Analyse et modélisation de la nitrification partielle et de la précipitation concomitante du phosphore dans un réacteur à alimentation séquencée

par Vaitea Pambrun

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Etienne Paul et de Mathieu Sperandio.

Soutenue en 2005

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Dans le cas du traitement d'effluents concentrés en azote ammoniacal (contenant 300 à 1000 mg N. L-1), une des voies d'optimisation envisageable est la nitrification partielle (avec arrêt au stade des nitrites), pour laquelle le verrou majeur est la conversion stable de l'ammoniaque en nitrite. Un réacteur opérant de manière séquencé (SBR) peut permettre de convertir en totalité l'ammoniaque nitrifiable d'un effluent en nitrites, les principaux paramètres à maîtriser étant le pH, la charge appliquée en azote ammoniacal, ainsi que la durée des cycles (périodes aérées). Un mode de contrôle du réacteur, mis en place au cours de cette étude et basé sur la mesure de l'activité respiratoire, permet d'optimiser la durée des cycles du procédé quelle que soit la concentration en azote ammoniacal de l'effluent à traiter et l'activité des micro-organismes. Ce système a permis d'atteindre une charge éliminée très élevée (2 kg N-NH4 +. M-3 j-1), et de garantir un rendement d'élimination de 100% de l'ammoniaque et une conversion maximale de l'azote en nitrites. Le mécanisme principal permettant de réaliser cette sélection de population semble être l'inhibition par l'ammoniaque. Un modèle qui décrit les deux étapes de la nitrification dans ce type de réacteur a été développé, identifié et validé. L'effluent traité dans cette étude contenant de fortes concentrations en phosphates et un rapport DCO/N faible, la boue produite par le procédé est riche en matière minérale et en bactéries autotrophes. L'étude de la précipitation concomitante du phosphore a montré un taux minimum d'élimination du phosphore de 40%, qui atteint 90% lorsque l'ammonium s'accumule transitoirement dans le réacteur. La réaction biologique, qui conditionne les variations de pH et la concentration en ammonium au cours du temps, génère des modifications de la précipitation. Ces paramètres orientent la précipitation soit vers la struvite, soit vers l'hydroxyapatite, qui ont été identifiés par analyse des spectres de diffraction X. Ce procédé adaptatif constitue une solution intéressante pour traiter simultanément l'azote et le phosphore, en minimisant les besoins énergétiques et en proposant une alternative de valorisation du phosphore

  • Titre traduit

    Study and modelling of partial nitrification and concomitant phosphorus precipitation in a sequencing batch reactor


  • Résumé

    For highly concentrated ammonia effluents (containing 300 to 1000 mg NH4 +-N. L-1), partial nitrification can be used to optimize the treatment process. The most challenging aspect is to maintain a long term stable nitrite accumulation. A sequencing batch reactor allows a total conversion of ammonia to nitrite. The main control parameters are pH, applied load and cycle duration time (aerated periods). Process control, based on on-line oxygen uptake rate, allowed to optimize the process cycle duration time, whatever was the influent ammonia concentration or the biological activity. With this system, a high loading was reached (2 kg NH4 +-N. M-3. J-1), with complete removal of ammonia and a maximal conversion of nitrogen into nitrite. The main biological mechanism was the inhibition of nitrite-oxidizing bacteria by free ammonia (NH3). A mathematical model was developed, calibrated and validated for the description of the two-step nitrification. The effluent used in this work contained a high phosphate concentration and a low COD/N ratio, and produced a sludge enriched in mineral matter and autotrophic bacteria. The concomitant precipitation of phosphorus showed a minimal phosphorus removal efficiency of 40%, reaching 90% when the ammonium concentration in the reactor was high. This adaptive process control offers a promising way to simultaneously treat nitrogen and phosphorus in the same reactor, minimizing energy needs and favoring the possible valorisation of the phosphorus present in the sludge

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIII-263 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 229-239

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005/805/PAM
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