Analyse des transformations du phosphore lors du stockage et du traitement biologique et physico-chimique des lisiers de porc en vue d'un recyclage

par Marie-Line Daumer

Thèse de doctorat en Génie des procédés de l'environnement

Sous la direction de Etienne Paul et de Mathieu Sperandio.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Pour favoriser le recyclage du phosphore des lisiers de porcs sous la forme d'engrais chimique, facilement exportable et valorisable en dehors des zones de production animale intensive, il est nécessaire de séparer le phosphore de la matière organique. Le phosphore des lisiers étant initialement à plus de 60% sous une forme minérale solide mélangée à la matière organique, nous avons conçu un procédé en 3 étapes : (1) solubilisation du phosphore, (2) séparation solide/liquide puis (3) précipitation. La solubilisation constitue le principal verrou technologique à la mise en place de ce procédé. Nous avons donc étudié trois stratégies/possibilités de solubiliser le phosphore et d'augmenter ainsi la proportion de la fraction dissoute du phosphore. La première stratégie évaluée est l'ajout d’acide benzoïque à la ration des porcs et la réduction du taux de protéines. Cette modification de la ration alimentaire réduit le pH des lisiers d’une unité environ, augmentant ainsi la proportion de phosphore dissous dans le lisier stocké jusqu'à 20% du phosphore total. Cette augmentation reste toutefois insuffisante pour envisager un procédé de recyclage performant. La seconde stratégie est l'optimisation du relargage de phosphore lors du traitement biologique de l'azote des lisiers par aération intermittente. Les résultats obtenus au cours de ce travail ont montré que les métabolismes de relargage/accumulation du phosphore sont masqués par l'effet du pH lors de ce traitement biologique. En effet, le pH élevé provoque la précipitation du phosphore relargué pendant l'anaérobiose alors que, au contraire, l'acidification du milieu induite par la nitratation, provoque la dissolution des formes minérales pendant l’aérobiose. Cette dissolution masque l'accumulation du phosphore par la biomasse pendant l’aération. Une augmentation significative de la concentration en phosphore dissous est obtenue en augmentant la concentration d’azote nitrifié par cycle (augmentation de la durée des cycles et réduction du temps de séjour). Cependant, la fraction de phosphore dissous par ce biais ne dépasse pas 20-25% du phosphore total. La troisième possibilité est l’utilisation de réactifs acides. Dans ce cas, la réduction du pouvoir tampon des lisiers, obtenus avec les régimes alimentaires acidifiants ou après traitement biologique permet d'envisager une forte réduction de réactif lors d'un procédé de dissolution par ajout d'acide puis de précipitation. Suite à la dissolution du P par ajout d'acide, des essais de précipitation ont été effectués avec ajout de soude, de bicarbonate de soude ou de magnésie. La précipitation de la totalité du P a été obtenue a partir de pH 7 et les principales formes obtenues et identifiées sont la struvite et une forme non cristalline de calcium phosphate. Enfin, le logiciel de modélisation géochimique PHREEQCI a été évalué au cours de ce travail et permet de simuler l'effet de l’ajout d'acides ou de bases dans le milieu et de donner une description qualitative des phases solides obtenues

  • Titre traduit

    Phosphorus transformation during physico-chemical and biological treatment and storage of liquid swine manure with the aim to recycle phosphorus


  • Résumé

    To recycle phosphorus from pig slurry, as a chemical fertilizer which could be easily transported and used far from intensive livestock areas, it is necessary to remove phosphorus from organic matter. Since pig slurry has more than 60% of its phosphorus in solid mineral form we have designed a three step process of solubilisation, solid/liquid separation and precipitation to realise such a reduction. The solubilisation was the main obstacle in the development of this process. We have studied three means to increase the ratio of dissolved phosphorus. The first one was to add benzoic acid and to reduce the amount of protein in the pig feed. The pH was reduced by 1and the dissolved phosphorus ratio increased up to 20% after storage, but it was not sufficient for the recycling process. The second one was to optimise phosphorus release during the biological treatment of nitrogen by sequential aeration. Both biological phosphorus release and uptake were concealed by the effect of pH. The high level of pH led to the precipitation of released phosphorus during the anaerobic stage. Contrary to this, acidification induced by nitrification led to solubilisation of mineral forms of phosphorus which concealed the uptake of phosphorus during the aerobic stage. A significant increase of dissolved phosphorus was obtained by increasing the amount of nitrogen nitrified in one cycle, which was accomplished by increasing the cycle duration and decreasing the hydraulic retention time. However, the ratio of dissolved phosphorus was always less than 20-25%. The third way was to use an acidic reactant. This could be viewed only if the buffer effect was previously reduced by feeding the pigs with the acidifying diet or by biological treatment. After acidic solubilisation, phosphorus was precipitated as struvite and amorphous calcium phosphate by adding either sodium hydroxide, sodium carbonate or magnesium oxide. The geochemical modelling tool PHREEQCI was successfully used to simulate acid or base addition in slurry and was helpful to give a description of the solid phase composition

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Informations

  • Détails : 1 vol. (200 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 185-200

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007/891/DAU
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