Developing low-cost and effective technologies to upgrade phosphorus (P) removal from the catchment runoffs and rural wastewater treatment facilities is one of the main research agendas to save the Baltic Sea from eutrophication. In Sweden, the construction of the constructed wetlands has been one of the environmental objectives for wastewater quality improvement in the small communities. However, the insufficiently understanding of the mechanisms underlying the process of phosphorus mobility and sorption in the constructed wetlands has limited design of the effective constructed wetlands. To provide the better understanding of sorption process in the catchment and constructed wetland system, this thesis used the GIS-based Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to predict phosphorus mobility and identify the critical diffusing sources of phosphorus loss in the Oxunda catchment (Paper I). Then, the study developed the three-dimensional numerical Reactive TRAnsPort Model (RETRAP - 3D) in the COMSOL Multiphysics® for evaluating the long - term sorption processes and removal efficiencies of the porous reactive media for upgrading the performance of constructed wetlands (Paper II and III). The latter model coupled many physics equations to solve process of water flow, reaction kinetics and solute transport in the porous reactive adsorbent media for application in the constructed wetlands. The data from the field measurements and column experiments have been used to demonstrate the model simulation accuracy to capture the process of phosphorus sorption in the real environment. Modeling results ranked the phosphorus removal efficiency of the adsorbent media as follows: Polonite® (88 %), Filtralite P® (85%), BFS (62%), Wollastonite (57 %). The satisfactory agreement which obtained between the simulated outputs and measured data confirmed that the SWAT and RETRAP-3D are useful tools for describing various processes in the complicated system. However, further study is required to generate and validate more experimental data to evaluate the sensitivity of local parameters. / <p>This reserch project was finacially supported by Lars Erik Lundberg scholarship foundation for projectnumber (2015/34 and 2016/12), ÅkeochGreta Lissheds Stiftelsen for project number (2015-00026), J.Gust. Richert Stiftelsen and Ecopool researchproject for smart and sustainable environment. QC 20170523</p>

Un des enjeux pour améliorer la qualité de l’air intérieur des bâtiments est d’adopter de bonnes pratiques, notamment en matière de sélection des matériaux lors des phases de conception. Pour cela, des outils d’aide à la décision/conception sont indispensables en support à ces bonnes pratiques pour atteindre une maîtrise globale de la qualité de l’air intérieur. Dans le domaine du bâtiment, il n’existe pas à ce jour d’outil opérationnel permettant d’estimer, en amont d’une construction, la qualité de l’air intérieur. Des travaux sont engagés sur ce thème mais ils se heurtent à un manque d’informations sur le comportement des matériaux lorsque ceux-ci sont associés et soumis à des conditions normales d’usage. Ces travaux de thèse avaient donc pour objectif d’évaluer le comportement de matériaux (source ou puits) vis-à-vis de la contamination aux composés organiques volatils (COV) et au formaldéhyde lorsqu’ils sont évalués seuls dans des conditions normalisées retenues pour l’étiquetage sanitaire, mais aussi lorsqu’ils sont mis en œuvre dans des projets de construction (impact du changement d’échelle et effet d'assemblage). La méthodologie développée a donc associé des essais à l’échelle du matériau et à l’échelle d’une pièce dans le but d’acquérir des données d’entrée à un modèle pour la prédiction des concentrations et l’évaluation des contributions respectives des différents processus (émissions primaires, échanges aux interfaces air/surfaces intérieures,…) à la contamination intérieure par les COV. Une première partie de ce travail a consisté à évaluer en laboratoire les échanges de COV et de formaldéhyde à l'interface matériau-air pour une sélection de matériaux de construction et de décoration. Les émissions primaires ont été déterminées selon la méthode normalisée ISO 16000-9 et par une méthode d’échantillonnage passif basée sur un couplage cellule d'émission/micro-extraction sur phase solide (SPME) (dispositif DOSEC-SPME) et l’effet de l’assemblage de matériaux et de composants sur la qualité de l’air intérieur a été étudié. Les constantes d’adsorption/désorption du formaldéhyde sur les matériaux sélectionnés ont ensuite été déterminées par une méthodologie innovante. Ces constantes, ainsi que les données d’émission, ont été rassemblées dans une base données pour servir de critères (ou indicateurs) pour la sélection de matériaux respectueux de la qualité de l’air intérieur (QAI). Dans une deuxième partie, les résultats obtenus en conditions de laboratoire ont été confrontés à ceux obtenus en conditions réelles à l’échelle d’une pièce dans le cadre d’une étude de plusieurs mois dans le but de mettre en évidence l’impact du changement d’échelle. La dernière partie de cette thèse a consisté à développer un modèle de prévision de la QAI intégrant les données d'adsorption/désorption préalablement déterminées. A terme, la base de données et le modèle ont vocation à constituer des outils de gestion pour orienter les choix en matière de matériaux, de configuration et d'usage d’un bâtiment dans l’optique d’une réduction à la source des émissions de COV dans l’air intérieur. / One of the challenges for improving the indoor air quality of buildings is to adopt good practices, especially in the selection of materials during design phases. To this end, decision-making / design tools are essential in support of these good practices