantabilité des effluents traités et l'efficacité d'élimination de la pollution a été étudié en suivant en particulier la vitesse de décantation en éprouvette et en calculant le SVI. Le deuxième objectif de ce notre travail était d'étudier les couplages entre les différents types de pollution à éliminer et plus particulièrement un effluent de papeterie contenant des pollutions organiques et de l'arsenic. Enfin, nous avons réalisé une étude sur les performances du couplage EC-décantation pour le traitement d'un effluent synthétique textile en réacteur continu. Ce dernier est composé de deux éléments, la cellule électrochimique suivie d'une chambre de sédimentation / Electrocoagulation eliminates simultaneously a large spectrum of organic pollutants, dyes and heavy metals; therefore, it has been studied extensively. However, little work has been undertaken to investigate more thoroughly its behaviors. The complexity of the effluent for which it is particularly interesting to use this method also makes it difficult to analyze the results. This thesis aims to contribute to understanding the coupling electrocoagulation - settling and interactions associated with complex effluent multi-pollutants. Also a continuous reactor has been addressed in the case of a simple synthetic sewage to better understand the differences from the batch operation. This study is based on a systematic approach based on the elementary processes of electrocoagulation: Electrochemistry, coagulation and physical separation. Each process provides a basis for studying the interactions that then the overall modeling process. To study the electro-decantation couplings, industrial textile effluents were treated by electrocoagulation followed by a settling step, without flocculent. The effect of parameters on electrocoagulation settleability of treated effluent and removal efficiency of pollution has been studied in particular by following the settling velocity in the test tube and calculating the SVI. The second objective of this our work was to study the coupling between the different types of pollution and to eliminate a particular paper mill effluent containing organic pollutants and arsenic. Finally, we conducted a study on the performance of EC-coupling settling for the treatment of a synthetic textile effluent flow reactor. The latter is composed of two elements, the electrochemical cell followed by a settling chamber

La production industrielle des silicones génère des effluents aqueux contenant des siloxanes et polysiloxanes, chargés en sels à divers stades de la filière. Dans une perspective de développement durable et pour tenir compte des préoccupations grandissantes autour de l'impact environnemental des rejets industriels, des procédés d'épuration sont recherchés. L'objectif de cette étude est d'évaluer les performances de deux procédés, nanofiltration et oxydation biologique, pour le traitement des effluents aqueux polysiloxaniques. Des expériences de nanofiltration frontale ont été réalisées. Les essais préliminaires avec des solutions synthétiques, mélange d'eau et des siloxanes, ont montré une rétention quasi-totale des siloxanes dans tous les cas testés. Des expériences ont ensuite été menées avec des effluents représentatifs des effluents usines de différentes compositions pour évaluer la robustesse du procédé. Nous avons montré que la nanofiltration réduit efficacement la charge organique globale de l'effluent et réduit significativement la concentration en siloxane. La dilution provoque une diminution de l'abattement du COT et de la rétention des siloxanes mais la qualité du perméat est améliorée. L'augmentation de la salinité réduit la qualité du filtrat. Des essais de micro et ultrafiltration des mêmes effluents ont montré que seule la NF permet d'atteindre un niveau de rétention important des siloxanes. Des essais de nanofiltration tangentielle ont ensuite été réalisés afin de préparer une étude plus complète nécessaire en vue d'une éventuelle l'industrialisation du procédé. La biodégradabilité des siloxanes a été explorée par la méthode Oxitop. Aucune activité biologique provoquée par les siloxanes n'a été enregistrée lors de tests Oxitop réalisés avec des boues activées de stations d'épuration, mais aucun effets toxique ou inhibiteur n'ont été observés non plus. Un bioréacteur à membrane pilote a été alimenté pendant 5 mois au laboratoire avec une solution contenant des siloxanes pour tenter d'acclimater les boues activées aux siloxanes. Les tests Oxitop effectués avec des boues issues du pilote n'ont pas mis en évidence d'acclimatation des micro-organismes