Dans de nombreux procédés industriels apparaît une étape de séparation liquide/solide qui est très souvent effectuée en combinant en série une séparation mécanique et une séparation thermique (séchage). L'intégration d'un apport thermique dans un équipement de séparation mécanique offre de nombreux avantages (investissement réduit, productivité améliorée, encombrement limité...). Par ailleurs, l'utilisation simultanée des effets mécaniques et thermiques peut conduire dans certains cas à des synergies permettant une utilisation optimisée de l'énergie. Un apport thermique par chauffage diélectrique peut être adapté à une essoreuse. L'objectif de la thèse est de concevoir et réaliser un prototype à l'échelle semi-industrielle dans le but de démontrer l'intérêt énergétique d'une telle technique. Les résultats obtenus sont : le développement et l'instrumentation complète d'un pilote d'essoreuse autorisant l'insertion des micro-ondes. La mise en évidence d'une synergie entre les phénomènes de séchage induits par un chauffage diélectrique et les effets centrifuges liés à la rotation du panier dans de cas des bobines textiles.La modélisation de différents phénomènes physiques liés à l'essorage de gâteaux de filtration, à l'évaluation de leur permittivité complexe, à la connaissance du champ électromagnétique, aux écoulements d'air utilisés pour l'extraction de la vapeur et à la détermination des transferts de masse et de chaleur. / In a lot of industrial processes, liquid/solid separation is carried out by combination of mechanical and thermal separation (drying). Thermal drying in a mechanical separation device offers a lot of advantages (lower investment, higher productivity, limited footprint. . . ). Moreover, coupling mechanical and thermal effects may lead in some cases to synergic effects allowing an optimal use of energy.Thermal input by dielectric heating may be adapted to a centrifuge. The objective of the project is to design and produce a prototype at pilot scale in order to point out the energetic interest of such a process. So, mechanical separation (centrifuge filtration, drainage) and dielectric heating have to be used simultaneously. Pilot instrumentation will allow to control key parameters of the coupled operation and the global energy consumption. Main results are : the development and the full instrumentation of a centrifuge pilot allowing implement of microwaves. The demonstration of a synergy, in the case of textile spools, between drying effects generated by dielectric heating and centrifuge effects generated by centrifuge basket rotation. The simulation of different physical phenomena linked to filtration cake drainage, dielectric constants assessment, determination of electromagnetic field, air flow used for vapor extraction and determination of heat and mass transfers.

The fate of antimicrobials entering the aquatic environment is an increasing concern for researchers and regulators, and recent research has focused on antimicrobial contamination from point sources, such as wastewater treatment facility outfalls. The terraccumulation of antimicrobials and mobility in diffuse pollution pathways should not be overlooked as a contributor to the spread of bacterial resistance and the resulting threat to human drug therapy. This review critically examines recent global trends of bacterial resistance, antimicrobial contaminant pathways from agriculture and water treatment processes, and the need to incorporate diffuse pathways into risk assessment and treatment system design. Slow sand filters are used in rural regions where source water may be subjected to antimicrobial contaminant loads from waste discharges and diffuse pollution. A simple model was derived to describe removal efficiencies of antimicrobials in slow sand filtration and calculate antimicrobial concentrations sorbed to the schmutzdecke at the end of a filtration cycle. Input parameters include water quality variables easily quantified by water system personnel and published adsorption, partitioning, and photolysis coefficients. Simulation results for three classes of antimicrobials suggested greater than 4-log removal from 1 ��g/L influent concentrations in the top 30 cm of the sand column, with schmutzdecke concentrations comparable to land-applied biosolids. Sorbed concentrations of the antimicrobial tylosin fed to a pilot filter were within one order of magnitude of the predicted concentration. To investigate the behavior of antimicrobial contaminants during multi-stage filtration, five compounds from four classes of antimicrobials were applied to a mature slow sand filter and roughing filter fed raw water from the Santiam River in Oregon during a 14-day challenge study. Antimicrobial removal efficiency of the filters was calculated from 0.2 mg/L influent concentrations using HPLC MS/MS. and sorption coefficients (K[subscript d], K[subscript oc], K[subscript om]) were calculated for schmutzdecke collected from a mature filter column. Sulfonamides had low sorption coefficients and were largely unaffected by multi-stage filtration. Lincomycin, trimethoprim, and tylosin exhibited higher sorption coefficients and limited mobility within the slow sand filter column. The lack of a significant increase in overall antimicrobial removal efficiency indicated biodegradation is less significant than sorption in multi-stage filtration. / Graduation date: 2004

