Development of optical trajectography device for the lagangian study of turbulent flow inside a stirred tank used in pharmaceutical industry

Poster (2012, September 10)

Photodegradation of phenol and benzoic acid by sol-gel-synthesized alkali metal-doped ZnO

in Materials Science in Semiconductor Processing (2012), 15(3), 264269

Efficient sludge thermal processing: from drying to thermal valorisation

in Tsotsas, E.; Mujumdar, A. S. (Eds.) Modern Drying Technology, Vol 4. Energy savings (2012)

Mesure par tomographie à rayons X de l’influence de la viscosité sur la distribution du liquide dans une colonne à empilage structuré.

in In SFGP (Ed.), Récents Progrès en Génie des Procédés - N° 101 - Des procédés au service du produit au coeur de l'Europe - Actes du XIIIème Congrès de la société Française de Génie des Procédés - Du 29 Nov. au 1er Décembre 2011 - Lille Grand Palais, FRANCE (2011, December)

Influence du stockage des boues de STEP sur les émissions de NH3 et de COV durant leur séchage

Poster (2011, November 29)

Le séchage constitue une étape importante en aval de la déshydratation mécanique en vue de la valorisation agricole ou énergétique des boues de station d’épuration. La teneur en eau peut être réduite à ... [more ▼]

Le séchage constitue une étape importante en aval de la déshydratation mécanique en vue de la valorisation agricole ou énergétique des boues de station d’épuration. La teneur en eau peut être réduite à moins de 5%, diminuant ainsi la masse et le volume des boues et, par conséquent, le coût pour le stockage, la manutention et le transport. L'élimination de l'eau augmente considérablement le pouvoir calorifique inférieur, transformant les boues en un combustible convenable. En outre, les boues séchées peuvent être stabilisées et exemptes d'agents pathogènes en fonction de la température et de la durée de traitement. Les technologies convectives sont largement utilisées pour le séchage des boues. Le principal avantage est la simplicité de la technologie et l’inconvénient majeur résulte de la grande quantité d'air à épurer et désodoriser. Le but des travaux menés par l'Université de Liège et VEOLIA Environnement est d'effectuer une caractérisation en laboratoire des émissions gazeuses en fonction des conditions de séchage. Pour ce faire, il est primordial de garantir une qualité constante de l'échantillon initial tout au long des mesures. En effet, même si elles sont conservées à basse température, les boues peuvent être le siège de dégradations biologiques et les propriétés de séchage peuvent être modifiées. Ainsi, la première partie de ce travail est consacrée à l’étude de l'influence de la durée de stockage des boues à 4°C sur les émissions gazeuses produites au cours de leur séchage convectif. Deux types de boues, l’une ayant subi une digestion et l’autre pas, sont étudiés. L’échantillonnage est effectué après la déshydratation mécanique dans deux stations de traitement des eaux usées situées à proximité de l'Université de Liège. Les échantillons sont stockés dans le laboratoire à 4°C dans un récipient hermétique. Pour effectuer les essais, 300 g de boue sont déposés dans le sécheur sous la forme d’un lit d'extrudés de 6 mm de diamètre. La masse de boue, la concentration en ammoniac et la concentration en composés organiques volatils sont mesurées en ligne respectivement par une balance, un analyseur infrarouge et un détecteur à ionisation de flamme. Des thermocouples permettent le suivi de la température en amont, au sein et en aval du lit de boue. Des essais de séchage sont effectués au jour 0 (= jour du prélèvement), et après 1, 2, 4, 10, 17 et 20 jours sous les conditions suivantes : température de l'air = 140°C; vitesse superficielle de l'air = 1 m/s; humidité absolue = 0,005 kgeau/kgair sec. La seconde partie du travail a été réalisée sur un échantillon de boue non digérée conservé à 12°C pour simuler des conditions réelles de stockage. Les essais de séchage ont été menés le jour de prélèvement et après 4, 10 et 20 jours, avec des conditions opératoires similaires. L’étude réalisée avec un stockage à 4°C montre que les émissions gazeuses sont maximales le jour du prélèvement, diminuent fortement durant les deux premiers jours de stockage pour atteindre un niveau constant durant deux semaines avant d’augmenter. Lors du stockage à 12°C, les émissions d’ammoniac et de COV sont multipliées respectivement par un facteur 40 et 4 entre le jour 0 et le jour 20. Ces résultats mettent en évidence l’impact des conditions et de la durée de stockage sur les émissions lors du séchage des boues et montrent l’importance de sécher les boues le plus rapidement possible pour limiter les nuisances. [less ▲]

