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Étude conjointe de la biolixiviation des métaux lourds et de la stabilisation des boues de stations d'épuration.

Benmoussa, Hamel (1997). Étude conjointe de la biolixiviation des métaux lourds et de la stabilisation des boues de stations d'épuration. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 243 p.

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Résumé

La présente recherche consistait à mettre au point un procédé microbien permettant conjointement la stabilisation des boues municipales et l'enlèvement des métaux qui y sont associés, ce qui réduirait considérablement les temps et coûts de traitement. Ce procédé utilise des souches microbiennes hautement actives du genre thiobacilles retrouvées naturellement dans l'environnement. Ces souches oxydent le soufre élémentaire (substrat), produisant ainsi de l'acide sulfurique et augmentant le potentiel d'oxydoréduction, ce qui favorise la solubilisation des métaux à des pH voisins de 2.0. Les essais réalisés en erlenmeyers (Benmoussa et al., 1994a) et en bioréacteurs (Benmoussa et al., 1994b) sur différents types de boues, provenant de différentes stations d'épuration (Benmoussa et al., 1994c, 1997a, 1997b), montraient que la chute de pH entraînait une solubilisation importante des métaux et une réduction jusqu'à 50% des matières volatiles en suspension (MVS). Le soufre nécessaire à la biolixiviation-stabilisation était introduit, selon les cas, sous forme de granules ou de blocs; ce dernier mode d'introduction s'avérait plus efficace et préférable au soufre en granules quant à la minimisation du pouvoir acidophile de la boue produite. Les résultats obtenus en erlenmeyers, avec du soufre granulaire et des boues secondaires de Black Lake (expérience 1), montraient que la forte chute de pH (<2.5) était directement liée à la quantité de soufre présent, et entraînait une solubilisation importante des métaux allant de 20 à 100%. De plus, ce procédé permettait une réduction des MVS de 33%, alors que les propriétés fertilisantes des boues étaient conservées. L'effet du taux d'aération sur la biolixiviation-stabilisation était vérifié dans quatre bioréacteurs identiques de type colonne avec recirculation interne. L'aération dans les bioréacteurs était de 0.06, 0.09, 0.12 et 0.16 volume/volume/minute (vvm). L'augmentation du taux d'aération de 0.06 à 0.09, 0.12 et 0.16 vvm a conduit à une augmentation du potentiel d'oxydo-réduction (POR), ainsi que des vitesses d'acidification et de réduction des MVS des boues. Néanmoins, après 10 jours d'incubation, le pH et le taux de réduction des MVS étaient pratiquement semblables pour les quatre taux d'aération. Dans tous les cas, les taux de solubilisation des différents éléments étaient très voisins et variaient selon leur nature chimique. La forte baisse de pH à des valeurs voisines de 2.0 a provoqué une réduction sous la limite de détection de 10 UFC/mL des bactéries pathogènes, et une légère baisse des hétérotrophes aérobies totaux (1 à 2 à l'échelle logarithmique). Afin d'en comparer l'efficacité, deux types de bioréacteurs (parfaitement agité et de type colonne avec recirculation externe des boues) ont été utilisés avec des boues primaires de la station d'épuration de la communauté urbaine de Québec (C.U.Q.- Est). Le bioréacteur parfaitement agité a reçu du soufre en granules de 2.4 à 4.0 mm de diamètre, alors que celui de type colonne a reçu du soufre en blocs de 25 mm de diamètre. Les résultats obtenus montraient une solubilisation des métaux et une réduction des MVS plus importantes dans le cas du bioréacteur de type colonne. Les résultats obtenus en bioréacteurs de types colonne avec recirculation interne des boues provenant de quatre différentes stations d'épuration montraient que les rendements de solubilisation des métaux n'étaient pas affectés par le type de boues traitées et que la réduction des MVS était plus importante dans le cas de la biolixiviation-stabilisation. En plus d'influer beaucoup sur le pouvoir acidophile de la boue produite, l'utilisation du soufre en blocs a conduit à la création, entre les blocs de soufre, de zones anoxiques où s'est produite une dénitrification rapide effectuée par les bactéries à métabolisme respiratoire, permettant une réduction de la biomasse, sans apport d'air. Enfin, il était important de montrer l'effet de la concentration en solides des boues sur le présent procédé en bioréacteur de type colonne. Les résultats obtenus lors de la biolixiviation-stabilisation montraient que la concentration en sulfates produits augmentait avec la concentration initiale en matières en suspension (MES) des boues, alors que la vitesse d'acidification de celles-ci diminuait. La réduction des MVS des boues lixiviées était nettement supérieure à celle obtenue pour les boues contrôles respectives et les valeurs de la constante de dégradation des matières biodégradables (kd) décroissaient linéairement lorsque la concentration en MES augmentait. Les taux de solubilisation des différents métaux, lors de la biolixiviation-stabilisation diminuaient lorsque les concentrations en MES des boues augmentaient. Enfin la phase solide des boues lixiviées gardait entièrement ses valeurs fertilisantes.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse: Campbell, Peter G.C.
Mots-clés libres: métaux lourds; boues d'épuration; soufre élémentaire; biolixiviation; stabilisation des boues; azote; nitrification; dénitrification
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 18 juin 2013 18:01
Dernière modification: 09 nov. 2015 20:59
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1378

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