aux siloxanes. / Industrial production of silicones generates liquid streams containing siloxanes with high salinity. In a perspective of sustainable development and to consider the growing concern about the environmental impact of industrial residues, we are looking for treatment processes to remove siloxanes in wastewater. This study aims to evaluate the performance of two processes for the treatment of effluents containing siloxanes: nanofiltration and biological oxidation, Frontal nanofiltration experiments were carried out. Firstly, experiments with synthetic solutions (mix of water and siloxanes) have shown almost total siloxane retention in all conditions investigated. Then, experiments were performed with effluents of different compositions representative of industrial ones in order to evaluate the process robustness. It was concluded that nanofiltration is efficient to reduce the total organic content of the effluent and significantly reduces siloxanes concentration. Dilution of the effluent causes a decrease in TOC reduction and siloxanes retention, but the permeate quality is improved. Increasing salinity reduces the filtrate quality. Micro and ultrafiltration of identical effluents confirmed that only NF can reach a high level of siloxane retention. Tangential nanofiltration experiences were performed in order to prepare a more complete study which is necessary to anticipate industrialization of the process. Siloxanes biodegradability was explored by Oxitop method. No biological activity induced by siloxanes was recorded in Oxitop tests with activated sludge from wastewater treatment plant, but no toxic or inhibitory effects were observed. A pilot membrane bioreactor was fed in the laboratory for 6 months with a solution containing siloxanes to try to acclimate activated sludge to siloxane. Oxitop tests performed with sludge taken from the pilot did not show acclimation of microorganisms to siloxanes.

Les industries de production de boissons génèrent quotidiennement des volumes importants d’eaux usées. Du fait des résidus de production et des produits de lavage et de désinfection, ces rejets industriels, en plus d’être chargés en matière organique, contiennent des polluants minéraux comme le sodium. L’osmose inverse (OI), l’électrodyalyse (ED) et la nanofiltration (NF) sont des procédés performants pour l’élimination des polluants minéraux dissouts et le bioréacteur réacteur à membrane (BàM) pour la dégradation de la pollution organique. 4 pilotes de BàM, 2 de NF et 1 d’ED ont été utilisées pour étudier le traitement d’effluents d’industrie de production de bières et de boissons gazeuses par des technologies membranaires dans le contexte climatique sahélien. L’évolution de la biomasse dans le réacteur biologique et les performances épuratoires des systèmes ont été suivies. L’influence des conditions opératoires sur le fonctionnement des installations a également été évaluée. Les résultats obtenus montrent que les caractéristiques des eaux usées industrielles étudiées connaissent des variations importantes avec des teneurs moyennes de demande chimique en oxygène (DCO) de 5 gO2/L, de sodium de 0,5 mg/L et de pH de 11. L’évolution des microorganismes dans le réacteur biologique est influencée par les conditions opératoires notamment le pH, la température, la charge organique de l’alimentation, le temps de séjour des boues et les performances mécaniques du système. L’élimination de la pollution organique a été influencée par l’acclimatation de la biomasse et par la charge massique dans le réacteur. Des rendements d’élimination de la DCO compris entre 93 et 96 % ont été obtenus aussi bien en conditions aérobie qu’anaérobie. Le sodium a été très peu retenu par le traitement au BàM avec des rendements d’élimination faibles. Le rendement moyen de production de biogaz avec le BàM anaérobie est estimé à 0,21±0,03 L biogaz/gDCO éliminé pour un débit moyen de 89±40 L/j. L’application de la NF au perméat du BàM a conduit à des effluents de meilleure qualité avec une élimination aussi bien de la matière organique dissoute que des ions. L’ED a conduit à une meilleure élimination de la salinité à la suite du BàM mais moins de la matière organique dissoute. Les concentrations de sodium dans les produits finaux de traitement avec la NF et l’ED sont inférieures à 150 mg/L autorisant ainsi une possible réutilisation des eaux traitées pour l’irrigation et un déversement sans risque dans l’environnement. Tenant compte des différentes activités, le cout d’exploitation de la station de prétraitement actuelle de la Brakina est évaluée à 140 