Prise en compte l'état de la membrane cellulaire sur la réponse de biocapteurs fluorescents pour la détection de défaut d'écoulement au niveau des bioréacteurs : vers une intégration du "sécrétome" dans la problématique de l'extrapolation

Conference (2011, November 29)

Malgré les nombreuses approches envisagées à ce jour, la dynamique du stress microbien en conditions de culture intensive (procédé fed-batch) est encore un aspect mal maîtrisé. Au cours de ce travail ... [more ▼]

Malgré les nombreuses approches envisagées à ce jour, la dynamique du stress microbien en conditions de culture intensive (procédé fed-batch) est encore un aspect mal maîtrisé. Au cours de ce travail, deux biocapteurs microbiens basés sur le principe de la protéine fluorescente verte (Green Fluorescent Protein ou GFP) ont été mis en œuvre dans des réacteurs scale-down permettant de reproduire les défauts d'écoulement rencontrés dans les bioréacteurs industriels. Les promoteurs de stress associés à la synthèse de la GFP ont été choisis suivant leur sensibilité à la limitation en source de carbone, condition standard qui est rencontrée dans les processus fed-batch ou l'apport en substrat carboné est limité afin d'éviter des déviations du métabolisme microbien (promoteurs rpoS et csiE). Les résultats obtenus montrent clairement que l'exposition des biocapteurs à des hétérogénéités locales de substrat entraîne une diminution de l'expression de la GFP. L'intensité de fluorescence a été mesurée à l'échelle cellulaire par cytométrie en flux. Durant les cultures, une chute significative du niveau de GFP intracellulaire a été observée pour les deux conditions scale-down considérées et pour les deux types de promoteur. Cette chute de fluorescence peut être attribuée à des phénomènes de répression des promoteurs suite à la levée locale de la limitation en carbone, mais également au relargage de la GFP dans le milieu extracellulaire. Ce relargage a été observé dans toutes les conditions opératoires considérées, comme le montrent les analyses des surnageants de culture par SDS-PAGE. L'intensité du relargage est néanmoins plus forte dans les conditions standard de culture (c'est-à-dire dans des réacteurs classiques sans approche scale-down). En effet, la coloration par l'iodure de propidium des biocapteurs cultivés en conditions standards est plus élevée que dans les conditions scale-down, suggérant une perméabilité membranaire plus élevée. Ces résultats offrent des potentialités intéressantes pour l'analyse simultanée de la viabilité cellulaire et de la détection des défauts d'écoulement par l'emploi de biocapteurs microbiens. De plus, les analyses par SDS-PAGE ont montre une grande diversité de protéines relargée en cours de procédé. Cette observation est étonnante du fait de l'emploi de milieux minéraux définis dans toutes les conditions étudiées. L'analyse de ce sécrétome offre des potentialités intéressantes pour la caractérisation des conditions de stress encourues par les micro-organismes au cours des procédés. [less ▲]

Hybrid Euler-Lagrange approach to model concentration heterogeneities in stirred tank bioreactors

Conference (2011, November 15)

Potential use of GFP microbial biosensors for the detection of mixing imperfections and cell viability in bioreactors

Conference (2011, September 25)

The dynamics of microbial stress response in intensive cultivation conditions remains misunderstood. In this work, two green fluorescent protein (GFP) transcriptional reporters have been used as ... [more ▼]

The dynamics of microbial stress response in intensive cultivation conditions remains misunderstood. In this work, two green fluorescent protein (GFP) transcriptional reporters have been used as biosensors of the heterogeneities generated in a two-compartment scale-down reactor. The stress promoters have been chosen for their responsiveness to carbon limitation corresponding to the global substrate profiles encountered in intensive fed-batch cultures. From our results, it can be concluded that the exposure of microbial cells to substrates heterogeneities tends to decrease the GFP expression level in fed-batch mode. Fluorescence intensities have been monitored at the single cell level by using flow cytometry. During the course of the fed-batch culture, a drop at the level of the intracellular GFP content has been observed for the two scale-down operating conditions and for the two promoters sensitive to substrate limitation (rpoS and csiE). The fluorescence drop can be attributed to the repression of these promoters but also to the release of GFP to the extracellular medium according to the increase of the fluorescence level of the supernatant. This leakage has been observed for all the operating conditions, i.e. the scale-down reactors and the culture operating in the normal mode. Interestingly, GFP leakage is more pronounced in the case of the cultures operated in the normal mode. Indeed, staining by propidium iodide (PI) tends to be more elevated for the microbial cells cultured under the normal mode by comparison with those cultured in scale-down conditions, indicating a higher permeability of the membrane. These results are in accordance with previously published ones (Hewitt and co-workers) suggesting that microbial cells cultivated in heterogeneous bioreactors (scale-down and large-scale bioreactors) exhibits a higher viability level. These results suggest that GFP microbial biosensors could be used to detect simultaneously mixing imperfections and their impact on the viability of microorganisms. [less ▲]

