Etude et modélisation des processus biologiques au cours du traitement aérobie du lisier de porcs en vue d'une optimisation du procédé

par Hélène Boursier

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Etienne Paul.

Soutenue en 2003

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Dans les régions d'élevage intensif, notamment d'élevage porcin, la pollution des ressources aquatiques et la réglementation ont contraint les exploitations à se doter de stations de traitement des lisiers de porcs. Afin de fiabiliser et d'améliorer la gestion et le dimensionnement de ces stations, ce travail s'est concentré sur la mise au point d'un modèle de simulation du procédé d'élimination d'azote par aération intermittente. Pour cela, le contenu azoté et carboné du lisier brut a tout d'abord été caractérisé. La matière organique biodégradable représente 19 à 72% de la DCO totale du lisier et varie fortement au cours du temps et d'une exploitation à l'autre, entraînant parfois une carence en DBO pour la dénitrification. Un modèle numérique a été développé pour estimer les variations temporelles de ces caractéristiques (quantités et biodégradabilité de l'azote et du carbone) en fonction de l'exploitation. Ensuite, des expériences effectuées sur un pilote de laboratoire ont mis en évidence que le processus de nitrification suivi du processus de dénitrification en phase anoxie sont responsables de 90% de l'élimination de l'azote au cours du traitement. Les résultats indiquent que la nitrification est fortement influencée par la concentration en O2, la température et le piégeage de NH4+ par précipitation et/ou adsorption sur le floc bactérien, mais est peu limitée par la présence de NH3. Finalement, un modèle dynamique de simulation du procédé biologique, comprenant notamment une séparation des étapes de nitritation et de nitratation, a été adapté, calibré et validé sur les données expérimentales obtenues. Ce modèle biologique, couplé au modèle permettant d'estimer les caractéristiques du lisier brut, constitue maintenant un outil efficace pour déterminer, en fonction des caractéristiques du lisier, les stratégies optimales de gestion et de dimensionnement des stations de traitement

  • Titre traduit

    Modelling of biological processes during aerobic treatment of pig slurry aiming at process optimisation


  • Résumé

    In intensive animal production areas, specially pig production, water pollution and national regulation have led the pig production farms to implement wastewater treatment plants for pig slurry. Aiming at improving the design and operation of these plants, the present work was focused on the development of a model simulating the nitrogen removal during intermittent aeration process. For this purpose, raw slurry carbon and nitrogen content was first characterized. Biodegradable organic matter represents from 19 to 72% of raw slurry total COD and is highly variable with time and depending on the piggery farm, sometimes resulting in a BOD deficiency for denitrification. A numerical model was developed in order to estimate the time variations of pig slurry characteristics depending on the breeding farm. Secondly, treatment experiments carried out on a pilot-scale reactor pointed out that nitrification followed by anoxic denitrification were responsible for 90% of the nitrogen removal in the reactor. Results suggest that nitrification is influenced by the O2 concentration, temperature and the entrapment of NH4+ by precipitation and/or adsorption on the sludge floc, but is not limited by the presence of NH3. Finally, a dynamic simulation model, including a separation between nitritation and nitratation, was adapted, calibrated and validated on pilot experimental data. This biological model, coupled with the model allowing to estimate raw slurry characteristics, constitutes now an efficient tool to determine, according to raw slurry characteristics, the optimal strategies for designing and operating the treatment plants

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Informations

  • Détails : 190 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-173

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2003/712/BOU
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