Commercial pure terephthalic acid (PTA) manufacturing generates process streams mainly containing acetic acid (HAc) and water. A large financial incentive exists to replace the costly and energy intensive distillation column used to recycle HAc-water mixtures. This work focuses on the development of pervaporation technology to separate HAc-water mixtures using a hollow fiber-based membrane unit. Currently a 250 m outer diameter Matrimid® hollow fiber is used in industry for gas separation. Due to the difference between gas and liquid separations, the fiber performance associated with high flux in pervaporation is limited by a pressure change inside the bore along the axial direction of the fiber. A mathematical model was developed to describe the bore pressure change in pervaporation in this work, which demonstrated that spinning a large bore size fiber was a good solution to minimize the bore pressure change. Spinning technology has been adapted to obtain a large bore size defect-free Matrimid® hollow fiber. In addition to a large bore size, the asymmetric fiber exhibits an intrinsically defect-free selective layer supported on an open porous substrate. This eliminates the post-treatment with a caulking layer and has a special advantage for aggressive liquid separation. A proof of concept was provided by testing both small and large bore size defect-free fibers with a model 20% wt HAc feed in a pervaporation system at 101.5oC. The membrane selectivity (~ 25) and water flux (~ 4.5 kg/m2hr) were increased by about 150% with a diameter (O.D. ~ 500 m) twice as large as the regular fiber. Further, a decrease in the HAc flux was observed with the increased bore size due to the reduction in HAc-induced plasticization. Sub-Tg thermal annealing was used to stabilize the fiber by suppressing HAc-induced plasticization. This improves the polymer discrimination of shape and size for penetrants although no chemical reaction occurs with thermal annealing. The resulting membrane selectivity was increased from 10 to about 95 using a large bore size defect-free annealed fiber with acceptable water flux (~ 1.5 kg/m2hr) for 20% wt HAc concentration feed streams. These improvements make Matrimid® hollow fiber membranes very attractive for future scale-up and commercial development.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Gram-negative infection has been linked to hospital water although few studies have examined whether water systems are reservoirs of nosocomial pathogens. This study investigated longitudinal recovery of the opportunistic pathogens Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia and Acinetobacter baumannii from water outlets of a haematology unit and evaluated Point-Of-Use Filtration (POU-F) as a control measure. In a two-year double cross-over trial, water samples and swabs were taken weekly from 39 showers/taps on the unit. Four study phases alternated between non-filtered (Phases 1 & 3), and filtered outlets (Phases 2 & 4) using Pall AquasafeTM 14-day filters. In Phases 1 & 3; 99% of 1396 samples yielded bacterial growth, with colonies generally too numerous to count. Target species were isolated from 22% of water samples (P. aeruginosa 14%; S. maltophilia 10%) and 10% of swabs. P. aeruginosa was particularly associated with handwash stations and S. maltophilia with showers. A. baumannii was not isolated. With POU-F; 22% of 1242 samples yielded bacterial growth (mean CFU/100ml ,4.6). S. maltophilia was isolated only once from water but never from outlet swabs. PCR typing identified clusters of isolates colonizing different outlets over time but no clear association between water and patient isolates was identified. The incidence of Gram negative infections remained low throughout the study. Without POU-F, water from taps/showers represented a source of bacteria including the target species. POU-F substantially reduced the frequency and number of target species from every outlet, and merits further investigation as an intervention to protect immunocompromised patients from opportunistic pathogens.

