Ce projet serait sous la direction de : M. Hervé GALLARD et Mme Marie DEBORDE
Unité de recherche : IC2MP – Equipe E-BICOM (ENSIP)
Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé
Intitulé du sujet :
Développement de l’oxydation avancée de micropolluants en réacteur à lit fluidisé ouvert : Efficacité du couplage ozone/charbon actif
Development of advanced oxidation of micropollutants in open fluidized bed reactors: Efficiency of ozone/activated carbon coupling
Mots clés : eaux résiduaires, traitement quaternaire, matière organique, REUT, micropolluants organiques
Début de thèse : à partir du 01/10/2026
Résumé :
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’action OXIFLUI-O3 du PSGAR ROSEAU de la région Nouvelle-Aquitaine. L’objectif est d’étudier un procédé de traitement complémentaire des eaux usées traitées de station d’épuration par l’utilisation couplée de l’ozone et de charbon actif afin d’éliminer les micropolluants organiques présents et en s’intéressant à l’incidence du procédé sur la contamination microbiologique (impact sur l’antibiorésistance) et l’évolution de la composition des matières organiques présentes (notamment pour identifier des paramètres pertinents de suivi pour une automatisation du procédé).
This thesis is part of the OXIFLUI-O3 project of the PSGAR ROSEAU in the Nouvelle-Aquitaine region. The objective is to study a complementary treatment process for treated wastewater through the combined use of ozone and activated carbon in order to eliminate the organic micropollutants, focusing also on the impact on microbiological contamination (impact on antibiotic resistance) and the evolution of the composition of the organic matter (in particular to identify relevant monitoring parameters for process automation).
Contexte et problématique :
Les micropolluants organiques tels que les résidus pharmaceutiques, les pesticides et les PFAS sont présents à l’état de traces dans les eaux résiduaires urbaines et les effluents hospitaliers. Leur élimination est insuffisante par les filières classiques de traitement, ce qui entraîne leur rejet dans les milieux aquatiques avec un effet potentiellement néfaste sur l’environnement et la santé humaine. Avec l’application de la nouvelle directive européenne sur les eaux résiduaires urbaines, qui entrera en vigueur d’ici 2033 pour les grandes stations d’épuration, des exigences strictes sont imposées quant à l’élimination de ces micropolluants. Le traitement par l’ozone suivi d’une filtration sur charbon actif en grains (CAG) a montré une bonne efficacité d’élimination des micropolluants, mais il nécessite une surface et du génie civil importants ainsi qu’un arrêt du filtre pour en renouveler le charbon. C’est l’intérêt du développement d’un procédé plus compact et d’exploitation plus souple. C’est l’objet de l’action de recherche OXIFLUI qui s’inscrit dans le cadre du programme RessOurceS en Eau en Nouvelle-AqUitaine ROSEAU (labélisé Programmes Scientifiques de Grande Ambition Régionale), et plus précisément comme action de recherche de son axe relatif aux micropolluants de l’eau et aux traitements associés. Cette action OXIFLUI concerne le développement de l’oxydation avancée de micropolluants en réacteur à lit fluidisé ouvert et doit permettre la comparaison du couplage ozone/charbon actif et de la photooxydation catalytique hétérogène.
La présente thèse s’inscrit directement dans l’action OXIFLUI, dans le volet de l’étude de l’efficacité du couplage ozone/charbon actif (O3/CA). La mise en œuvre de la photocatalyse UV fait l’objet d’une autre thèse réalisée en parallèle au laboratoire E2Lim de l’Université de Limoges.
Organic micropollutants, such as pharmaceutical residues, pesticides and perfluoroalkyl substances (PFAS), are present in trace amounts in urban wastewater and hospital effluents. These pollutants are not effectively removed using conventional treatment processes, resulting in their release into aquatic environments, which can have harmful effects on the environment and human health. The new European directive on urban wastewater, which will come into force by 2033 for large wastewater treatment plants, imposes strict requirements regarding the removal of these micropollutants. Although treatment with ozone followed by granular activated carbon (GAC) filtration has demonstrated good micropollutant removal efficiency, it requires a significant amount of surface area, substantial civil engineering work and filter shutdowns for carbon replacement. This highlights the importance of developing a more compact and flexible operational process. The OXIFLUI research project aims to achieve this and falls within the framework of the RessourceS en Eau en Nouvelle-Aquitaine ROSEAU programme (awarded the ‘Scientific Programmes of Great Regional Ambition’), specifically as a research action within its focus area on water micropollutants and associated treatments. The OXIFLUI project focuses on the advanced oxidation of micropollutants in an open fluidised bed reactor, comparing the ozone/activated carbon coupling with heterogeneous catalytic photooxidation.
