Transfert de matière organique entre phase aqueuse et agrégats biologiques au cours du traitement des eaux usées urbaines par boues activées PDF Download
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Author: Abdelkader Guellil
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Languages : fr
Pages : 196
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Book Description
L'épuration des eaux usées urbaines par le procédé à boues activées est régie par un ensemble complexe de réactions physico-chimiques et biologiques. L'hétérogénéité du mélange organique, tant de l'eau usée que de la boue activée, complique l'identification et la modélisation de ces mécanismes, et de fait rend difficile la compréhension de certains dysfonctionnements du procédé. Le but de ce travail était de mettre en évidence d'une part les transferts de matière organique mesurée en DCO (demande chimique en oxygène) entre la phase aqueuse et les agrégats biologiques et d'autre part le devenir de cette matière. [...]
Author: Abdelkader Guellil
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Languages : fr
Pages : 196
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Book Description
L'épuration des eaux usées urbaines par le procédé à boues activées est régie par un ensemble complexe de réactions physico-chimiques et biologiques. L'hétérogénéité du mélange organique, tant de l'eau usée que de la boue activée, complique l'identification et la modélisation de ces mécanismes, et de fait rend difficile la compréhension de certains dysfonctionnements du procédé. Le but de ce travail était de mettre en évidence d'une part les transferts de matière organique mesurée en DCO (demande chimique en oxygène) entre la phase aqueuse et les agrégats biologiques et d'autre part le devenir de cette matière. [...]
Author: MARIE-FRANCE.. DIGNAC
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Languages : fr
Pages : 318
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Book Description
LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE PAR BOUES ACTIVEES PERMET D'ELIMINER UNE GRANDE PARTIE DE LA MATIERE ORGANIQUE (MO) DES EAUX RESIDUAIRES. L'AMELIORATION DU TAUX D'ELIMINATION DE LA MO ET LA DIMINUTION DU VOLUME DES BOUES FORMEES LORS DU TRAITEMENT SONT DEUX PROBLEMES CRUCIAUX D'UNE STATION D'EPURATION. LA CONNAISSANCE DE LA MO DES EAUX ET DES BOUES EST ESSENTIELLE POUR LEUR COMPREHENSION. LE BUT DE CE TRAVAIL ETAIT DE DETERMINER UNE METHODOLOGIE ANALYTIQUE (ANALYSES MOLECULAIRES ET PYROLYSE) APPLICABLE A CES ECHANTILLONS. L'ETUDE D'UN SITE PARTICULIER A MONTRE QUE LA MO EST BIEN ELIMINEE PAR LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE. LES ANALYSES SUFFISENT A DECRIRE 60% DE LA MO DES BOUES ACTIVEES, MAIS UNE FRACTION IMPORTANTE DE LA MO DES EAUX USEES (50%-60%) ET DES EAUX TRAITEES (80%) RESTE NON CARACTERISEE. ELLE POURRAIT ETRE CONSTITUEE DE COMPOSES REFRACTAIRES A L'HYDROLYSE CHIMIQUE, CORRESPONDANT A DES COMPOSES REFRACTAIRES A LA BIODEGRADATION FORMES AU COURS DU TRAITEMENT. DANS LES BOUES ACTIVEES, LA COHESION DES FLOCS BACTERIENS EST ASSUREE PAR DES EXOPOLYMERES, DONT L'INFLUENCE SUR LES PROCESSUS DE TRAITEMENT DES BOUES EST IMPORTANTE. L'ANALYSE DES EXOPOLYMERES A PERMIS DE DECRIRE LA STRUCTURE DES BOUES ACTIVEES. LES PROTEINES SONT LARGEMENT DOMINANTES DANS LES STRUCTURES EXTRACELLULAIRES DE LA BOUE ETUDIEE, ET PEUVENT PROVENIR DES EAUX RESIDUAIRES OU DU METABOLISME BACTERIEN (PROTEINES DE STRUCTURE, EXOENZYMES, PRODUITS DE LA LYSE DES CELLULES). LA COMPARAISON DE METHODES D'EXTRACTION DES EXOPOLYMERES SUGGERE UNE FORTE IMPLICATION DES PROTEINES DANS LES LIAISONS ELECTROSTATIQUES ET HYDROPHOBES QUI ASSURENT LA COHESION DES FLOCS. LA COMPOSITION DES SUCRES MONTRE QU'ILS PROVIENNENT DES EXOPOLYMERES BACTERIENS, DE PRODUITS DE DEGRADATION DES EAUX USEES, ET DE PRODUITS DE LA LYSE BACTERIENNE. LES LIPIDES BACTERIENS SONT PEU IMPLIQUES DANS LA STRUCTURE DE LA BOUE, ET NE S'ACCUMULENT PAS DANS LES EXOPOLYMERES.
