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Traitement biologique des eaux usées riches en nutriments provenant de l'industrie agro-alimentaire dans un réacteur biologique séquentiel.

Tremblay, Anne (2000). Traitement biologique des eaux usées riches en nutriments provenant de l'industrie agro-alimentaire dans un réacteur biologique séquentiel. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 255 p.

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Résumé

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Le traitement efficace des eaux usées municipales est relativement bien défini et optimisé. Par contre, l'épuration des eaux usées industrielles chargées en nutriments, telles celles du secteur de l'agro-alimentaire, représente une problématique complexe et d'actualité. Les concentrations typiques en phosphore (P) des eaux usées domestiques en Amérique du Nord sont de 3 à 4 mg/L en orthophosphates. Par ailleurs, selon la littérature les teneurs en P des rejets provenant des industries de fabrication des produits laitiers varient de 7 à 114 mg/L et sont en moyenne de 43 mg/L. Les technologies utilisées pour le traitement de ce type d'effluent se doivent donc d'être très performantes, puisque les normes de rejet de P à l'effluent se situent souvent à moins de 1 mg P/L. La technologie de traitement des eaux par les systèmes de réacteur biologique séquentiel (RBS), laquelle peut être adaptée pour accroître l'efficacité d'enlèvement du P par enlèvement biologique de cet élément, représente une arme de choix dans l'arsenal des options technologiques dédié à l'épuration des eaux industrielles. La présente recherche vise à étudier et à optimiser un paramètre opératoire très important, soit le temps de rétention des solides (TRS), de la technologie des RBS avec enlèvement biologique du P et ce, pour le traitement d'eaux usées d'abord synthétique (eau usée chargée en nutriments), puis provenant d'une fromagerie. Cela dans le but ultime d'obtenir un système pilote de traitement des eaux usées fromagères efficace et dont les performances permettent de respecter les normes des rejets aux milieux naturels. Dans cette étude, une eau usée synthétique riche en nutriments a d'abord été utilisée pour l'acclimatation de la biomasse et pour l'optimisation du TRS. Les buts recherchés lors de l'optimisation de ce paramètre sont d'obtenir de bonnes caractéristiques de décantation des boues, de minimiser la production de boues et d'augmenter la concentration de biomasse active afin de maximiser la dégradation des nutriments. Les TRS étudiés se situent entre 10 et 30 jours, à des intervalles de 5 jours. Les principaux paramètres de performance suivis sont l'enlèvement de la matière organique, du phosphore et de l'azote, et le suivi de la production des nitrates. Nos résultats expérimentaux ont démontré que la dégradation du carbone et de l'ammonium était optimal indépendamment du TRS étudié (enlèvement moyen de 83,6 à 94,4 % pour la DCO et le COT) de même pour le TKN et l'ammonium (enlèvement moyen de 86,8 à 97,2 % pour le TKN et NH4). Par contre, l'enlèvement du P était grandement influencé par le TRS du système, l'hypothèse de base étant que les organismes accumulant le P ont un taux de croissance lent et sont moins compétitives sous certaines conditions (ex. condition en anoxie). L'enlèvement optimal du P pour le système à l'étude se situe à un TRS entre 20 et 25 jours (moyenne d'enlèvement de 90,6 et 97,2 % pour le Pt). L'enlèvement du P était inférieur à 68,7 % à des TRS de 10 et 15 jours est a diminué à 44-47,3 % (o-P04 et Pt) à un TRS de 30 jours. La teneur moyenne en P dans les solides de la boue était maximale à un TRS de 20 jours (6,2 %, g P/g MVES). En seconde partie, les mécanismes d'enlèvement du P ont été étudiés dans le traitement biologique d'une eau usée provenant d'une industrie fromagère (Coopérative fromagère Agrinove, Groupe Lactel) toujours dans le système RBS de cette étude. Les conditions d'opération du système favorisaient l'enlèvement biologique amélioré du P. Les TRS étudiés se situent entre 5 et 30 jours à des intervalles de 5 jours et les fractions de P de la biomasse (précipité/adsorbé, organique, polyphosphates) ont été obtenues pour chaque TRS. Les résultats ont démontré que les différents TRS étudiés n'ont pas affectés significativement l'enlèvement des nutriments et, contrairement aux résultats obtenus antérieurement avec l'eau usée synthétique, l'enlèvement du P était aussi indépendant du TRS. Cela provient probablement des concentrations élevées en cations bivalents, dont le calcium, dans l'eau usée fromagère et au pH élevé à la fin de la phase de traitement aérobie dans le réacteur biologique (8,5). Ce qui a résulté en un enlèvement du P principalement par la précipitation chimique sous forme de différentes spéciations de phosphates de calcium et dans une proportion moindre en polyphosphates intracellulaires et évidemment pour les besoins cellulaires de croissance et de reproduction. En conclusion, l'étude et l'optimisation du TRS dans un système RBS pour le traitement des eaux usées de type agro-alimentaire très chargées en nutriments ont été réalisées au cours de cette recherche doctorale et ont permis d'obtenir un système pilote efficace et qui permet de respecter les normes des rejets aux milieux naturels. Nous avons par ailleurs étudié les différents mécanismes d'enlèvement du P et optimisé certains autres paramètres du bioréacteur, tels que la détermination du cycle de traitement (durée, étapes), la période d'égalisation des eaux usées dans un bassin de rétention permettant la production d'acides gras volatils, la minimisation de la teneur en nitrates en début de cycle de traitement et l'aération minimale nécessaire. Nous recommandons la poursuite des travaux en insistant sur : ◊ le suivi de la concentration des sels (Ca, K, Mg, Na et autres éléments utiles) dans le milieu à intervalles réguliers pendant les cycles de traitement ; ◊ le suivi des paramètres de transfert et d'utilisation d'oxygène (TUO, KLa) dans le milieu pendant tout le cycle du traitement à l'aide d'un respiromètre, ce qui permettra de calculer des bilans de masse de l'N, du P et de la DCO et de valider les résultats expérimentaux ; ◊ l'étude à l'échelle réelle de la variation du pH du milieu et de son effet sur le processus de précipitation chimique et de relargage de P ; ◊ l'isolation du réacteur pour éviter le phénomène d'aération de surface pendant la phase anaérobie et donc de l'utilisation de P par la biomasse en contact avec la surface; ◊ et enfin, l'application à grande échelle des modifications apportées au système RBS de laboratoire traitant l'eau usée d'Agrinove afin de valider les résultats expérimentaux et de tenir compte des fluctuations quotidiennes de la composition de l'affluent.

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; agro-alimentaire; biologie; TRS ; RBS ; fromagerie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 28 nov. 2012 14:23
Dernière modification: 17 mars 2016 17:34
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/332

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