This thesis is directly related to the OXIFLUI project, specifically the study of the effectiveness of ozone/activated carbon coupling. Another thesis, which will begin concurrently at the E2Lim laboratory of the University of Limoges, will focus on the implementation of UV photocatalysis.
Description du sujet :
Les objectifs de l’étude sont d’une part, la caractérisation et l’optimisation du procédé O3/CA par une approche approfondie de la matrice organique des eaux usées traitées, et d’autre part, de comparer les performances de traitement obtenues avec celles du procédé photocatalytique mis en œuvre à l’Université de Limoges. Pour permettre cette comparaison à l’échelle pilote, des effluents identiques seront utilisés sur les deux sites ainsi qu’un partage des techniques analytiques mises en œuvre avec notamment des analyses microbiologiques à E2Lim et des analyses non ciblées par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (LC- HRMS) à l’IC2MP.
Firstly, the project aims to characterise and optimise the O₃/CA process through an in-depth analysis of the organic matrix of the treated wastewater. Secondly, it aims to compare the treatment performance obtained with that of the photocatalytic process implemented at the University of Limoges. To enable this comparison on a pilot scale, identical effluents will be used at both sites and the same analytical techniques will be employed, including microbiological analyses at E2Lim and non-targeted analyses using liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry (LC-HRMS) at IC2MP.
Méthodologie et mise en œuvre :
Le projet mettra en œuvre deux principaux dispositifs expérimentaux de laboratoire afin d’étudier le procédé O3/CA.
Dans un premier temps, l’évaluation du procédé sera étudiée en réacteur fermé :
– l’influence du charbon actif sur l’exposition à l’ozone et au radical hydroxyle : avec des CA commerciaux en poudre et micro-grains, non dopés et dopés (détermination des cinétiques de consommation en ozone et radical par sonde moléculaire) ;
– l’influence du procédé sur l’adsorption/oxydation des matières organiques (MO) et des micropolluants : extraits de MO isolés d’eaux usées traitées, dopage en micropolluants indicateurs ; essais d’oxydation, d’adsorption et de combinaison adsorption/oxydation ; analyse ciblée des micropolluants et analyse non ciblée par LC-HRMS ; caractérisation avancée des MO.
Et dans un second temps, l’évaluation du procédé sera réalisée sur un pilote en continu avec injection d’ozone en ligne avant un lit fluidisé de charbon actif, avec :
– un suivi analytique pour la caractérisation des matières organiques,
– une analyse ciblée des micropolluants indicateurs,
– un suivi des profils moléculaires par analyse non ciblée (LC-HRMS),
– l’analyse de paramètres microbiologiques (impact sur l’antibiorésistance),
– et le suivi des paramètres UV et de la fluorescence en vue d’une automatisation du procédé.
The project will involve two main experimental setups for studying the O₃/CA process.
First, the process will be evaluated in a closed reactor to study:
– the influence of activated carbon on exposure to ozone and hydroxyl radicals, using commercial powdered and micro-granular activated carbon (determining ozone and radical consumption kinetics using a molecular probe);
Secondly, the influence of the process on the adsorption/oxidation of organic matter (OM) and micropollutants will be evaluated using extracts of OM isolated from treated wastewater and doping with indicator micropollutants. This will involve oxidation, adsorption and adsorption/oxidation combination tests, as well as targeted and untargeted analysis of micropollutants by LC-HRMS and advanced characterisation of OM.
Secondly, the process will be evaluated on a continuous pilot plant with inline ozone injection prior to an activated carbon fluidised bed. This will include:
– analytical monitoring for the characterisation of organic matter;
– targeted analysis of indicator micropollutants;
– monitoring of molecular profiles by non-targeted analysis (LC-HRMS);
– analysis of microbiological parameters (impact on antibiotic resistance);
– monitoring of UV and fluorescence parameters with a view to process automation.
Profil recherché :
Vous êtes titulaire d’un diplôme de niveau bac +5 (master 2, école d’ingénieur ou équivalent) avec une formation dans le domaine du traitement des eaux ou du génie des procédés avec une expérience en chimie analytique. Vous faites preuve d’une grande rigueur et manifestez un intérêt marqué pour l’expérimentation en laboratoire. Une connaissance de l’analyse des contaminants organiques par chromatographie couplée à la spectrométrie de masse serait un atout.
You have a five-year degree (Master’s, engineering school, or equivalent) in water treatment or process engineering with experience in analytical chemistry. You are highly rigorous and have a keen interest in laboratory experimentation. Knowledge of organic contaminant analysis using chromatography coupled with mass spectrometry would be highly appreciated.
Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 15/05/26 :
Hervé GALLARD : herve.gallard@univ-poitiers.fr