L'objectif de cette étude est d'évaluer dans quelle mesure l'intégration de l'électrodialyse en amont du traitement biologique peut améliorer la gestion des effluents salins. En s'appuyant sur une analyse des phénomènes mis en jeu en électrodialyse, nous avons dans un premier temps, proposé des relations entre des grandeurs caractéristiques du transfert, les conditions opératoires et la composition de l'effluent à traiter. Par ailleurs, nous avons mis en évidence l'influence de l'hydratation des espèces minérales sur le coefficient de transfert de la matière organique. On démontre ainsi le caractère générique de ces effets de solvatation, qui semblent communs à des systèmes mettant en oeuvre des espèces, des membranes et des forces agissantes de nature différente. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'influence de la composition ionique sur l'activité biologique, caractérisée par le taux de croissance des micro-organismes. Les résultats ont montré l'existence d'une concentration limite au delà de laquelle le taux de croissance diminue. Cette concentration, dont la valeur dépend de la nature des sels, correspond dans tous les cas considérés à une unique valeur en terme de pression osmotique. Il s'agit donc pour l'électrodialyse d'atteindre un taux de déminéralisation correspondant à cette valeur, afin de garantir une dégradation biologique optimale. Dans une dernière partie, la méthodologie ainsi proposée à partir d'effluents synthétiques, a été validée avec un effluent industriel. Mots clés : effluents salins, électrodialyse, dégradation biologique, transfert de matière, physicochimie

Les procédés d’oxydation chimique sont utilisés pour traiter des effluents contenant des composés organiques non biodégradables. Or, la présence de sels diminue l’efficacité de ce traitement. Dans ce travail, nous étudions un procédé couplé, comprenant une étape de déminéralisation par électrodialyse associée à une étape de photo oxydation (photo-Fenton). Une eau synthétique, contenant du NaCl et du phénol, est utilisée comme modèle. Chaque opération est étudiée en couplant des outils expérimentaux et théoriques. Concernant l’électrodialyse, l’influence des variables opératoires, comme la composition initiale de l’eau à traiter et la densité de courant, sur le taux de déminéralisation et le rendement en phénol, est évaluée. Différents types d’expériences sont réalisées pour dissocier les contributions des divers phénomènes au transfert d’eau, de sel et de phénol. Dans des conditions standard, outre la diffusion, une contribution additionnelle au transfert de phénol, directement proportionnelle au transfert d’eau et donc à la migration des sels, est mise en évidence. Un modèle phénoménologique est proposé pour relier les flux aux forces agissantes et les paramètres caractéristiques sont déterminés en ajustant les résultats expérimentaux avec ceux du modèle. Le procédé d’oxydation photo chimique (Fenton) est ensuite étudié suivant une approche similaire. La sensibilité du procédé, caractérisé par une vitesse de dégradation, aux variables d’entrée est évaluée. En particulier, on montre une influence de la présence de sels. Eu égard à la complexité du système réactionnel, un modèle de type réseau de neurones est choisi pour modéliser la relation entre l’efficacité de l’oxydation aux conditions opératoires. Dans un dernier temps, un modèle hybride est proposé en intégrant les modèles développés pour les étapes d’électrodialyse et d’oxydation. Ce modèle est testé en discutant différentes configurations vis-à-vis de considérations énergétiques. Il sera utilisé pour étudier les configurations les plus adaptées vis-à-vis d’autres critères, comme la qualité de l’eau traitée par exemple. / Chemical oxidation processes can be used to treat industrial wastewater containing non-biodegradable organic compounds. However, the presence of dissolved salts may inhibit or retard the treatment process. In this work, a coupled process is studied including a desalination step by electrodialysis (ED) associated with an advanced oxidation process (photo-Fenton) with a synthetic wastewater containing NaCl and phenol. The experimental study concerning ED was carried out using a pilot plant. The influence of process variables, like the initial water composition and the electrical current intensity, on the demineralization factor was investigated. Experiments were also performed without electrical current application, in order to determine the unfavorable phenol transfer through the membranes due to diffusion. The phenol and salt concentration variations in the ED compartments were measured over time, using dedicated procedures and an experimental design to determine the global characteristic parameters. A phenomenological approach was used to relate the phenol, salt and water fluxes with the driving force (concentration and electric potential gradients). Under normal ED conditions, two contributions were pointed out for the phenol transport, i.e. Diffusion and convection, this latter coming from the water flux due to electroosmosis related to the migration of salts. The fitting of the parameters of the transport equations resulted in good agreement with the experimental results over the range of conditions investigated. Photo- enton oxidation process was studied in a laboratory batch reactor. As expected, the results confirm the negative effect of the salt concentration on the phenol removal efficiency by oxidation. This effect was not found to be linear concerning salt concentration and degradation rate. Due to the complexity of these reaction systems, a model based on artificial neural networks has been developed to fit the experimental data. This model describes the evolution of the pollutant concentration i.e. phenol, by means of a reaction rate, during irradiation time under various operating conditions.

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.