Influence des paramètres physico-chimiques et des caractéristiques de la matière organique sur les cinétiques de formation de struvite : application au recyclage du phosphore des lisiers de porcs

par Aurélie Faucher-Capdevielle

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Fabrice Béline.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse est de développer les connaissances sur la cristallisation du phosphore (P) nécessaires à la mise au point de procédés de recyclage du P des effluents organiques dont les lisiers de porcs. Le produit formé doit être sous une forme minérale substituable aux engrais phosphatés. Le procédé retenu pour valoriser le P du lisier de porcs traité est la dissolution du P minéral particulaire suivi d'une séparation de phase puis de la précipitation des phosphates en struvite (MgNH₄PO₄·6H₂O) par ajout de magnésie (MgO). Le produit de cristallisation est récupéré dans des sacs filtrants à 100 µm. Un des verrous de ce procédé est l'obtention de cristaux de struvite d'une taille supérieure à 100 µm. Un plan d'expérience a permis d'optimiser la précipitation de struvite en faisant varier les paramètres procédés. Les essais ont tout d'abord été réalisés en milieu synthétique de composition ionique similaire au lisier de porcs. En conditions optimales, P est recyclé majoritairement en cristaux de struvite et ce malgré les fortes concentrations en calcium. L'abattement total du P est de 90% dont 80% sous forme de struvite. Entre 70 et 80% des cristaux ont une taille supérieure à 100 µm. L'optimisation de la précipitation du P a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant de la magnésie sur la qualité du produit. Le deuxième paramètre important est le ratio molaire N :P  qui favorise la formation de struvite au lieu de phosphate de calcium. Les cinétiques de précipitation mettent en évidence la co-précipitation de phosphates calciques amorphes (ACP) et de struvite. Puis, l'ACP se dissous progressivement pour rétablir l'équilibre en phosphate du fait de la précipitation en struvite. L'influence de la matière organique sur la précipitation du P en conditions optimisées a été testée sur trois fractions du surnageant de lisier traité biologiquement et acidifié. En présence de matière organique, la précipitation est plus lente mais les cristaux sont plus gros et non agglomérés.

  • Titre traduit

    Influence of the physico-chemical parameters and of the characteristics of the organic matter on the formation of struvite : application to the recycling of phosphorus from swine-wastewaters


  • Résumé

    The aim of this thesis is to understand phosphorus (P) crystallization in order to develop P-recycle processes in high concentrated organic effluents such as swine wastewaters. The product has to be mineral to substitute phosphates fertilizers. The process chosen to recycle phosphorus from biologically treated swine wastewater starts with the dissolution of the mineral particular P. Liquid and solid phases are then dissociated by filtration. Phosphates are then precipitated as struvite (MgNH₄PO₄·6H₂O) by adding magnesia (MgO). The solid product is recovered in filter bags whose size cut-off is 100 µm. The bottleneck of this process is to obtain struvite crystals with a size greater than 100 µm. An experimental design was developed to optimize struvite precipitation by varying the process parameters. These tests have first been made in a synthetic medium with a ionic composition similar to the swine wastewater studied. Under optimal conditions, P is recycled mainly in struvite crystals despite the high concentrations of calcium. The total reduction of P is 90% and 80% was precipitated as struvite. Between 70 and 80% of the crystals have a size greater than 100 µm. The optimization of phosphorus precipitation has highlighted the role of magnesia on the quality of the product. The second important parameter is the molar ratio N: P which promotes the formation of struvite instead of calcium phosphate. The precipitation kinetics evidence the co-precipitation of amorphous calcium phosphates (ACP) and struvite. The ACP, an unstable mineral, starts to dissolve within minutes to restore the balance of phosphate in the solution due to the precipitation of struvite. The influence of organic matter on the precipitation of phosphorus was tested in optimized conditions on three fractions of the supernatant of an acidified biologically swine wastewater. With organic matter, the precipitation rate is slower but the crystals are larger and not agglomerated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (260 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/117
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