Soutenance de thèse de Nicolas LUSINIER

Ecole Doctorale
Sciences de l'Environnement
Spécialité
Sciences de l'environnement: Génie des procédés
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
eau de production,traitement biologique,réacteur biologique hybride,,
Keywords
produced water,biological treatment,hybrid biological reactor,,
Titre de thèse
Optimisation du biotraitement des eaux résiduaires de l'oil and gas incluant les eaux de production
Enhancement of oil and gas wastewater biological treatment including oilfield produced water
Date
Jeudi 25 Mars 2021 à 10:00
Adresse
CEREGE Bâtiment Pasteur - Technopole de l'environnement Arbois Méditerranée BP 80 13545 Aix en Provence cedex 04
Amphithéâtre du CEREGE
Jury
Directeur de these M. Nicolas ROCHE Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Claire ALBASI Laboratoire de Génie Chimique INP ENSIACET
Rapporteur M. Christophe DAGOT ENSIL Université de Limoges
CoDirecteur de these Mme Isabelle SEYSSIECQ Aix Marseille Université
Examinateur Mme Annabelle COUVERT ENSCR
Examinateur Mme Cecilia SAMBUSITI TOTAL

Résumé de la thèse

Les travaux de cette thèse portent sur le développement d’un procédé biologique hybride pour le traitement des eaux de production pétrolière. Ces eaux utilisées pour l’extraction du pétrole ou gaz brut représentent la principale source d’eaux usées de l’industrie pétrolière et gazière. En 2020, on estime la quantité d’eau de production extraite à 160 milliards de barils par jour. De surcroit, cette quantité augmente au fur et à mesure de l’exploitation des puits. Les eaux de production pétrolière ont une composition particulièrement complexe dépendante de nombreux facteurs. Pour faire face aux quantités à traiter et au durcissement des normes de rejet concernant ces eaux, il convient de d’optimiser les filières de traitement pour développer des procédés compacts et performants. Pour cela la voie des réacteurs biologiques hybrides est envisagée. La première partie de l’étude a porté sur la caractérisation des transferts d’oxygène à l’intérieur du pilote de laboratoire. La deuxième partie de cette thèse a visé à étudier l’influence du temps de séjour hydraulique sur les performances de traitement d’une eau de production pétrolière synthétique par un réacteur biologique hybride à lit fixe en comparaison d’un réacteur à boue activée. Les résultats ont montré qu’il était possible de diminuer le temps de séjour hydraulique de 24h à 12h sur le réacteur biologique hybride à lit fixe sans pour autant affecter les performances de traitement (taux d’éliminations de la DCO supérieur à 95 %). De plus, en comparant l’évolution de la population bactérienne, les résultats ont montré que le type de procédé a une influence significative sur la diversité bactérienne ainsi que la population peuplant la biomasse libre et le biofilm. Enfin, la dernière étude comparative entre un réacteur hybride à lit mobile et un réacteur hybride à lit fixe portant sur l’influence de la salinité sur les performances de traitement a montré qu’une augmentation de la salinité de 1,5 g.L-1 à 20 g.L-1 n’avait pas d’influence sur les performances de traitement (DCO). L’analyse de la population bactérienne a montré que l’effluent la salinité influence la diversité bactérienne (diminution des indices de diversité) avec une prédominance de certaines espèces marines qui s’accroît quand la salinité augmente.

Thesis resume

This thesis was focused on the development of a hybrid biological process for produced water treatment. These wastewaters are generated during oil or gas production. Produced water is the main source of wastewater of oil and gas industry. In 2020, produced water streams were estimated at 160 billion of barrels per day. Furthermore, amounts of produced water are increasing with oil and gas reservoirs ageing. Produced water have a complex composition, which depends on several factors. To face the increasing amount of produced water and strengthening regulations governing produced water discharge, compact and efficient treatment processes need to be optimized. Here, hybrid biological reactors are studied. The first part of the study aimed to characterize oxygen transfer inside the laboratory pilot plant. The second part of this thesis aimed to study the influence of the hydraulic retention time on treatment efficiencies of a synthetic produced water in a fixed bed hybrid biological reactor in comparison with a conventional activated sludge reactor. Results showed that the fixed bed hybrid biological reactor could be operated under hydraulic retention time ranging from 24 h to 12 h without affecting treatment efficiencies (COD removal over 95 %). Furthermore, the assessment of microbial population between the two bioreactors showed that the type of operated process has a significant influence on the bacterial diversity as well as bacteria populating the free biomass and the biofilm. Finally, the last study comparing a moving bed biofilm reactor and a fixed bed hybrid biological reactor and aiming to study the influence of salinity on treatment efficiencies showed that an increase of salinity from 1.5 g.L-1 to 20 g.L-1 had no influence on treatment efficiencies. The analysis of bacterial population showed that the salinity has an influence on the bacterial diversity (decrease in the diversity indices) and that some marine bacteria became preponderant.