Les bassins de retenue des eaux pluviales sont utilisés pour préserver la qualité des eaux réceptrices par sédimentation pendant le temps de pluie. Cependant, les efficacités du bassins n'étaient pas satisfaisants en raison de la mal compréhension du processus de sédimentation. Afin de mieux comprendre ces processus dans des ouvrages in situ, cette thèse porte à la fois sur des expérimentations in situ et sur les modélisations de l'hydrodynamique et du transport particulaire dans les bassins de retenue pilotes et in situ. Cette recherche s’est appuyée en grande partie sur le bassin Django Reinhardt (BDR) à Chassieu (volume: 32000 m3, surface: 11000 m2) dans le cadre de l’OTHU et sur les données expérimentales obtenues par Dufresne (2008) et Vosswinkel et al. (2012). Les échantillons de sédiments ont été prélevés et leurs caractéristiques physiques ont été analysées en laboratoire dans le but de cerner leur distribution spatiale. Concernant la modélisation numérique, les simulations de l’hydrodynamique en régime permanent ont été réalisées à l'aide du logiciel CFD Fluent et ont été évaluées à partir de l’analyse de corrélation entre le comportement hydrodynamique du bassin et la distribution spatiale des caractéristiques physiques des sédiments. Les conditions limites sur le fond couramment utilisées et largement décrites dans la littérature ont été testées dans le but de représenter la distribution spatiale des sédiments et l’efficacité de décantation du BDR. Les conditions testées sont : i) contrainte de cisaillement critique ou bed shear stress – BSS et ii) énergie cinétique turbulente critique ou bed turbulent kinetic energy - BTKE. L’approche Euler-Lagrange dite « particle tracking » a été mise en œuvre. En raison de l'échec de prédiction des zones de dépôt à l’aide des conditions limites disponibles (BSS et BTKE), une nouvelle relation a été proposée pour estimer le seuil BTKE. La condition à la limite obtenue en utilisant cette nouvelle relation a été testée sur un bassin pilote (Dufresne, 2008) et sur le BDR en régime permanent. Les résultats obtenus n’étaient pas très satisfaisants concernant la prédiction des zones de dépôt et l’efficacité de décantation dans le bassin BDR, même en considérant une distribution granulométrique non uniforme. Afin de mieux prédire les zones de dépôt dans le BDR, une nouvelle méthode a été proposée en considérant le transport des particules, leur décantation et leur érosion en régime transitoire. Sur la base de la méthode proposée pour le transport des particules, la décantation et l'érosion en régime transitoire, plusieurs modélisations avec différentes conditions limites ont été réalisées dans un bassin de retenue pilote rectangulaire (Vosswinkel et al., 2012). Les prédictions des efficacités et des zones de dépôt en régime transitoire avec la méthode proposée sont satisfaisantes / Stormwater detention basins are used to preserve the quality of receiving waters by sedimentation during the wet weather. However, the removal efficiencies of basin were not satisfactory due to the not well understanding of the sedimentation processes. In order to further understand these processes in the real facilities, this thesis therefore focuses both on in situ experiments and modeling of the hydrodynamic and sediment transport in field detention basin and in small scale basin in laboratory. This research was supported by large part on the Django Reinhardt basin (DRB) in Chassieu within the OTHU program and the experimental data deriving from Dufresne (2008) and Vosswinkel et al. (2012). Samples of sediments accumulated in the basin were collected and their physical characteristics were analyzed in order to determine their spatial distribution. Concerning numerical modeling, the hydrodynamic simulations in steady state were performed using CFD software Fluent and were evaluated by the correlation analysis between the hydrodynamic behavior of DRB and the spatial distribution of the physical characteristics of sediments. The bed boundary conditions used in the literatures were tested in order to represent the spatial distribution of sediments and removal efficiency of DRB. The conditions tested were: i) critical bed shear stress - BSS and ii) critical bed turbulent kinetic energy - BTKE. Because of the failure prediction of DRB deposit zones with usual bed boundary conditions, a new relationship based on particle settling velocities has been proposed to estimate the BTKE threshold for the bed boundary condition. The proposed boundary condition was tested in a pilot basin (Dufresne, 2008) and the DRB using the Euler-Lagrange approach under steady flow conditions. The results were not very satisfactory regarding the DRB deposit zones, even considering non-uniform grain size. In order to better predict the deposit zones and settling efficiency in field detention basins, a new method has been proposed accounting for the sediment transport, settling and erosion under unsteady conditions. Based on this proposed method for representing the particle transport, settling and erosion processes under unsteady conditions, various simulations with different bed boundary conditions were carried out in a pilot rectangular basin (Vosswinkel et al., 2012). The predictions of removal efficiencies and deposition zones are satisfactory. Hence, taking into account transient effects on both hydrodynamics and sediment transport leads to drastically improve the spatial and temporal distributions of sediments in settling detention basins.