FCFA/m3 d’eau traitée (0,213 euros) dont environ 70% consacré à la neutralisation des eaux usées par l’addition d’acide concentré. L’amélioration du traitement avec un couplage BàM-NF fait ressortir un investissement estimé à 3,8 milliards de FCFA (5,7 millions d’euros). Les charges d’exploitation sont pour leur part évaluées à 322 FCFA/m3 d’eau traitée (0,49 euros/m3 d’eau traitée) pour un BàM aéré contre 227 FCFA/m3 d’eau traitée (0,34 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM anaérobie soit une baisse de 30%. La construction d’un tel système pourrait occasionner la pérennisation de la maraîcheculture en aval de la station de traitement de Kossodo et générer des centaines d’emplois permanents avec des revenus nets supérieurs à 12 millions FCFA/mois (18 675 euros). Aussi, cela pourrait constituer une vitrine pour la politique sociale et environnementale de la Brakina. Toutefois, les investissements importants, la disponibilité spatiale et l’absence de compétence technique pour la maintenance curative du système pourraient être les principales contraintes à la mise en œuvre de ce projet.Mots clés : bioréacteur à membrane, eaux usées industrielles, électrodyalyse, industrie de production de boissons, nanofiltration / The beverage industries generate large volumes of wastewater daily. Due to production residues and washing and disinfecting products, these industrial discharges, in addition to being loaded with organic matter, contain mineral pollutants such as sodium. Reverse osmosis (RO), electrodialysis (ED) and nanofiltration (NF) are efficient processes for the removal of dissolved inorganic pollutants and the membrane bioreactor (MBR) for the degradation of organic pollution. 4 MBR pilots, 2 from NF and 1 from ED were used to study the treatment of effluents from the beer and soft drinks industry using membrane technologies in the Sahelian climate context. The biomass evolution in the biological reactor and the treatment efficiency were followed. The influence of the operating conditions on the facilities running was also evaluated. The results obtained show that the characteristics of the industrial wastewater used vary significantly with average levels of chemical oxygen demand (COD) of 5 gO2 / L, sodium of 0.5 mg / L and pH of 11. The evolution of the microorganisms in the biological reactor is influenced by the operating conditions, in particular the pH, the temperature, the organic load of the feed, the sludge retention time and the mechanical performance of the system. COD removal efficiencies between 93 and 96% were obtained both aerobically and anaerobically. Elimination of organic pollution was influenced by the acclimation of the biomass and by the mass loading in the reactor. Sodium was poorly retained by MBR treatment with low retention rates. The average biogas production yield with anaerobic MBR is estimated at 0.21 ± 0.03 L biogas/gCOD removed for an average flow rate of 89 ± 40 L/d. The application of NF to the MBR permeate has led to higher quality effluents with removal of both dissolved organic matter and ions. ED led to better salinity removal as a result of MBR but less of dissolved organic matter. The sodium concentrations in the final products of treatments obtained with NF and ED are less than 150 mg / L thus allowing a possible reuse of treated water for irrigation and a safe rejection in the environment. Taking into account the different activities, the operating cost of the current Brakina pre-treatment station is estimated at 140 FCFA/m3 of treated wastewater (€ 0.213), of which about 70% for the neutralization of wastewater by the addition of concentrated acid. Improving treatment with MBR-NF coupling shows an investment estimated at 3.8 billion FCFA (5.7 million euros). Operating expenses are estimated at 322 FCFA/m3 of treated wastewater (0.49 euros/m3 of treated wastewater) for an aerated MBR compared to 227 FCFA/m3 of treated wastewater (0.34 euro/m3 of treated wastewater) for anaerobic MBR is a decrease of 30%. The construction of such a system could lead to the sustainability of market gardening downstream of the Kossodo treatment plant and generate hundreds of permanent jobs with net revenues of more than 12 million FCFA/month (18.675 euros). Also, this could be a showcase for the social and environmental policy of Brakina. However, the major investments, the space requirements that the implementation of this proposal requires and the unavailability on site of technical competence for the curative maintenance of the system could be the main constraints to the implementation of this project.Key words: beverage production industry, electrodialysis, industrial wastewater, membrane bioreactor, nanofiltration