Characterization of the response of GFP microbial biosensors sensitive to substrate limitation in scale-down bioreactors

in Biochemical Engineering Journal (2011), 55(2), 131-139

The dynamics of microbial stress response in intensive cultivation conditions remains not completely understood. In this work, two green fluorescent protein (GFP) transcriptional reporters have been used ... [more ▼]

The dynamics of microbial stress response in intensive cultivation conditions remains not completely understood. In this work, two green fluorescent protein (GFP) transcriptional reporters have been used as biosensors of the heterogeneities generated in a two-compartment scale-down reactor. The stress promoters have been chosen for their responsiveness to carbon limitation corresponding to the global substrate profiles encountered in intensive fed-batch cultures. From our results, it can be concluded that the exposure of microbial cells to substrates heterogeneities tends to decrease the GFP expression level in fed-batch mode. Fluorescence intensities have been monitored at the single cell level by using flow cytometry. During the course of the fed-batch culture, a drop at the level of the intracellular GFP content has been observed for the two scale-down operating conditions and for the two promoters sensitive to substrate limitation (rpoS and csiE). The fluorescence drop can be attributed to the repression of these promoters but also to the release of GFP to the extracellular medium according to the increase of the fluorescence level of the supernatant. This leakage has been observed for all the operating conditions, i.e. the scale-down reactors and the culture operating in the normal mode, i.e. in a well-mixed bioreactor. Interestingly, GFP leakage is more pronounced in the case of the cultures operated in the normal mode. Indeed, staining by propidium iodide tends to be more elevated for the microbial cells cultured under the normal mode by comparison with those cultured in scale-down conditions, indicating a higher permeability of the membrane. These results suggest that GFP microbial biosensors could be used to detect simultaneously mixing imperfections and their impact on the viability of microorganisms. [less ▲]

Estimation of the turbulent kinetic energy dissipation in a culture cell stirred tank bioreactor

in Chemical Engineering Science (2011), 66(8), 1728-1737

The turbulent dissipation rate is a key parameter in stirred tanks and its local values may have a strong influence on the performance of many processes. However, the local dissipation rate estimation is ... [more ▼]

The turbulent dissipation rate is a key parameter in stirred tanks and its local values may have a strong influence on the performance of many processes. However, the local dissipation rate estimation is far from easy in a stirred tank, especially near the impeller discharge where maximum values are encountered. The aim of this work is to estimate the dissipation rate in a vessel used for animal-cell cultures and stirred with a down-pumping axial impeller (Mixel TTP) from velocity fields measured by 2D-PIV. Special attention is paid to the assumptions necessary to estimate the dissipation rate from 2D measurements and to the influence of measurement spatial resolution on the estimated values. The analysis of isotropy ratios measured on vertical, horizontal and tangential planes shows that the turbulence in the impeller discharge is far from isotropic. Isotropy assumptions classically used to estimate the dissipation rate from 2D measurements may thus lead to erroneous values. Based on the measured isotropy ratios, a new relationship is proposed to estimate the dissipation rate in the impeller discharge. This relationship is then used to estimate the dissipation rate on a vertical plane located in the impeller discharge zone. In order to analyze the influence of the measurement spatial resolution on the estimated values of the dissipation, a total of 12 spatial resolutions are tested. Results show that if the spatial resolution is divided by a factor 2, the dissipation rate increases by 220%. For the smallest spatial resolution value used, the maximum dissipation rate estimated is 50 times higher than the mean overall dissipation rate and the corresponding minimum value of the Kolmogorov scale is nearly 3 times smaller than the Kolmogorov scale computed from the mean overall dissipation rate. [less ▲]