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Combining hydrodynamic and enzymatic treatments to improve multi-species thick biofilm removal

Authors :
Yolaine Bessiere
Claire-Emmanuelle Marcato-Romain
Elisabeth Girbal-Neuhauser
Isabelle Queinnec
Yoan Pechaud
Etienne Paul
Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Laboratoire de Biotechnologies Agroalimentaire et Environnementale (LBAE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut Universitaire de Technologie - Paul Sabatier (IUT Paul Sabatier)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Équipe Méthodes et Algorithmes en Commande (LAAS-MAC)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Agence Nationale pour la Recherche [ANR-08-ECOT-003]
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-IUT 'A' Paul Sabatier
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut Universitaire de Technologie - Paul Sabatier (IUT Paul Sabatier)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Source :
Chemical Engineering Science, Chemical Engineering Science, Elsevier, 2012, 80 (-), pp.109-118. ⟨10.1016/j.ces.2012.06.014⟩, Chemical Engineering Science, Elsevier, 2012, 80, pp.109-118. 〈10.1016/j.ces.2012.06.014〉, Chemical Engineering Science, 2012, 80, pp.109-118. ⟨10.1016/j.ces.2012.06.014⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
Elsevier BV, 2012.

Abstract

The high water recycling ratio used in some industries can cause nutrients to accumulate in the system, leading to thick, rapidly growing biofilms inducing detrimental effects. Nowadays, chemical treatments are widely used but the increasingly restrictive environmental regulations induce the necessity to take the environmental aspect into account in the choice of a suitable treatment. With this in mind, this study analyses a method for controlling thick, dense biofilm development by applying synergistic actions having low environmental impact, i.e., an enzymatic and a mechanical (shear stress) treatment well suited to industrial water networks. For that purpose, biofilms were grown on plastic plates set in a Couette-Taylor reactor (CTR) that was inoculated using a "white water" sampled from a paper industry network. Development of the biofilms was controlled by applying a constant continuous feeding with a high COD/N ratio of 20, a well-defined shear stress and an external aeration, those conditions leading to a well-controlled G-value and a gamma(S/O2) value close to 1, and consequently, to the development of thick mainly aerobic heterotrophic biofilms representative of that encountered in high loaded industrial water networks. Optimal operating conditions for biofilm treatments were determined considering the penetration time for the enzymatic treatment taking into account both internal and external mass transport (using Biot number calculation). In addition, an optimal shear stress increment of 2.5 Pa was selected in order to maximise biofilm detachment while avoiding compression phenomena due to the mechanical treatment. The combined treatment led to an increase of 80% in biofilm mass removal (COD) compared to the enzymatic treatment alone and removed a large part of the basal layer of the biofilm, 80% reduction being observed in the support coverage. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Details

ISSN :
00092509
Volume :
80
Database :
OpenAIRE
Journal :
Chemical Engineering Science
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d5f239427b1bc7231834f61e230b7aec
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.ces.2012.06.014