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Étude de la production des acides gras volatils à partir de la fermentation acidogène des boues d’épuration des effluents issus d’une usine de pâtes et papiers.

Sakaki, Soumia (2014). Étude de la production des acides gras volatils à partir de la fermentation acidogène des boues d’épuration des effluents issus d’une usine de pâtes et papiers. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 100 p.

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Résumé

Les acides gras volatiles (AGV) sont des acides gras à chaîne courte, produits à partir de la fermentation acidogène. Ces acides peuvent être une source efficace de carbone pour la production de polyhydroxyalcanoates (PHA). Par contre, l’emploi de ces AGV est actuellement limité par les coûts élevés de leur production. Pour résoudre ce problème et afin d’abaisser ces coûts de production, plusieurs recherches ont été effectuées afin de trouver des substrats de production moins dispendieux et capables de supporter la production des AGV. À ce propos, les boues d’épuration sont un substrat prometteur. L’intérêt d’employer des boues d’épuration est double puisque qu’il s’agit, dans un premier temps, de produire des AGV à des moindres coûts en utilisant un substrat économique. En un second lieu, il favorise la valorisation d’un sous-produit issu du traitement des eaux usées et dont l’élimination présente une problématique. L’objectif de ce travail est de produire des AGVs à partir de la fermentation acidogène des boues secondaires provenant du traitement des effluents issus de l’usine de pâtes et papiers, sous des conditions contrôlées de pH et de température. De nombreuses stratégies ont été suivies dans ce travail et ont permis d’améliorer les performances du procédé de production des AGVs. Tout d’abord, trois expériences ont été faites en ajoutant le glucose, le sucre de table et les eaux usées de l’industrie de l’amidon pour améliorer l’activité des bactéries acidogènes. Ces expériences ont montré que le saccharose est le meilleur. Ensuite, une autre étude a été réalisée afin de développer l’inoculum. Ces travaux ont permis de déterminer qu’un inoculum préparé à partir de boues de traitement des effluents issues de l’usine de pâtes et papiers, avec l’utilisation du saccharose comme additif, et acclimaté dans des conditions acidogènes favorables, améliore la production des AGV et aboutit à une réduction importante des matières volatiles en suspension (MVES). Un prétraitement thermo-alcalin appliqué aux boues avant la fermentation a permis d’atteindre une concentration importante des acides gras volatils totaux (AGVt) et de favoriser une réduction importante dans les matières en suspension (MES) et les MVES des boues hydrolysées utilisées (57% et 49%, respectivement). Finalement, d’autres séries d’expériences ont été effectuées pour optimiser les paramètres suivants : la concentration en MES, le pH et la température. Les résultats obtenus ont montré que ces trois paramètres affectent significativement la production des AGVs. En effet, la production maximum (12 820,8 mg/L) observée a été obtenue avec les boues concentrées à 35 g/L de MES. Au pH optimum de 10,0, les principaux AGV obtenus étaient : l’acide acétique, l’acide propionique et l’acide iso-valérique. Concernant la température, la production était très importante et a augmenté rapidement sous les trois températures étudiées (25, 35 et 45°C) (6 601 mg/L, 7 356,56 mg/L et 7 796 mg/L, respectivement), alors qu’à 15°C, la production était faible (2 412 mg/L). De plus, aucune variation significative de production des AGV n’a été remarquée entre les températures de 45°C et 35°C.

Abstract

The volatile fatty acids (VFA) are short-chain fatty acids produced from the acidogenic fermentation. These acids may be carbon sources for polyhydroxyalkanoates (PHA) production. However, the use of these VFA is currently limited by their high production costs. To solve this problem, several studies have been conducted to find less expensive substrates capable of producing the VFA. In this regard, the sewage sludge is a promising substrate. There are two advantages of using sewage sludge : first, it reduces the cost of VFA production by using an economic substrate; second, it converts the sludge as a by-product of wastewater treatment into a value-added product and minimizes the problem of sludge disposal. Therefore, the objective of this work is to produce VFAs from the acidogenic fermentation of secondary sludge from pulp and paper industry, under controlled pH and temperature conditions. Several strategies have been employed to improve the VFAs production process performance. First, three experiments were conducted to enhance the activity of the acidogenic bacteria by adding glucose, sucrose and starch industry wastewater, respectively. The best results were obtained with sucrose. Then, studies were performed using different inocula. The results showed that an inoculum prepared from sludge of the pulp and paper industry, with the use of sucrose as an additive and acclimated in favorable acidogenic conditions improved the VFA production and resulted in a significant reduction in volatile suspended solids (VSS). A thermo-alkaline pretreatment applied to the sludge before fermentation has resulted in a high VFA concentration and in a significant reduction (57% and 49%) for sludge SS and VS, respectively. Finally, different sets of experiments were performed to optimize the following parameters : the concentration of SS, pH and temperature. The results showed that these three parameters significantly affected the production of VFA. The maximum VFA concentration (12 820,8 mg/L) was obtained with the sludge (TSS) concentrated of 35 g/L. The optimum pH was 10,0 for VFA production and acetic acid, propionic acid and iso-valeric acid were the major VFA obtained. Temperature also plays an important role in VFA production. The concentration (2 412 mg/L) of produced VFA was lower at lower temperature (15°C), it increased as temperature increased, the VFA concentrations were 6 601 mg/L, 7 356 mg/L and 7 796 mg/L at temperatures of 25, 35 and 45°C, respectively, while there was no significant difference in VFA concentration between 45 and 35°C.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse: El Haji, Kamal
Mots-clés libres: acide acétique; acide gras; acide gras volatile; acide iso-valérique; acide propionique; boues d’épuration; fermentation acidogène; prétraitement thermo-alcalin; polyhydroxyalkanoates
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 17 mars 2015 20:21
Dernière modification: 17 mars 2016 15:42
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2620

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