Author: Arnaud Conrad
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Languages : fr
Pages : 235
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Dans les milieux hydriques, la majorité des micro-organismes se trouve sous forme agrégée. Ces agrégats sont des structures complexes constitués d'une communauté très diversifiée de micro-organismes et d'unematrice de substances exopolymériques (EPS). Des protéines, des polysaccharides, des substances dites humiques, des acides nucléiques et des lipides composent les EPS. La charge globale négative, la présence de domaines hydrophobes, la capacité de dispersion/agrégation des agrégats et les enzymes extracellulaires associées aux EPS confèrent aux agrégats des propriétés adsorbantes particulières et influencent la dispersion des polluants dans l'environnement. Notre étude participe à une réflexion générale sur l'importance du domaine extracellulaire dans l'accumulation des composés organiques par les agrégats biologiques issus des stations d'épuration d'eaux usées urbaines. Ainsi, nous avons analysé les acides gras des agrégats biologiques et des EPS extraits de ces agrégats afin de constituer un référentiel nouveau et déterminer la composition du domaine extracellulaire des agrégats: au moins 85 acides gras différents composent les phospholipides, les 'glycolipides, les lipides neutres et les lipopolysaccharides. Malgré la faible proportion d'acides gras mesurée dans les EPS (1,8 %), ces composés jouent certainement un rôle considérable dans les propriétés adsorbantes des agrégats. Par ailleurs, l'analyse des acides gras des phospholipides montre l'existence de micro-organismes comme des eucaryotes, des bactéries à gram-positif ainsi que des bactéries à gram-négatif, des bactéries sulfato-réductrices, des mycobactéries, des levures et des champignons dans un état plus stressé en période hivernale comme le montre la proportion plus importante d'acides gras insaturés. Par ailleurs, l'analyse des acides gras a permis de séparer les sédiments et les matières en suspension de rivière prélevés en amont et en aval de la zone de rejet des eaux épurées d'une station d'épuration. Notre étude avait aussi pour objectif de créer en laboratoire des agrégats biologiques de propriétés définies par application de discontinuités en oxygène de courte durée. Cette étude a nécessité la standardisation des tests de mesure de l'hydrophobicité des agrégats par le test d'adhésion à l'octane et des EPS par chromatographie d'interaction hydrophobe. L'application de discontinuités en oxygène de courte durée ne semble pas suffisante pour affecter rapidement les caractéristiques physico-chimiques du domaine extracellulaire, même si quelques signaux sont mis en évidence: l'augmentation de la part d'EPS fortement retenus par un ligand hydrophobe, l'augmentation de la quantité de phospholipides des agrégats et l'augmentation de la proportion des acides gras 17:0 et 18:1 augmentent. Enfin, nous avons quantifié l'adsorption par des boues activées de trois molécules organiques (sulfonate d'alkylbenzène linéaire (CIl-LAS), azocaséine et azoalbumine) et la réversibilité de l'adsorption de ces trois molécules. L'adaptation d'outil analytique (extraction en phase solide, chromatographie liquide haute perfomance) a permis l'analyse des sulfonates d'alkylbenzène dans les échantillons d'eaux usées et de rivière. Les agrégats biologiques sont capables d'adsorber rapidement les molécules organiques modèles du milieu aqueux:
Author: Frédéric Jorand
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Languages : fr