Les contaminants, dissouts ou adsorbés sur les particules, sont principalement délivrés au milieu marin par les fleuves. La dynamique sédimentaire constitue alors un proxy de la dynamique de ces contaminants. Cette thèse s'inscrit dans le projet ANR AMORAD, et se focalise sur la dynamique du matériel particulaire délivré par le Rhône au Golfe du Lion (Méditerranée nord-occidentale), principal contributeur d'apports solides au Golfe (80 % des sédiments). Alors que des études antérieures ont permis de bien représenter les processus au niveau du fond, les processus régissant les comportements des matières en supension (MES), majoritairement rencontrées dans le panache turbide du Rhône, sont encore mal apréhendés. En vue de mieux décrire la dynamique de ces MES et d'améliorer les modèles hydrosédimentaires existants, l'objectif est de mieux caractériser ces particules. À cette fin, un vaste jeu de données issu de capteurs déployés in situ (données collectées pour 12 campagnes en mer, réalisées de 2011 à 2016) a été exploité, permettant d’obtenir une vision 2D verticale mais seulement ponctuelle (spatialement et temporellement). De façon complémentaire, une base de données d'images satellitaires (donnée couleur de l'eau du capteur MERIS-300m acquise entre 2002 et 2012), offrant une vue plus synoptique et long terme mais uniquement en surface, a été exploitée. Le jeu de données d'images satellitaire (plus de 800 images) a été traité de façon innovante par l'application d'un traitement semi-automatique permettant l'extraction de différentes métriques du panache turbide du Rhône (e.g. aire, limites d'extension, forme, centres géométriques, concentrations). La distribution spatiale et les caractéristiques physiques des MES telles que leur concentration dans l'eau, leur diamètre médian ou encore leur vitesse de chute ont été étudiées et estimées en fonction des différents forçages hydrométéorologiques actifs sur la zone d'étude (e.g. débit du Rhône, vents dominants). Un nouveau modèle hydrosédimentaire reposant sur le couplage du modèle hydrodynamique MARS-3D et du module sédimentaire multiclasse MIXSED a été configuré et les données in situ et satellitaires ont pu être mobilisées afin de contraindre la vitesse de chute des sédiments, paramètre clef de la modélisation de la dynamique hydrosédimentaire. / Contaminants, which can be dissolved in water or adsorbed on particles, are mainly delivered to the coastal environment by rivers. Thus, sediment dynamics reperesent a relevant proxy of contaminants dynamics. ThisPhD thesis is part of the ANR AMORAD project, of which one workpackage focuses on the fate of sediments in the coastal environment. This work focuses on the dynamics of Rhône River sediments in the Gulf of Lions (north-western mediterranean), this river delivering 80 % of the sediments of the Gulf. While previous studies over the area allowed a better understanding of physical processes at the water-sediment interface, processes driving suspended particulate matter (SPM) dynamics are still poorly understood. To better describe this SPM dynamics and improve hydrosedimentary models, the aim is to better characterize these particles. To this end, a large dataset collected from in situ deployed sensors (data collected for 12 field campaigns, conducted from 2011 to 2016) was analyzed to get a 2D vertical but ponctual view (both spatially and temporally). Complementary, a satellite images dataset (MERIS-300m ocean colour archive from 2002 to 2012) was built in order to get a long term and more synoptic view (but limited to surface).This dataset (more than 800 images) was originaly studied, applying a semi-empirical process to extract various Rhône River turbid plume metrics (e.g. area of extension, south-east-westernmost points, shape, centroids, SPM concentrations). Plume metrics and physical properties of SPM such as their concentration in water, their median diameter or their settling velocity were investigated regarding the different hydrometeorological forcings (e.g. Rhône River discharge, prevailing winds). A new hydrosedimentary model, based on the coupling of the 3D hydrodynamical model MARS-3D and the sedimentary module MIXSED, was set and ocean color and in situ data were used to constrain the settling velocity of particles, key parameter of hydrosedimentary modelling.