Les suspensivores ont la tâche importante de séparer les particules de l'eau. Bien qu'une grande gamme de morphologies existe pour les structures d'alimentation, elles sont pratiquement toutes constituées de rangées de cylindres qui interagissent avec leur environnement fluide. Le mécanisme de capture des particules utilisé dépend des contraintes morphologiques, des besoins énergétiques et des conditions d'écoulement. Comme nos objectifs étaient de comprendre ces relations, nous avons eu recours à des études de comparaison pour interpréter les tendances en nature et pour comprendre les conditions qui provoquent de nouveaux fonctionnements. Nous avons utilisé la dynamique des fluides numérique (computational fluid dynamics, CFD) pour créer des expériences contrôlées et pour simplifier les analyses. Notre première étude démontre que les coûts énergétiques associés au pompage dans les espaces petits sont élevés. De plus, le CFD suggère que les fentes branchiales des ptérobranches sont des structures rudimentaires, d'un ancêtre plus grande. Ce dernier point confirme l'hypothèse qu'un ver se nourrit par filtration tel que l'ancêtre des deuterostomes. Notre deuxième étude détermine la gamme du nombre de Reynolds number critique où la performance d'un filtre de balane change. Quand le Re est très bas, les différences morphologiques n'ont pas un grand effet sur le fonctionnement. Cependant, une pagaie devient une passoire lorsque le Re se trouve entre 1 et 3,5. Le CFD s’est dévoilé être un outil très utile qui a permis d’obtenir des détails sur les microfluides. Ces études montrent comment la morphologie et les dynamiques des fluides interagissent avec la mécanisme de capture ou de structures utilisées, ainsi que comment des petits changements de taille, de forme, ou de vitesse d'écoulement peuvent conduire à un nouveau fonctionnement. / Suspension feeders have the important task of separating particles from the liquid medium surrounding them. Although a wide range of morphologies exist for feeding structures, essentially all consist of arrays of cylinders interacting with their fluid environment. The particle capture mechanism employed depends on morphological constraints, energy requirements, and flow conditions, therefore our objectives were to understand these relationships through comparison studies to interpret trends in nature and to understand the conditions in which novel functioning arises. Our studies used computational fluid dynamics (CFD) to create controlled experiments and to simplify analyses. The first study demonstrates the unfeasibly high energetic costs of pumping in small and medium pharynx sizes of hemichordates, implying the gill pores of pterobranchs are likely vestigial structures from a larger ancestor. This last point further supports the hypothesis of an acorn worm as the ancestor to all deuterostomes. Our second study determined the critical Reynolds number (Re) range where barnacle filters transition from a paddle to a sieve. At very low Re, morphological differences have no major effect on functioning and filters behave as paddles, however, at Re 1 - 3.5, these differences dictate when a paddle becomes a sieve. CFD proved to be a very useful tool for simplifying studies and providing detailed microfluidics. These studies demonstrate how morphology and fluid dynamics interact to dictate the capture mechanisms or appendages employed and how simple changes in size, shape, or flow speed can lead to novel functioning.

The alumina industry produces a significant quantity of bauxite residue suspension (red mud) that must be washed and dewatered in trains of thickeners and residue disposal areas to recover valuable alumina and sodium hydroxide. The Australian Alumina Industry have come together to sponsor a project to address waste minimisation and environmental impact issues collectively through the optimisation of dewatering in their washer trains and residue disposal areas. The project aims to maximise thickener underflow and tailings dam solids concentrations. (For complete abstract open document)

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / In this work we present the lifting method [AS2], which is used to classify certain class of Hopf algebras. Since this method is based on the coradical filtration, it can be used just for those Hopf algebras satisfying the Chevalley property (CP). Results related to the explicit calculation of such filtration are also explored. Finally, we study the standard filtration, which is defined in [AC], and which allows us to extend the lifting method to the non-(CP) case. / Neste trabalho apresentamos o método de lifting [AS2], o qual é utilizado para a classificação de certa classe de álgebras de Hopf. Desde que este método baseia-se na filtração coradical, ele não pode ser utilizado para aquelas que satisfazem a propriedade Chevalley (PC). Resultados relacionados com o cálculo explícito de tal filtração também são explorados. Na parte final, estudamos a filtração standard, que está definida em [AC], e que nos permite estender o método de lifting ao caso não (PC).