to achieve global control of indoor air quality.In the building sector, there is currently no operational tool to estimate the indoor air quality in building. Work is underway on this theme, but they encounter a lack of information on the behavior of materials when they are associated and subject to normal conditions of use.The purpose of this thesis was therefore to evaluate the behavior of materials (source or sink) with respect to contamination with volatile organic compounds (VOCs) and formaldehyde when they are evaluated alone under standardized conditions selected for health labeling, but also when they are implemented in construction projects (impact of the change of scale and the effect of assembly). The developed methodology has therefore combined material-scale and room-scale testing to acquire input data to a model for concentration prediction and assessment of the respective contributions of different processes (primary emissions, exchanges at air / interior surfaces interfaces, ...) to internal contamination by VOCs.A first part of this work consisted of laboratory evaluation of VOC and formaldehyde exchanges at the material-air interface for a selection of construction and decoration materials. The primary emissions were determined according to the ISO 16000-9 standard method and a passive sampling method based on solid-phase emission / micro-extraction (SPME) (DOSEC-SPME device) and the effect of the assembly of materials and components on indoor air quality has been studied. The adsorption / desorption constants of formaldehyde on the selected materials were then determined by an innovative methodology. These constants, as well as emission data, have been collated into a database to serve as criteria (or indicators) for the selection of IAQ-compliant materials.In a second part, the results obtained under laboratory conditions were compared with those obtained under real-world conditions on a scale of a part in a study of several months in order to highlight the impact of the change of scale.The last part of this thesis consisted in developing an IAQ prediction model integrating previously determined adsorption / desorption data. Ultimately, the database and the model are intended to constitute management tools to guide the choice of materials, configuration and use of a building with a view to reducing emissions at the source VOC in the indoor air.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a pour objectif la synthèse de copolymères thermosensibles complexants innovants pour la mise en place d'un nouveau procédé de traitement des effluents aqueux chargés en métaux. Ce procédé original est en effet basé sur l'utilisation de copolymères porteurs de groupements phosphonés permettant la sorption des métaux en solution aqueuse et possédant un caractère thermosensible de sorte à contrôler la solubilité du copolymère et à faciliter les étapes de sorption et de séparation. Dans un premier temps, la synthèse de copolymères thermosensibles phosphonés a été réalisée par polymérisation radicalaire conventionnelle puis par polymérisation radicalaire contrôlée (PRC) ce qui a conduit à différentes architectures. Parmi les composés préparés, le P(NnPAAm-stat-hMAPC1) a été sélectionné car il présente une basse température critique de solution proche de la température des effluents industriels chargés en métaux. Les propriétés de sorption de ces copolymères ont ensuite été déterminées en réacteur statique afin de mettre en évidence les facteurs influents (temps de contact, température, pH, composition de l'effluent). Ces différents essais ont également permis d'étudier les mécanismes de sorption intervenant entre les groupements acide phosphonique et les différents cations métalliques évalués (Ni2+, Ca2+, Cd2+, Al3+). Enfin, les étapes de séparation post-sorption et de régénération ont également fait l'objet d'études approfondies, permettant de proposer à l'issue de ce travail un procédé innovant de traitement de la pollution métallique, appelé procédé TEMF (Thermosensitive polymer Enhanced Microfiltration). L'efficacité des différentes étapes constituant ce procédé a été évaluée en batch à l'échelle du laboratoire et en semi-continu sur un pilote de laboratoire conçu dans le cadre du projet. / This Ph-D work aims at synthetizing thermosensitive and complexing polymers for the implementation of an innovative process targeting the removal of metallic cations from wastewater. This process is based on the use of copolymers bearing phosphonic acid groups as sorption moieties whereas thermoresponsiveness allows adjusting the solubility of the polymeric sorbent according to the process step considered. First, the synthesis of various thermosensitive copolymers bearing phosphonated moieties is reported. The use of free radical polymerization or Reversible Addition Fragmentation Transfer (RAFT) polymerization allowed synthesizing copolymers with different architectures. Among all macromolecular compounds, the P(NnPAAm-stat-hMAPC1) copolymer was chosen as the most relevant polymeric sorbent for the process. Sorption properties of this copolymer were then evaluated and results highlighted that the contact time, the temperature, the pH and more generally the effluent composition were the main influencing parameters. These studies also enable to figure out the sorption mechanisms involved between phosphonic acid and the cationic metals studied (Ni2+, Ca2+, Cd2+, Al3+).The studies carried on the separation and regeneration steps of the process allowed the development of an innovative process for the removal of metallic pollution from wastewaters named Thermosensitive polymer Enhanced Microfiltration (TEMF) process. Finally, the conception of a pilot plant permitted the study of the TEMF process at larger scale.