L’objectif de ce travail est d’une part (i) étudier le comportement de la biomasse notamment la production d’EPS en présence des composés pharmaceutiques (un agent anticancéreux et cinq antibiotiques); et d’autre part, (ii) étudier les EPS dans le contexte de décantation des boues en présence d’agents fongiques et en situations réelles dans des stations d’épuration. L’étude en présence de l’agent anticancéreux a été réalisée dans des bioréacteurs à membranes. La présence de l’agent anticancéreux a induit l’augmentation de la production d’EPS agissant comme un mécanisme de protection microbienne qui était à l’origine du colmatage des membranes. L’effet de cinq antibiotiques a été évalué en réacteur batch. La famille des macrolides a montré un effet plus important sur l’activité microbienne avec une augmentation significative de la production d’EPS associée à un mécanisme de protection. La décantation des boues en présence des cultures fongiques a été conduite en réacteur pilote. Une amélioration spectaculaire de la décantation a été liée à une meilleure cohésion au sein des flocs imputable en grand partie à l’augmentation de la production d’EPS. Enfin, le diagnostic du procédé de traitement des eaux a été établi sur trois stations d’épuration des papeteries grâce à une double approche d’une part l’analyse physico-chimique des boues et d’autre part, l’exploitation statistique d’analyse en composantes principales (ACP) des paramètres technologiques enregistrées dans chaque station. Nous avons tenté d’exprimer sous forme de régressions linéaires ou polynomiales de deuxième degré, la décantation en fonction d’une quantité réduite des paramètres mesurés / The objective of this work is firstly, i) to study the microbial behaviour of the biomass especially the production of the EPS in the presence of pharmaceutical compounds (an anticancer product and five antibiotics); and secondly, ii) to study EPS in the context of the sludge settling in wastewater treatment plants. The study in the presence of the anticancer product was done in membrane bioreactors. The presence of the anticancer product provoked the production of the EPS as the protection mechanism which is at the origin of the membrane fouling.The effect of five antibiotics was evaluated in batch reactors. The family of macrolides showed the most important effect on the microbial activity with a significant increase of the EPS production which was associated with a protection mechanism.Sludge settling in the presence of fungi was carried out in a pilot reactor. The spectacularly improvement of the sludge settleability was related with a better cohesion inside of the flocs attributed to an increase of the EPS production.Finally, the diagnosis of different wastewater treatment processes was established in three paper mill wastewater treatment plants thanks to the double approach used here, the physico-chemical analysis of the sludge and the statistical analysis by principal components analysis of the different parameters recorded in each plant. We tried to describe the parameter related to the settling behaviour by linear or polynomial regressions of second degree in function of a reduced number of the measured parameters

Depuis plusieurs années de nouveaux procédés industriels destinés à la réfrigération et à la climatisation sont étudiés et mis sur le marché. Parmi ceux qui commencent à connaître des débouchés commerciaux on compte les systèmes utilisant des fluides frigoporteurs diphasiques solide/liquide. Ces dispositifs offrent en effet les avantages de réduire l’utilisation des fluides frigorigènes de plus en plus réglementée et de pouvoir lisser la production de froid sur 24 heures grâce à la possibilité de stocker ces fluides diphasiques. Le domaine de la réfrigération connaît au niveau européen, grâce à plusieurs industriels, un premier essor de l’utilisation de « coulis » ou « sorbet » de glace. La climatisation industrielle ou collective représente