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La sédimentation de la biomasse microbienne formée au cours du procédé nommé "boues activées" est une étape clé du traitement biologique des eaux usées. Son efficacité dépend, outre de la présence de bactéries filamenteuses, de la structure physico-chimique des agrégats bactériens ou "flocs". L'analyse bibliographique souligne le caractère hydrophobe des micro-organismes et son effet sur la floculation. Afin d'améliorer la sédimentation des boues, nous avons cherché à expliquer et à contrôler le caractère hydrophobe des flocs. La microscopie électronique et des analyses granulométriques d'agrégats dispersés, montrent la structure hétérogène des flocs. Ceux dont le diamètre moyen est égal à 125 μm sont constitués de micro-agrégats de 13 μm et de particules de 2.5 μm. Certains micro-agrégats correspondent à des micro-colonies bactériennes. Le floc est constitué de bactéries et d'une matrice d'hétéropolymères. Ces hétéropolymères, extraits par les ultrasons, sont constitués de protéines, de sucres et d'ADN. Par chromatographie d'adsorption à pH acide sur résines non ioniques, le caractère hydrophobe des hétéropolymères solubles est mis en évidence. Le test d'adhésion microbienne à l'octane révèle la coexistence dans les boues de bactéries "hydrophobes" et de bactéries "hydrophiles". Le caractère "hydrophobe / hydrophile" de certaines de ces souches varie en fonction des paramètres environnementaux qui agissent sur la croissance bactérienne (nutriments, oxygène, ... ). Le contrôle de ces paramètres devrait permettre, en favorisant les populations bactériennes hydrophobes et/ou la production de polymères hydrophobes, d'assurer la formation de flocs présentant une bonne aptitude à décanter. Cependant, les plus faibles capacités de "biosorption" de la matière organique des eaux usées par les boues activées sont obtenues avec les flocs les plus denses. Il est alors nécessaire de trouver le compromis entre une bonne sédimentation des boues et une bonne capacité de biosorption.
Author: Marie-France Dignac
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Languages : fr
Pages : 0
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Le traitement biologique par boues activees permet d'eliminer une grande partie de la matiere organique (mo) des eaux residuaires. L'amelioration du taux d'elimination de la mo et la diminution du volume des boues formees lors du traitement sont deux problemes cruciaux d'une station d'epuration. La connaissance de la mo des eaux et des boues est essentielle pour leur comprehension. Le but de ce travail etait de determiner une methodologie analytique (analyses moleculaires et pyrolyse) applicable a ces echantillons. L'etude d'un site particulier a montre que la mo est bien eliminee par le traitement biologique. Les analyses suffisent a decrire 60% de la mo des boues activees, mais une fraction importante de la mo des eaux usees (50%-60%) et des eaux traitees (80%) reste non caracterisee. Elle pourrait etre constituee de composes refractaires a l'hydrolyse chimique, correspondant a des composes refractaires a la biodegradation formes au cours du traitement. Dans les boues activees, la cohesion des flocs bacteriens est assuree par des exopolymeres, dont l'influence sur les processus de traitement des boues est importante. L'analyse des exopolymeres a permis de decrire la structure des boues activees. Les proteines sont largement dominantes dans les structures extracellulaires de la boue etudiee, et peuvent provenir des eaux residuaires ou du metabolisme bacterien (proteines de structure, exoenzymes, produits de la lyse des cellules). La comparaison de methodes d'extraction des exopolymeres suggere une forte implication des proteines dans les liaisons electrostatiques et hydrophobes qui assurent la cohesion des flocs. La composition des sucres montre qu'ils proviennent des exopolymeres bacteriens, de produits de degradation des eaux usees, et de produits de la lyse bacterienne. Les lipides bacteriens sont peu impliques dans la structure de la boue, et ne s'accumulent pas dans les exopolymeres.
