Bio-augmentation de l'activité nitrifiante des boues activées

par Antoine Souef

Thèse de doctorat en Sciences et ingénierie

Sous la direction de Alain Héduit.

Soutenue le 29-01-2009

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015) , en partenariat avec Laboratoires Extérieurs (équipe de recherche) .


  • Résumé

    La bio-augmentation des stations d’épuration est parfois envisagée pour faire face à des situations transitoires au cours desquelles la capacité nitrifiante des boues activées est insuffisante pour traiter efficacement la charge reçue par l’installation. Le succès de cettestratégie repose sur l’activité nitrifiante de la biomasse ajoutée ainsi que sur sa capacitéd’adaptation et de maintien dans les boues activées en place.L’objectif de ce travail était d’évaluer la possibilité d’adaptation des micro-organismes d’une solution commerciale nitrifiante dans une station d’épuration municipale à très faible charge.Les populations nitrifiantes composant la solution étudiée ont été comparées à celles des boues activées de treize stations d’épurations, échantillonnées en été et en hiver. Une démarche couplant des outils de la biologie moléculaire et du génie des procédés a été mise en oeuvre afin d’analyser et de comparer ces populations selon trois axes : diversité, abondance et activité. Cette comparaison a été complétée par une expérience de bio-augmentation en réacteur fermé. D’après les profils obtenus en DGGE, les communautés nitrosantes des stations d’épuration à très faible charge sont généralement dominées par une même espèce appartenant au groupe Nitrosomonas oligotropha.Les biomasses nitrosantes et nitratantes ont été chacune estimées entre 0,5 et 3,5 % de la biomasse totale des boues activées par marquage FISH. La solution commerciale comporteune seule espèce nitrosante, du groupe N. europaea, qui représente 45 % de sa biomasse.Les analyses cinétiques, réalisées par suivi direct des vitesses de réaction (analyses chimiques) et/ou par respirométrie, indiquent que N. europaea adopte une stratégie de type –r contrairement aux bactéries autochtones des boues activées (stratégie de type –K). Ces résultats expérimentaux laissent supposer une faible capacité d’adaptation de la biomasse nitrifiante de cette solution commerciale aux conditions environnementales des stationsd’épuration à très faible charge. En revanche, l’expérience de bio-augmentation a montré sa capacité d’intégration aux flocs, et le maintien de son activité lors de son mélange à des boues activées.


  • Résumé

    Bio-augmentation is sometimes proposed to cope with transient situations in wastewatertreatment plants, when the nitrifying capacity of the autochthonous biomass is insufficient totreat the nitrogen load.The success of such a strategy is conditioned by the nitrifying activity of the added biomass,its adaptation to local conditions and its residence time in the system.This work aimed at evaluating the adaptation of nitrifying microorganisms from a commercialsolution in very low loaded municipal wastewater treatment plant. Nitrifying populations ofthe studied solution were compared to those of thirteen wastewater treatment plants (activatedsludge), observed in summer and in winter. The analysis and the comparison of the biomasseswere performed using tools from two disciplines: molecular biology and processengineering. Three points were especially characterised: the diversity, abundance and activityof the biomasses. A bio-augmentation experiment performed in a batch reactor completed thecomparison. DGGE profiles showed that Ammonia Oxidising Bacteria (AOB) communities from lowloaded wastewater treatment plants are mostly dominated by the same species related to theNitrosomonas oligotropha.The abundance of ammonia oxidising bacteria and of nitrite oxidising bacteria, estimatedusing the FISH technique, was almost similar, ranging from 0.5 to 3.5 % of the total biomass.The AOB species present in the commercial solution is identified as Nitrosomonas europaea,and represents 45 % of the solution’s total biomass.Kinetic analyses carried out by chemical analysis and/or by respirometry indicate that N.europaea behave as –r strategist, whereas activated sludge’s bacteria are –K strategist. These results suggest a slight adaptation capacity of the commercial solution’s nitrifyingbiomass to environmental conditions prevailing in low loaded municipal wastewater treatmentplants. On the other hand, bio-augmentation experiment showed the capacity of the addedmicroorganisms to integrate the activated sludge flocs and to maintain its activity when addedto activated sludge.

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