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Traitement biologique des eaux usées hautement riches en matières nutritives provenant d'abattoir de porcs dans un réacteur biologique séquentiel.

Filali Meknassi, Youssef (2003). Traitement biologique des eaux usées hautement riches en matières nutritives provenant d'abattoir de porcs dans un réacteur biologique séquentiel. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 250 p.

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Résumé

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L'épuration des eaux usées industrielles hautement chargées en nutriments, telles que les eaux usées du secteur agro-alimentaire, représente une problématique complexe et d'actualité. En effet, la plupart des stations d'épuration ont été conçues uniquement pour l'élimination du carbone, des matières en suspension et une partie des matières dissoutes. Par contre, l'azote et le phosphore sont simplement minéralisés et rejetés dans la nature. Dans bien des cas, ce traitement partiel n'est pas suffisant pour maintenir un équilibre biologique satisfaisant au sein du milieu récepteur. De nos jours, les procédés biologiques semblent être les plus compétitifs et les mieux adaptés au traitement combiné du carbone, de l'azote et du phosphore, présents dans les eaux usées industrielles. Ce traitement permet en plus de valoriser les boues. Les eaux usées d'abattoirs de porcs contiennent une contamination importante en CNP (5000 mg DCO/L, 360 mg NH4+-N/L et 82 mg P/L) qu'on ne peut évacuer dans l'environnement sans un traitement efficace préalable. L'objectif principal de cette recherche a été de calibrer le modèle ASM2d pour modéliser l'enlèvement du carbone, de l'azote et du phosphore (CNP) des eaux usées d'abattoirs de porcs à l'aide d'un réacteur biologique séquentiel (RBS). En traitement d'eau usée, l'objectif d'optimiser les procédés de traitement est d'obtenir un enlèvement efficace d'un polluant spécifique à moindre coût. Ainsi, nous avons d'abord déterminé le cycle optimal de traitement en RBS pour un enlèvement simultané en CNP. Afin de limiter le nombre d'expériences, des simulations ont été effectuées, à l'aide du modèle ASM2d et du logiciel GPS-X®. Un cycle à deux alimentations successives, avec un TRH de 48H et un TRS de 20 jours, a été retenu (phase 1). Par ailleurs, les simulations ont montré qu'un ajout d'acétate était nécessaire pour compléter la dénitrification de l'effluent (phase 2). L'ajout de sels métalliques était également requis pour réduire le niveau de P à l'effluent (phase 3). Le cycle a ensuite été testé en laboratoire, et nous avons ainsi vérifié les prédictions du modèle ASM2d. Un procédé de nitrification/dénitrification a donc été utilisé pour enlever l'azote. Dans un premier temps, l'eau usée a été utilisée comme source interne en carbone (phase 1) pour réduire les coûts reliés à l'ajout de l'acétate, lors de la dénitrification. Dans un second temps, l'acétate de sodium a été utilisé comme source externe en carbone pour compléter la dénitrification de l'effluent (phase 2). Le procédé mis en place a permis d'atteindre un enlèvement simultané en matière organique (96%) et en azote (96%). Le modèle ASM2d a été calibré à l'aide du logiciel GPS-X® suite à l'étude expérimentale en laboratoire. Enfin, l'effet de la co-précipitation chimique du P par ajout de chlorure ferrique (FeCl3) sur l'enlèvement biologique du CNP a été évalué. Le système en phase 1 (sans ajout de FeCl3) permettait un enlèvement en P de 84% alors que la co-précipiation chimique (phase 3) procurait un enlèvement supplémentaire en phosphore de 12% (11 mg P/L en phosphore total), pour une concentration de 3 mg P/L à l'effluent. Des études expérimentales pour la calibration et la validation du modèle ASM2d ont été aussi menées en RBS. L'étude a montré que le modèle ASM2d avec l'ajustement de sept paramètres cinétiques(µAUT, bAUT, Ko2,KNH4, Kh, µPAO and bPAO) a permis de prédire le comportement de la boue activée en RBS et a fournit des profiles d'enlèvement du phosphore, NH4-N, NOx-N et de la DCO comparables à ceux obtenus en expériences. Cependant, durant les phases aérées, un relargage de phosphore a été noté, alors que ce phénomène n'a pas été observé expérimentalement.

Abstract

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The increasingly stricter nitrogen and phosphorus limits on wastewater discharges requires improved performance of activated sludge processes. This has stimulated studies on both the understanding and modeling of the behaviour of activated sludge process and on developing and improving the biological nutrient removal process configurations. The activated sludge technology is dominating in biological nitrogen removal from wastewater. With its intrinsic flexibility the modem sequencing Batch Reactor (SBR) enjoys a gradually widening application, and is subject to extensive research to better comprehend and exploit the advantages it offers. The perplexing abundance of possible design choices in the SBR makes it an important task to develop a - unified design basis in comparison with conventional activated sludge nitrogen removal plants, which are more complicated. In this study, SBR was used to treat a swine slaughterhouse wastewater, strongly loaded in carbon, nitrogen and phosphorus (CNP). This slaughterhouse wastewater contains an average COD concentration of 5000 mg/L, ammonium of 360 mg N/L and phosphorus of 82 mg P/L. The principal objective of this thesis was to calibrate the ASM2d model and model the CNP removal from swine slaughterhouse wastewater using an SBR. The aim of this thesis was firstly to find the best cycles for simultaneous CNP removal from slaughterhouse wastewater in an SBR using GPS-X® software and ASM2d model. Simulations with different aeration strategies, residence time, sludge age and feed strategies were carried out to determine the best system performance. The simulation results showed that two equal feed system with 48h HRT and 20d SRT gave the best performance. Simulation also showed that addition of acetate was necessary to complete the denitrification process. The addition of metal salts was also necessary to reduce the level of P to meet the standards. Thus, in the second part of this study experimental tests were conducted and the influent wastewater was used as internal carbon source and the sodium acetate as an external one to complete the denitrification (phase 2) and achieve the simultaneous organic matter (96%) and nitrogen removal (96%). The simulated results were verified with experimental results obtained from laboratory SBR and the calibration of the model was carried out. The study showed that the model provides a powerful tool to reduce the experimental expenditure and time to find the optimum strategy. However the experimental P effluent concentration remained high as predicted by the simulations. Therefore the third objective was to reduce the effluent P concentration through a co- precipitation with ferric chloride (FeCl3) dosing (phase 3). Additional phosphorus removal was obtained and the co-precipitation allowed us to have an orthophosphates (o-P04) concentration below 1 mg P/L in the effluent. Indeed, without FeCl3 addition (phase 1), the total P concentration was reduced from 85±12 mg P/L to 14±2 mg P/L (84% removal), whereas after the addition of FeCl3, additional II mg P/L was removed bringing the effluent P concentration to 3 mg P/L (as total P). Experimental studies for the calibration and validation of ASM2d model were also carried out using laboratory SBR. The study showed that ASM2d model with the adjustment of seven kinetic parameters (µAUT, bAUT, Ko2, KNH4, Kh, µPAO and bPAO) was capable of predicting the behaviour of a laboratory SBR activated sludge and provided the profile of nutrients (Phosphorus, NH4-N, NOx-N and COD) removal. However, during simulations aerobic phase. A release of phosphorus was observed. Nevertheless it was not observed experimentally.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse: Comeau, Yves
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: eaux usées; abattoir de porcs; réacteur biologique séquentiel; biologie; contamination; carbone; phosphore; azote
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 03 oct. 2013 15:51
Dernière modification: 18 nov. 2015 15:45
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1520

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