également un enjeu énergétique majeur tant du point de vue de la consommation énergétique instantanée qu’elle nécessite que du point de vue des “pics” qu’elle génère à certaine périodes de la journée.Dans ce domaine et sur le continent asiatique (particulièrement au Japon), l’utilisation de sorbets est également en phase d’expansion. Dans ce cas, les sorbets utilisés sont des « coulis d’hydrates » qui présentent l’intérêt de cristalliser à des températures positives plus adaptées à la climatisation que celles des « coulis de glace ».Ces travaux de thèse ont donc consisté à adapter une technologie de réfrigération disponible sur le marché européen au domaine de la climatisation. Le fluide utilisé est une solution de TBAB (Bromure de Tetra-ButylAmmonium) qui est une solution aqueuse dont la température de cristallisation à pression atmosphérique peut être ajustée entre environ 6 et 12°C. Le dispositif expérimental conçu et construit est donc un prototype industriel de taille réelle capable de climatiser 4 pièces. A la fois démonstrateur industriel et banc d’essais instrumenté, il est destiné à mener à bien des séances d’essais afin de démontrer la faisabilité du procédé, de diagnostiquer des améliorations et de prévoir de nouvelles évolutions. Parallèlement aux travaux de construction et aux séances d’essais, des mesures complémentaires concernant certaines caractéristiques thermo-physiques des sorbets d’hydrates de TBAB ont été menées en laboratoire. Enfin, un outil de modélisation a également été développé afin de rattacher les expériences à des phénomènes thermo-physiques théoriques. Cette modélisation a pour but d’être un outil prédicatif à la conception de nouvelles installations et au développement du prototype. / For some years, new industrial processes have been developed and marketed in the refrigeration and air conditioning fields. Among systems which begin to have good business opportunities some are using two-phase secondary refrigerants solid / liquid. This kind of technology offers the advantages of reducing the use of classical refrigerants which are regulated and can smooth the production of cold over 24 hours with its ability to store the slurry. At the European level, thanks to the efforts of several manufacturers, the refrigeration field is developing fast with respect to the use of ice slurries. Moreover the industrial or district air conditioning field is a major energetic issue in terms of the immediate energy it requires as well as in terms of "peaks" generated during certain periods of the day.In this field, especially in Japan, the use of “PCM” (Phase Change Material) is additionally developing. In this technological segment, the PCM used are hydrate slurries. This solution has the advantage of crystallizing at positive temperatures which is more suited for the air conditioning than ice slurries.This research work deals with the adaption of a refrigeration technology available on the European market to the field of air conditioning. The fluid used is an aqueous solution of TBAB (Tetra-Butylammonium Bromide) with a crystallization temperature at atmospheric pressure which can be adjusted to a temperature between 6 and 12°C. The experimental device designed and installed is a real size prototype able to cool 4 rooms. Both the industrial demonstrator as well as instrumented test bench allowed us to carry out practice sessions which demonstrated the feasibility of the process. It also allowed us to design improvements and new developments. In parallel to the construction and the experiments, additional measurements concerning some thermo-physical characteristics of TBAB hydrate slurries were conducted in specialised laboratory. Finally, a modelling tool was also developed in order to relate our experiments with theoretical thermo-physical phenomena. This numerical model is intended to be a predicative tool for the design of new installations and for the development of the prototype.