Ce projet vise à contribuer à la gestion durable d'une ressource naturelle essentielle, l'eau, à travers le développement d'une technologie innovante basée sur le couplage d’un procédé de filtration baromembranaire et de procédés d'oxydation avancée électrochimiques (POAE) afin de minéraliser des molécules organiques très stables.Comme ces polluants dits bio-réfractaires ne peuvent pas être dégradés par les procédés d’oxydation classiques (biologiques, O3, Cl2, H2O2…), les procédés d'oxydation avancée (POA) sont alors envisagés. En électrochimie, les radicaux hydroxyles peuvent être générés sur des cathodes en carbone par le procédé électro-Fenton ou encore à l’anode sur des matériaux à forte surtension de dégagement d'oxygène tels que l'oxyde de titane sous-stœchiométrique ou le diamant dopé au bore (DDB) par une réaction d'oxydation de l'eau.Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de membranes tubulaires de filtration composées des phases Magnéli les plus conductrices électroniques : Ti4O7 et Ti5O9. Ce matériau peut être utilisé dans le procédé d’oxydation anodique avec un coût de fabrication plus faible que le diamant dopé au bore. Des membranes tubulaires de microfiltration composées de ces phases ont été préparées en collaboration avec le Centre de Recherches et d’Études Européen du groupe Saint-Gobain. Celles-ci ont été élaborées par réduction carbothermique de TiO2, ce qui est très novateur par rapport à la réduction sous dihydrogène. Des poudres de TinO2n-1 (avec 3 ≤ n ≤ 5) ont été préparées par électrofusion de poudres de TiO2 et de carbone suivie de broyages. Ces poudres de granulométrie contrôlée ont ensuite été utilisées à l’IEM pour préparer des suspensions stables de particules en vue de réaliser des couches minces de basse microfiltration, par trempage ou engobage, composées de TinO2n-1 (avec 4 ≤ n ≤ 6). Nous proposons également une première méthode d’élaboration de couches minces en TinO2n-1 (n à définir) par voie sol-gel suivie d’un traitement thermique dans le but d’obtenir des couches réactives d’ultra et de nanofiltration. Après optimisation, ces matériaux ont pu montrer leur efficacité vis-à-vis de la dégradation de polluants bio-réfractaires de type pharmaceutique (Paracétamol) lorsqu’ils sont utilisés en tant que « membranes réactives électrochimiques » que ce soit en mode statique (bécher) ou en mode dynamique (pilote de filtration). La prochaine étape portera sur le couplage des procédés d’oxydation anodique et de filtration baromembranaire utilisant les membranes réactives développées. Au vu des premiers tests, cette technologie s’avère d’ores et déjà prometteuse pour le traitement de polluants bio-réfractaires dans l’eau. Cette thèse a été financée par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du programme ECO-TS (Projet CElectrON). / This project aims to contribute to the sustainable management of water as an essential natural resource, through the development of an innovative technology based on the coupling of a baromembranar filtration process and electrochemical advanced oxidation processes (EAOP) in order to mineralize very stable organic molecules.Since these bio-refractory pollutants cannot be totally degraded by common oxidants (biological, O3, Cl2, H2O2), advanced oxidation processes (AOP) are thus considered. In electrochemistry, these hydroxyl radicals can be generated by water oxidation on carbon cathodes by the electro-Fenton process or on anode showing high oxygen evolution overvoltage like sub-stoichiometric titanium oxide and Boron Doped Diamond (BDD).This work deals with the development and characterization of tubular filtration membranes composed of the most conductive Magnéli phases: Ti4O7 and Ti5O9. These materials can be used in anodic oxidation process with lower manufacturing cost compared to BDD. Microfiltration tubular membranes composed of these phases were prepared with the support of CREE (Research Group of Saint-Gobain). They were elaborated by carbothermal reduction of TiO2, which is very innovative compared to dihydrogen reduction. TinO2n-1 powders (with 3 ≤ n ≤ 5) of controlled grain size were elaborated by electrofusion of TiO2 powder and coke followed by grinding. These powders were further used at