L’électrocoagulation est une technique de traitement des eaux usées basée sur la dissolution d’anode sacrificielle de fer ou d’aluminium. Ces métaux se dissolvent sous formes de cations Fe2+ puis Fe3+ et Al3+ qui vont former des hydroxydes de métal qui entraînent par adsorption les impuretés de l’effluent en diminuant le potentiel Zêta de ces impuretés. Le réacteur électrochimique utilisé est constitué de deux électrodes métalliques (Fe ou Al) planes et parallèles qui laissent passer entre elles l’effluent à traiter. Des densités de courant de 50 à 200 A/m2 ont été appliquées pour traiter les trois effluents. L’un est un effluent directement issu d’une usine textile (effluent « usine »). Un second provient du flux d’entrée de la station d’épuration du site qui collecte les effluents de plusieurs usines (effluent « station »). Le troisième est un effluent artificiel de tannerie, créé en ajoutant 200 ppm de chrome VI à l’effluent « station ». Pour chaque expérience, la densité de courant et le temps de traitement vont déterminer la charge électrique et la concentration en métal dissous atteinte. L’influence de ces quatre paramètres sur l’élimination de la DCO, de l’absorbance, de la turbidité, du COT et du chrome hexavalent a été étudiée. L’évolution au cours du temps d’autres paramètres de l’EC tels que le pH, la tension, le rendement faradique et la dissolution métallique ont été étudiés afin de comprendre leur rôle dans le procédé. Le traitement a permis d’avoir un abattement maximal de DCO de 82% et 80% pour l’effluent « station » traité respectivement avec les électrodes de fer et d’aluminium ; 75 et 67% pour l’effluent « usine » traité respectivement avec les électrodes de fer et d’aluminium. L’abattement du chrome est de 100% avec les électrodes de fer mais tombe à 70% avec celles en aluminium. Des modèles d’élimination de la DCO et de l’absorbance ont été établis pour chaque matériau d’électrode utilisé. Le modèle d’élimination du chrome VI a été établi à partir du traitement avec les électrodes de fer. Une étude de la spéciation des espèces a permis de déterminer les pH optimaux de coagulation-floculation pour chaque métal impliqué (Al, Fe, Cr). La compétitivité entre l’abattement de la pollution organique et du Chrome a aussi été étudiée pour chaque type d’électrode / Electrocoagulation (EC) is a water treatment technology that relies on the electrochemical sacrificial anodes (in Fe or Al) dissolution. This metal dissolve themselves in Al3+ and Fe2+ cations that later oxidise to Fe3+ ions. These cations form metal hydroxides that adsorb the impurities of the effluent while decreasing the zeta potential. The electrochemical reactor used consists on two plane parallel metal electrodes with recirculation of the effluent to be treated between them. Current densities from 50 to 200 A/m2 were imposed to treat each effluent. Three effluents were used in this study. The first one is an effluent sampled at the outlet of a textile plant (« plant »). The second one is a mixture of several effluents coming from different plant and collected at the inlet of the wastewater treatment (« treatment plant »). The last one is a wastewater tannery plant simulated by addition of 200 ppm Chromium VI in the treatment plant effluent. For each experience the current density and the time of treatment rule the electrical charge and the concentration in dissolved metal reached. The influence of these four parameters on the elimination of COD, absorbance, turbidity, COT and hexavalent chromium content has been studied. Parameters e.g. potential, faradic yield, metal dissolution and pH have also been continuously monitored to better understand their role on EC process. The results show that DCO abatement reached 80 and 82% for treatment plant effluent, respectively with iron and aluminium electrodes; and 75 and 67% for plant effluent, respectively with iron and aluminium electrodes. The chromium treatment yields 100 % abatement with Fe electrodes whereas it is only 70% using Al electrodes. Models have been developed for COD and absorbance removal for the two electrode materials. Model for chromium (VI) treatment has been established considering all reactions occurring for iron EC. Metal speciation study allowed us to determine the optimal pH of coagulation –flocculation for each metal involved in the treatment (Al, Fe, Cr). Competition between organic pollution removal and chromium elimination has been also investigated for each electrode material