Objectif: Suite aux traitements avec aligneurs, une insuffisance de contacts postérieurs est souvent notée cliniquement: existe-t-elle réellement, se corrige-t-elle spontanément? Cette étude vise à comparer la qualité de l’occlusion statique chez des patients ayant été traités avec boitiers conventionnels ou par aligneurs, dès la dépose des appareils orthodontiques et après six mois de mise en place fonctionnelle. Matériel and Méthodes: La mise en place fonctionnelle de l’occlusion chez des sujets traités par boitiers conventionnels (GB, n=25) ou par aligneurs (GA, n=14) et par a été évaluée par un système d’analyse occlusale informatisée (T-scan 9), au moment de la dépose (T0), puis à 3 et 6 mois de contention (T3 et T6). Les sujets (41% de filles, âge moyenne de 19,38 ± 5,98 ans), étaient traités sans extractions, ni chirurgie, avec pour contention des fils collés ou appareils sans recouvrement occlusal. La symétrie et la simultanéité des contacts ainsi que la position antéro-postérieure du centre de forces (CF) étaient évalués. Résultats : À tout moment (T0, T3, T6), aucune différence statistiquement significative n’a été observée quant à la position antéro-postérieure du CF (p=0,854), la répartition ou la simultanéité des contacts, quelle que soit la modalité de traitement. Le CF était situé antérieurement chez les patients de sexe féminin à tout temps (p=0,002). La mise en place fonctionnelle semblait être terminée dès trois mois pour les deux groupes. Conclusion: La qualité de l’occlusion était comparable dans les deux groupes six mois après la dépose des appareils orthodontiques, signifiant l’absence d’influence du type de traitement à court terme. Le sexe féminin pourrait être associé à un CF plus antérieur même après six mois de mise en place fonctionnelle. / Objective: Following aligner therapy, a lack of posterior contacts is common and is expected to resolve with settling. The aim of the study was to compare the quality of occlusion and settling, immediately after treatment and during a retention period of six months, in patients treated with fixed appliance therapy or clear aligners. Materials and Methods: 25 patients treated with fixed appliances and 14 patients treated with aligners were evaluated by a digital occlusal analysis (T-Scan 9) at time of debonding (T0) and 3 and 6 months later (T3 and T6). Subjects (41% female, average age 19.38 ± 5.98) were treated without extraction or maxillofacial surgery using either bonded wires or removable appliances without occlusal coverage as retainers. Contact symmetry, simultaneity and the antero-posterior position of the Center of Force (COF) were assessed at the time of debonding, and after 3 and 6 months of retention. Results: At all times of evaluation, the COF position was not statistically different for both treatment modalities (p=0.854), but was located more anteriorly in female patients when compared to male patients (p= 0.002). Settling appeared to be completed by 3 months in both groups. Conclusion: The quality of the occlusion was comparable after 6 months of settling when treated with either treatment modality indicating no short-term effect of treatment type. Females maintained a more anterior COF after six months of retention.

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In this research, five different coagulants were evaluated to determine their effectiveness at removing turbidity, color and dissolved organic carbon (DOC) from a surface water in Sarasota County, Florida. Bench-scale jar tests that simulated conventional coagulation, flocculation, and sedimentation processes were used. Iron-based coagulants (ferric chloride and ferric sulfate) and aluminum-based coagulants (aluminum sulfate, polyaluminum chloride (PACl) and aluminum chlorohydrate (ACH)) were used to treat a highly organic surface water supply (DOC ranging between 10 and 30 mg/L), known as the Cow Pen Slough, located within central Sarasota County, Florida. Isopleths depicting DOC and color removal efficiencies as a function of both pH and coagulant dose were developed and evaluated. Ferric chloride and ACH were observed to obtain the highest DOC (85% and 70%, respectively) and color (98% and 97%, respectively) removals at the lowest dose concentrations (120 mg/L and 100 mg/L, respectively). Ferric sulfate was effective at DOC removal but required a higher concentration of coagulant and was the least effective coagulant at removing color. The traditional iron-based coagulants and alum had low turbidity removals and they were often observed to add turbidity to the water. PACl and ACH had similar percent removals for color and turbidity achieving consistent percent removals of 95% and 45%, respectively, but PACl was less effective than ACH at removing organics. Sludge settling curves, dose-sludge production ratios, and settling velocities were determined at optimum DOC removal conditions for each coagulant. Ferric chloride was found to have the highest sludge settling rate but also produced the largest sludge quantities. Total trihalomethane formation potential (THMFP) was measured iv for the water treated with ferric chloride and ACH. As with DOC removal, ferric chloride yielded a higher percent reduction with respect to THMFP.