Author: Sidonie Lambert
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Languages : fr
Pages : 138
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Ce travail a pour objectif de mieux comprendre et de mesurer la structure des agrégats bactériens présents dans les boues activées au cours des procédés d'assainissement biologique des eaux urbaines. Afin de mener à bien l'étude structurale des agrégats bactériens, il a fallu développer de façon théorique et expérimentale un outil de mesure structurale in situ. On a ainsi mis au point une nouvelle méthode de mesure expérimentale de la structure des agrégats fractals par diffusion de la lumière. Cette méthode permet en outre de calculer la distribution granulométrique des systèmes agrégés en tenant compte de leur géométrie fractale. Une campagne de mesure réalisée sur 10 stations d'épuration différentes a permis de déterminer les caractéristiques structurales (dimensions fractales comprises entre 2.09 et 2.33) et granulométriques des flocs bactériens issus du procédé d'assainissement biologique. Il est établi que les boues activées sont constituées de flocs bactériens de grandes tailles (100-3000um). La décantation des flocs bactériens est d'autant meilleure que les agrégats formés au cour des procédés sont grands, monodisperses en taille et compacts. Le Fer joue un rôle important dans la décantation des flocs. Le Calcium et le Magnésium forment des ponts cationiques au sein de la matrice de polymères exocellulaires sans pour autant influer sur la structure des flocs. Afin d'optimiser la décantation et l'activité biologique de ces agrégats, on étudie la floculation d'Escherichia coli et d'eaux brutes décantées par des polymères cationiques synthétiques. On montre que la floculation est très efficace. Les propriétés de dégradation du substrat sont totalement conservées alors que la quantité de biomasse est réduite d'au plus 30% en utilisant des polymères de forte cationicité. Il apparaît donc que la floculation ait donné naissance à des agrégats possédant moins de zones biologiquement inactives. La cinétique de floculation est très rapide et donne naissance à une population d'agrégats assez monodisperses vers les grandes tailles (supérieures à 100 um). Cependant la modélisation des flocs de boues activées par les agrégats issus de la floculation contrôlée d'eaux brutes décantées ne donne pas toujours entière satisfaction. Cette inadéquation met en évidence l'importance de l'impact des conditions d'exploitation du procédé sur la floculation.
Author: Gaëlle Lebrun
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Languages : fr
Pages : 262
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Les performances des bassins d'aération dans les stations de traitement des eaux usées sont directement liées au transfert de l'oxygène de la phase gaz à la phase liquide, afin d'approvisionner en oxygène des bactéries responsables de la biodégradation de la matière organique. Une prédiction précise du transfert de l'oxygène est donc nécessaire mais reste toutefois difficile, et notamment en raison de la composition de la phase liquide, qui présente une rhéologie complexe mais aussi des agents tensioactifs, qui diminuent drastiquement le coefficient de transfert. L'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments de réponse quant aux mécanismes régissant le transfert de matière dans de telles conditions. Pour cela, la technique d'inhibition de fluorescence induite par plan laser (PLIF-I) a été utilisée afin d'effectuer des mesures de transfert de l'oxygène depuis une bulle isolée en ascension dans un liquide au repos et d'avoir ainsi accès à des informations sur l'hydrodynamique de la bulle et sur le transfert de matière. Des mesures de transfert de l'oxygène ont été réalisées dans un milieu visqueux et en présence de tensioactifs afin de s'approcher au maximum des conditions de stations d'épuration. La présence de tensioactifs a été identifiée comme l'élément rendant la prédiction du coefficient de transfert la plus délicate par les corrélations usuelles, ce qui permet de penser que tous les mécanismes régissant le transfert de matière en présence de tensioactifs