the European Institute of Membranes to formulate stable suspensions of particles to prepare thin solid films of low microfiltration, by dip-coating or slip-casting. We also propose an original method for the production of thin layers of TinO2n-1 (n to be defined) by sol-gel route followed by a thermal treatment to obtain ultra or nanofiltration active layers. After optimization, those materials have shown their efficiency towards the degradation of bio-refractory compounds such as pharmaceutics (Paracetamol) when used as electrochemical reactive membranes either in static (beaker) or in dynamic mode (filtration pilot). The next step will focus on the coupling of the anodic oxidation and the baromembranar filtration processes using the reactive developed membranes. From first results, this technology appears really promising for the treatment of bio-refractory pollutants in water. This thesis was financially supported by the National Research Agency (NRA) within the framework of the ECO-TS program, the CElectrON project.

Cette étude s'est concentrée sur la performance d'un filtre antimicrobien en fibres de polypropylène contenant de la pyrithione de zinc (PP/ZPT) au laboratoire et comparée à celle d'un filtre similaire (PP) avec la même classification F7 (EN779:2002). La performance de filtration à l'échelle du laboratoire des 2 filtres testés pendant le colmatage avec des particules PM10 a été quantifiée dans un dispositif expérimental avec mesure de la perte de charge du filtre et comptage des particules en amont et en aval des filtres. La croissance microbienne sur des filtres neufs et usagés, tous deux contaminés par aérosolisation avec un consortium microbien composé de deux bactéries (Staphylococcus epidermidis Gram positif, Serratia marcescens Gram négatif et spores fongiques (Penicillium chrysogenum). L'influence de trois paramètres sur la survie microbienne sur les filtres a été examinée : l'humidité relative de l'air, la présence ou l'absence de pyrithione de zinc (ZPT) en tant que substances antimicrobiennes et la présence de particules organiques. Des analyses quantitatives par unité formant colonies ont été utilisées pour déterminer la survie après 8 jours du consortium bactéries-champignons collecté par le filtre. Les deux filtres ont présenté des performances de filtration similaires en termes de variation de perte de charge et d'efficacité de collecte des particules pendant leur colmatage avec des particules PM10, ce qui signifie que le traitement antimicrobien n'a pas dégradé les performances de filtration du filtre. A faible valeur d'humidité de conditionnement (50% RH), avec des filtres neufs ou usagés, avec ou sans traitement antimicrobien, la population microbienne sur les filtres diminue et éventuellement ne survivra pas (Serratia). Lorsque l'humidité relative du conditionnement est élevée (90% RH), les bactéries ne se développent pas sur les filtres neufs, et seuls les champignons ont pu se développer. L'effet du traitement antimicrobien avec la pyrithione de zinc est confirmé pour les filtres neufs, en particulier en ce qui concerne les champignons Penicillium. Pour les filtres usagés, les résultats indiquent que le traitement antimicrobien n'est pas plus efficace avec une croissance significative du Penicillium, l'espèce endémique des particules de riz micronisées (PM10) collectées par les filtres ; les deux populations de bactéries diminuent significativement avec ou sans traitement antimicrobien.Dans une deuxième étape, les performances de filtration des 2 filtres testés précédemment ont été étudiées dans des conditions réalistes avec un air extérieur semi-urbain sur une période de 7 mois. Le comportement des microorganismes extérieurs sur les filtres (croissance/mortalité) a été observé. Deux unités de filtration fonctionnaient à IMT Atlantique, l'une contenant le filtre PP/ZPT et l'autre le filtre PP. Chaque unité filtrait le même air semi-urbain. Les deux unités de filtration ont fonctionné en continu et plusieurs paramètres ont été surveillés tout au long de la période d'exploitation : température, humidité relative, chute de pression du filtre, efficacité de collecte des particules du filtre, concentration massique des particules à l'entrée et