Mellansedimenteringsbassänger är inte sällan flaskhalsen för flödeskapaciteten vid reningsverk. För höga flöden kan leda till slamflykt, vilket påverkar efterkommande reningssteg negativt. Om en stor mängd slam från systemet försvinner kan detta även påverka det biologiska reningssteget negativt. Att förstå dynamiken av slamkvalitet och flödeskapaciteten är därmed viktigt både för att veta hur nya bassänger ska dimensioneras och för att bestämma belastningen för befintliga bassänger. Syftet med denna studie var att utvärdera flödeskapaciteten för mellansedimenteringen för det biologiska reningssteg C vid Kungsängsverket, Uppsala Vatten och Avfall AB:s största reningsverk. Syftet var också att studera hur temperaturen påverkade flödeskapaciteten. Genom att utföra sedimenteringstester med slam från Biosteg C vid olika koncentrationer och temperaturer kunde slammets kvalitet kvantifieras och användas för beräkningar och simuleringar för utvärdering av flödeskapaciteten. Sedimenteringstesterna visade på en tydlig skillnad i sedimenteringshastiget vid de olika temperaturerna. I Stokes lag användes olika värden på densiteten och viskositeten, vilka är parametrarna som förändras med temperaturen, för att undersöka en förväntad förändring i sedimenteringshastiget. Kvoten mellan 20 och 5° C var cirka 2 och kvoten mellan 10 och 5° C var cirka 1,2. Kvoterna mellan sedimenteringstesten varierade, men resultatet visade på en liknande trend som för Stokes lag. Bürger-Diehls och Takács sedimenteringsmodeller användes i den här rapporten med Takács sedimenteringsfunktion. Bürger-Diehlmodellen användes för att kalibrera parametrarna i Takács sedimenteringsfunktion, vilket gjordes genom att simulera sedimenteringstest och minimera felet mot den verkliga slamnivån vid sedimenteringstesten. Parametern 𝑣0 minskade med ökande temperatur vilket är en omvänd trend jämfört med litteratur. Parametern 𝑟h minskade med temperaturen vilket stämmer överens med litteratur. Flödeskapaciteten utvärderades vid konstant och dynamiskt flöde. För det konstanta flödet användes olika modeller, State Point-analys, Takács sedimenteringsmodell samt Bürger-Diehls sedimenteringsmodell med 10 och 30 lager. Alla modeller visade på ökande flödeskapacitet med ökande temperatur. Takács och Bürger-Diehl med 10 lager gav mindre noggranna resultat på grund av den låga mängden lager så för det dynamiska flödessimuleringarna användes bara Bürger-Diehlmodellen med 30 lager. Dessa simuleringar visade liknade resultat som för det konstanta flöden vid 6° C och 12° C. Vid 22° C visade däremot det dynamiska resultatet på en lägre kapacitet än för det konstanta flödet. Trots att sedimenteringstesten och de skattade modellparamterarna visade på en icke försumbar temperaturpåverkan ingår inte temperaturen i de använda sedimenteringsmodellerna. Detta kan leda till överskattning av flödeskapaciteten vintertid, exempelvis vid snösmältning. I framtiden bör därför detta tas hänsyn till vid dimensionering/modellering av mellansedimenteringsbassänger. / Secondary sedimentation tanks are usually the bottleneck of the flow capacity for wastewater treatment plants. High flows risk sludge escaping the system, which can negatively affect the following treatment steps. If a greater amount of the activated sludge escapes, the treatment efficiency could greatly decrease. Understanding the dynamic of sludge quality and flow capacity is detrimental to designing new secondary settling tanks and determining capacity of existing ones. The purpose of this study was to evaluate the flow capacity of the secondary settling tank for the biological treatment step C at Kungsängsverket, Uppsala Vatten och Avfall AB’s biggest wastewater treatment plant. The purpose was to study how different temperatures affected the flow capacity as well. By performing batch settling tests with sludge from the biological treatment step C, with different concentrations and temperatures, the sludge quality was quantified and could be used for calculations and simulations to evaluate the flow capacity. A clear distinction in the zone settling velocity could be observed between the different temperatures. Different values for the density and viscosity, correlated