ne sont pas encore appréhendés. Afin d'identifier ces mécanismes, deux pistes ont été envisagées. Tout d'abord, afin de mieux comprendre quels impacts les tensioactifs ont sur l'interface et son voisinage, une synthèse de la littérature sur les techniques permettant de visualiser les tensioactifs a été réalisée. A l'issu de ce travail, un tensioactif fluorescent a été synthétisé et visualisé dans un canal. Cela a permis de déterminer un coefficient de diffusion du tensioactif, loin de l'interface. La seconde approche adoptée s'intéresse à la structure des tensioactifs. Dix tensioactifs ont été sélectionnés afin d'étudier des tensioactifs chargés : cationiques et anioniques présentant différentes longueurs de chaînes hydrophobes, et des tensioactifs nonionique, avec différentes longueurs de chaîne hydrophile. Ainsi, nous avons pu mettre en relation (i) longueurs des chaînes des tensioactifs, (ii) colonisation de l'interface par des mesures de tension superficielle et construction d'isothermes d'adsorption et (iii) coefficient de transfert de l'oxygène par des mesures PLIF-I. Il a donc été montré que colonisation de l'interface et transfert de matière étaient étroitement liés. La longueur de la chaîne hydrophobe a été identifiée comme le paramètre ayant un impact sur la colonisation de l'interface et le transfert de matière, à concentration dans la phase liquide identique, tandis que changer la longueur de la chaîne hydrophile n'a pas d'impact sur le transfert de matière, à concentration molaire égale. Ce travail a été réalisé sur près de 300 bulles isolées avec différents tensioactifs à différentes concentrations. Ce large panel permet de comparer les résultats avec la corrélation de Frössling, prévoyant le coefficient de transfert de matière pour des bulles complètement contaminées en prenant en compte les paramètres hydrodynamiques des bulles. A forte concentration en tensioactifs dans la phase liquide, la corrélation semble trouver ses limites et le coefficient de transfert prévu surestime celui obtenu expérimentalement. Les résultats montrent que l'aspect hydrodynamique des bulles ne peut pas rendre compte à lui seul de la diminution du coefficient de transfert de l'oxygène côté liquide, à forte concentration en tensioactifs. Quelques pistes sont proposées pour construire un modèle prenant en compte des paramètres supplémentaires comme les constantes d'adsorption et la concentration en tensioactifs, qui constituent des perspectives intéressantes de ce travail.
Author: Matthieu Praderie
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Languages : fr
Pages : 188
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Book Description
Les normes plus restrictives de rejets après traitement des eaux résiduaires urbaines, ainsi que l'obligation faite aux petites localités d'être équipées (d'ici 2005) de leur propre station d'épuration, entraînent le développement de nouveaux systèmes de dépollution. Le couplage de techniques membranaires au procédé de traitement biologique par boues activées apporte une solution à ces contraintes. L'étape de la clarification par décantation y est supprimée, et la possibilité d'opérer avec des boues âgées et fortement concentrées permet de réduire le volume des ouvrages. Le procédé de traitement avec les membranes directement immergées dans la boue activée représente la 2ème génération de ces systèmes de couplage, il succède au procédé dit à boucle externe et il apporte une simplification de mise en oeuvre et une réduction des coûts énergétiques. L'étude présente les conditions de fonctionnement du procédé de boues activées à membranes immergées (BAMI) tant sous l'aspect de l'épuration biologique que sous l'aspect des performances hydrauliques. Elle permet de définir des conditions opératoires permettant d'obtenir une élimination très poussée de la DCO et de l'azote, ainsi que des flux de perméat stables. La qualité bactériologique de l'eau traitée est satisfaisante. Le dispositif est insensible au phénomène de foisonnement, élimine les risques de perte des boues vers le milieu récepteur et par rapport à un traitement conventionnel, la production de boues en excès est réduite.