concentrations microbiennes ; en outre, la concentration microbienne sur les filtres a été quantifiée 3 fois (tous les 2 mois) à partir d'une méthodologie innovante basée sur des coupons de média. Les performances de filtration des deux filtres testés en termes de changement de perte de charges et d'efficacité de collecte de particules étaient différentes de celles obtenues à l'échelle du laboratoire. La méthodologie des coupons a permis d'étudier le comportement des micro-organismes tout au long de l'étude. L'effet antimicrobien de la pyrithione de zinc a été confirmé concernant l'inhibition des champignons sans influence du niveau d'encrassement du filtre (dépôt de masse de particules). / This study focused on the performance of a marketed antimicrobial polypropylene fibers filter containing zinc pyrithione (PP/ZPT) at the laboratory and compared to those of a similar filter (PP) with same classification F7 (EN779:2002). The filtration performance at laboratory scale of the 2 tested filters during clogging with PM10 particles was quantified in an experimental set-up with filter pressure drop measurement and particle counting up and downstream of the filters. The microbial growth onto new and used filters, both contaminated by aerosolization with a microbial consortium composed of two bacteria (Staphylococcus epidermidis Gram positive, Serratia marcescens Gram negative and fungal spores (Penicillium chrysogenum). The influence of three parameters on the microbial survival onto filters was examined: the air relative humidity, the presence or absence of Zinc pyrithione (ZPT) as antimicrobial substances and the presence of organic particles. Quantitative analyses by colony forming unit were used to determine the survival after 8 days of the bacteria–fungi consortium collected by the filter. The two filters revealed similar filtration performance in terms of change in pressure drop and particle collection efficiency during their clogging with PM10 particles, meaning that the antimicrobial treatment did not degrade the filtration performance of the filter. At low humidity value of conditioning (50% RH), with new or used filters, with or without antimicrobial treatment, the microbial population onto the filters decreases and possibly will not survive (Serratia). At high humidity value of conditioning (90% RH), the bacteria do not grow onto the new filters, and only the fungi was able to develop. The effect of the antimicrobial treatment with zinc pyrithione is confirmed for new filters in particular regarding the fungi Penicillium. For used filters, the results indicate that the antimicrobial treatment is no more efficient with a significant growth of the Penicillium, the endemic species of the micronized rice particles (PM10) collected by the filters; the two populations of bacteria significantly decrease with or without antimicrobial treatment. In a second step, the filtration performances of the 2 filters tested previously was investigated in realistic conditions with a semi-urban outdoor air over a 7 months period. The behavior of the outdoor microorganisms onto the filters (growth/mortality) was observed. Two filtration units were operating at IMT Atlantique location, one containing the PP/ZPT filter and the second the PP filter. Each unit filtered the same semi-urban air. Both filtration units operated continuously and several parameters were monitored throughout the operating period: temperature, relative humidity, filter pressure drop, filter particle collection efficiency, inlet particle mass concentration, and microbial concentrations; in addition, the microbial concentration onto the filters was quantified for 3 times (every 2 months) from an innovative methodology based on media coupons. The filtration performances of the two tested filters in terms of changes in pressure drop and particle collection efficiency were different than those obtained in the Laboratory scale. The methodology of coupons permitted to study the behavior of the microorganisms throughout the study. The antimicrobial effect of the zinc pyrithione was confirmed regarding the inhibition of the fungi cultivated on the DRBC agar with no influence of the level of clogging of the filter (mass of particles deposit).