to the different temperatures used for the batch tests, were used in Stoke’s law to get an expected change of velocity. Between 20° and 5° C the quota was roughly 2 and between 10° and 5° C it was around 1,2. The quota for the batch tests differed randomly for the different concentrations, but the result indicated a similar trend as for Stokes law. The Bürger-Diehl and Takács sedimentation models were used for this study with the sedimentation function of Takács. The Bürger-Diehl model was used to calibrate the parameters in Takács function. This was done by simulating a batch test and minimizimg the sum of squared error compared to the actual sludge level from the batch test. The parameter 𝑣0 decreased in value with increasing temperature, which is a reversed trend seen from the literature. The parameter rh decreased with increasing temperature, which follows literature trends. The flow capacity was evaluated for a constant and dynamic flow. Constant flow was used with different models for comparison, which were, State point analysis, the Takács sedimentation model and the Bürger-Diehl sedimentation model with 10 and 30 layers. The result from all models indicated a higher flow capacity the higher the temperature. The flow capacity with Takács and Bürger-Diehl models with 10 layers gave a lower flow capacity than expected, which was because of the low resolution, therefore, the Bürger-Diehl model with 30 layers was used for the dynamic flow. The dynamic flow gave a similar result for 6° and 12° C, however, for 22° C the flow capacity was lower for the dynamic flow. Even though the batch tests and the estimated parameters showed a difference with temperature, it’s not included in any sedimentation model. This could lead to an overestimation of the flow capacity during wintertime, for example during snowmelt. Further research should be conducted to confirm these results and possibly be interpreted for future modelling of secondary sedimentation tanks.

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No / Sedimentation of non-homogeneous systems is the typical phenomenon indicating the physical instability as a key measure to the quality control of the preparation products. Currently, the determination methods for the sedimentation of non-homogeneous preparations are based on manual measurement or semi-quantitative observation, lacking of either automation or quantitative dynamic analysis. The purpose of this research was to realize automatic and quantitative monitoring of the sedimentation dynamics for non-homogenous systems as suspension, emulsions at laboratory level. Non-contact measurement method has been established to determine the sedimentation behaviors in a standard quartz tube for sedimentation, with internal diameter and height 23 mm and 215 mm, respectively, with controlled temperature and light intensity. As high performance camera has been equipped, the sedimentation images with high spatial and temporal resolution could be acquired, which can continuously capture sedimentation images with the resolution of 2048 x 2048 pixel at a maximum rate of 60 slides/s. All the pictures were processed to extract the luminance matrix top-down along the fixed vertical midline of each picture, which implied sedimentation characteristics of the system at the moment the picture was taken. Combining all the luminance matrixes along vertical middle lines of the pictures, a time-luminance matrix profile was obtained. Digital image processing techniques were used to eliminate interference and establish a three-dimensional surface model of the sedimentation dynamics. Then, the derivative mutation algorithm has been developed for the intelligent identification of sedimentation interface with threshold optimization so as to quantitatively analyze the sedimentation dynamics with visualization. The sedimentation curve and sedimentation dynamic equation of the non-homogeneous system were finally outputted by numerical fitting. The methodology was validated for great significance in determinations of small volume samples, parallel control multiple batches, and long period of time automatic measurement. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.