Author: Benoît Teychené
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Languages : fr
Pages : 285
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Book Description
Le traitement des eaux usées urbaines constitue une phase importante de la gestion globale des ressources en eau. Le bioréacteur à membranes est une option de choix pour répondre à cette demande. Ce procédé de traitement présente plusieurs avantages par rapport aux procédés classiques à boues activées mais reste confronté à l’un des problèmes majeurs de la filtration membranaire : le colmatage de la membrane. De nombreuses études ont mises en évidence l’impact néfaste sur la filtration de composés contenus dans le liquide interstitiel des boues activées définis comme des colloïdes ou des composés solubles. Cependant dépendant des nombreuses conditions opératoires rencontrées dans les bioréacteurs à membranes, les résultats sont encore contradictoires. Ainsi une meilleure identification des composés problématiques et des mécanismes de colmatage est nécessaire afin de mieux optimiser les conditions opératoires et les opérations de maintenances. C’est pourquoi cette étude s’attache à identifier les principaux composés colmatants contenus dans la fraction non particulaire d’échantillons de boues activées réelles, à étudier la modification des dépôts de filtration induite par l’ajout de particules synthétiques submicroniques et à suivre la formation des dépôts in situ par mesure de différence de potentiel électrique transmembranaire. Les résultats soulignent l’important rôle dans le colmatage membranaire jouer par les biopolymères organiques, plus précisément la structure de type protéines des ces composés. Il a été montré que ces composés induisent des dépôts très résistants, réversibles et très compressibles. De plus, nous avons montré que l’ajout de particules submicroniques au sein de ces dépôts à pour principal impact de modifier la compressibilité de ces dépôts et d’augmenter la rétention indépendamment des interactions prenant lieu entre les particules et les matières organiques. Cette étude ouvre donc sur la possibilité de réduire les doses de composés chimiques utilisés pour limiter le colmatage en prenant en compte les effets de structuration des dépôts. De plus les résultats montrent, que pour des matrices organiques relativement simples, la possibilité de suivre la formation de dépôts colmatants par mesure de potentiel électrique. Cependant de plus amples expériences doivent être réalisées afin d’interpréter le signal électrique lors de la filtration de fluides biologiques complexes
Author: Ekaterina Mitiouchkina
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Languages : fr
Pages : 235
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Book Description
Les territoires qui appartiennent aux régions avec un climat froid (Nord de la Russie et de l'Europe, Canada...) s'étendent sur quelques millions de kilomètres carrés. Ils peuvent être caractérisés par l'existence d'une couche de neige, durant plus de 6 mois et une température de l'air ambiant inférieur à -10°C pendant plus de 100 jours par an. Dans ces conditions difficiles l'efficacité du traitement des eaux usées décroît considérablement, voire devient nulle. Le traitement par boues activées est souvent l'étape essentielle pour la dégradation de la matière organique en station d'épuration. La cinétique de dégradation est très dépendante de la température, surtout lorsque la température ambiante descend largement au-dessous de -20°C. Déjà à partir de 18 °C dans les bassins on peut noter une diminution sensible du développement des micro-organismes. Lorsque la température décroît, les performances de dépollution tombent à des valeurs qui ne permettent plus de satisfaire aux normes de rejet. Cette constation a motivé cette étude sur l'utilisation des bactéries fixées sur des supports. On espère par ce moyen, compenser en partie la baisse de rendement par un accroissement de la concentration en micro-organismes dans les bassins. L'étude s'est déroulé en 3 temps. Dans un premier temps, une comparaison de la fixation des bactéries a été faite sur différents supports. Ensuite on a étudié la dégradation de composés modèles en discontinu à plusieurs températures avec les supports les plus performants. Enfin, une étude de dégradation en continu a été réalisée dans 2 colonnes aérobies à double enveloppe, avec et sans supports, pour les températures de 20, 15, 10 et 5°C. A l'issur de ces expériences, le traitement des résultats expérimentaux a permis de mettre en évidence le fait que plus la température baisse et plus la vitesse de dégradation diminue. Dans le cas de la dégradation en discontinue on observe une bonne performance des procédés avec support (PVDF 740 et Téflon) par rapport aux essais sans support même à des températures élevées. A des températures plus basses la différence entre les essais avec et sans supports se creusent davantage. les résultats en continu de la colonne avec supports, surtout dans les cas de l'azote ammoniacal et de l'azote kjeldahl, mais ne donnent pas une différence aussi visible qu'en discontinu.
