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Évaluation du potentiel de production de protéases bactériennes à partir de boues d'épuration municipales.

Meunier, Nathalie (1999). Évaluation du potentiel de production de protéases bactériennes à partir de boues d'épuration municipales. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 184 p.

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Résumé

Le présent projet de recherche vise à produire des protéases à partir des boues d'épuration municipales. L'intérêt de ces travaux est double puisque, dans un premier temps, il s'agit de produire des protéases à des coûts de production moindre en misant sur les éléments nutritifs que contiennent les boues d'épuration municipales au lieu des milieux de culture synthétiques habituellement utilisés dans l'industrie des protéases. En second lieu, il vise à recycler un sous- produit issu du traitement des eaux usées et dont la disposition est généralement coûteuse. Ce projet comporte deux étapes principales. Dans un premier temps, il s'agit de faire croître des microorganismes reconnus comme producteurs de protéases alcalines en utilisant les boues d'épuration municipales comme milieu de culture. Dès lors, une évaluation des protéases produites peut être effectuée en tenant compte du rendement de production et de l'activité protéolytique par rapport à une préparation enzymatique équivalente déjà produite et commercialisée sur une base importante. Dans un deuxième temps, un modèle informatisé est élaboré afin de déterminer les coûts de production associés à cette nouvelle approche technologique et, pour définir les critères de performance à atteindre pour une commercialisation éventuelle de ce procédé. Les travaux de production d'enzymes protéolytiques ont démontré que la croissance des microorganismes producteurs de protéases dans les boues d'épuration est comparable à celle obtenue en milieu synthétique. De plus, les boues possèdent l'ensemble des éléments nutritifs requis pour la production de protéases. Toutefois, un apport exogène de source de carbone facilement assimilable, tels que la dextrine, le glucose ou la mélasse, permet d'augmenter les rendements de production des protéases alcalines. Les caractéristiques des boues utilisées pour la production de protéases semblent également être un paramètre à considérer. Ainsi, les résultats obtenus suggèrent qu'il est préférable d'opter pour des boues secondaires ayant un contenu en solides élevé (environ 20 g/L de solides totaux) afin de ne pas avoir de carence en éléments nutritifs et en substrats organiques pour une croissance microbienne optimale. Les résultats ont également fait état qu'une addition exogène d'azote ammoniacal inhibe la production des enzymes protéolytiques, alors qu'un ajout d'une source protéique (farine de soya) aux boues n'affecte pas notablement la production des protéases. La stabilisation du pH du milieu dans les gammes optimales de production des protéases par les microorganismes constitue l'une des principales difficultés rencontrées dans cette recherche. L'addition d'un tampon fort, tel que le tampon phosphate (PBS 0,1M), a permis de résoudre en partie ce problème. L'emploi du tampon borate est déconseillé, puisque les résultats obtenus suggèrent que celui-ci affecte négativement la production des protéases. L'utilisation du modèle d'évaluation technico-économique conçu sur chiffrier électronique développé dans le cadre de ce projet a permis d'évaluer l'intérêt financier de produire des protéases alcalines à partir des boues d'épuration municipales (BOUE) en comparaison à un procédé usuel de production utilisant un milieu synthétique (CONV). Les simulations effectuées considèrent, pour les deux procédés, une production maximale de 6,0 U.I./mL obtenue après 48 heures de fermentation. Dans le cas du procédé CONV, les coûts globaux de production de protéases ont été évalués respectivement à 257, 162 et 108 $Can/M.U.I. pour les capacités de production de 55000, 165000 et 550 000 M.U.I./an. Pour ce qui est du procédé BOUE, les coûts de production ont été estimés à 235, 140 et 87 $Can/M.U.I. En terme de coûts globaux de production par masse de protéines produites, des coûts de 283, 178 et 119 $Can/kg ont été mesurés pour le procédé CONV, alors que pour le procédé BOUE, ceux-ci ont été établis à respectivement 259, 154 et 95 $Can/kg. Ainsi, la comparaison des coûts de production des deux procédés, pour les capacités de production de 55 000, 165 000 et 550000 M.U.I./an, montre que le procédé BOUE permettrait une économie de respectivement 7,7, 12,3 et 18,5 % par rapport au procédé CONV. La différence entre les deux procédés est principalement notée au niveau des coûts directs d'opération (économie en produits chimiques), pour lesquels le procédé BOUE présente une économie de 20,1, 29,1 et 38,3 % par rapport au procédé CONV. Ces comparaisons sont toutefois basées sur les scénarios de simulation utilisés, pour lesquels des rendements de production d'enzymes identiques (6,0 unités enzymatiques par millilitre de milieu de culture après fermentation) ont été utilisés. Dans la mesure où le procédé BOUE, permettrait un rendement de production non semblable, les économies réalisées seraient inévitablement différentes. Ainsi, en utilisant le modèle il est possible d'évaluer le rendement de production d'unités enzymatiques minimal pour que le procédé BOUE soit plus économique que le procédé CONV. Par exemple, pour des usines de fermentation produisant respectivement 55000, 165000 et 550000 M.U.I./an, des rendements de production (activité enzymatique dans le milieu de culture après fermentation) minimaux de 5,54, 5,26 et 4,89 U.I./mL sont requis. Ces valeurs montrent que pour être plus économique que le procédé CONV, le procédé BOUE doit fournir un rendement de production supérieur ou équivalent, selon les cas, de 82 à 92 % de celui du procédé conventionnel utilisé dans l'industrie de production de protéases alcalines.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Mots-clés libres: boue; comparaison; coût; enzyme; épuration municipal; production; protéase bactérienne; rendement; simulation; test
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 févr. 2014 15:37
Dernière modification: 24 nov. 2015 21:04
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1861

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