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CA 02659506 2009-03-19
Méthode de biofiltration d'un effluent liquide
État de l'art antérieur
Le traitement des fortes concentrations d'azote contenues dans un effluent
liquide usé
tel que le lisier de porc (1 600 à 3 100 mg N-NTK/L) peut engendrer des
quantités non
négligeables de sous-produits de transformation, tels que des nitrates. En
situation de rejet du
lisier traité directement au milieu naturel par le biais d'un champ
d'épuration, les autorités sont
de plus en plus sensibles aux concentrations d'azote dans les effluents et des
normes plus
sévères sont à l'étude, tel que rapporté par Dubé et al. dans Adaptation et
Démonstration du
Procédé BIOSORMD-Lisier dans une ferme porcine de type finisseur , Vecteur
Environnement,
38(4), juillet (2005) 20-25. Ainsi, le travail de transformation doit être
poussé à sa limite afin
d'atteindre des concentrations d'azote très basses (ex. : < 20 mg N-NH4/L, <
100 mg N-NO3 /L)
en sortie de système.
Avec la technologie de biofiltration sur support organique, le traitement du
lisier de porc
pour un rejet au milieu naturel se fait généralement en utilisant deux étapes
consécutives
(biofiltre primaire et biofiltre de polissage). Dans ce procédé, les
mécanismes de nitrification
(NH4 --> NO3) et de dénitrification (NO3 -> N2) ont lieu de façon simultanée,
tel que discuté par
Garzôn-Zûniga et al. dans Nitrogen Elimination Mechanisms in an Aerated Peat
Biofilter
Treating Pig Manure , Environ Technol, 26(4), (2005) 361-371, et par Gilbert
et al. dans
Nitrifying and Denitrifying Biomass Characterization of an Organic Biofilter
Treating Pig
Manure , R. Stuetz and T.T. Lim (Editors), Water and Environmental Management
Series -
Young Researchers, (2006) 257-264. Toutefois, les contraintes de rejet très
basses sur l'azote
ammoniacal (NH4) font en sorte que la nitrification au sein du biofiltre
primaire doit être
maximisée, ce qui peut entraîner des concentrations de nitrates assez élevées
à sa sortie (de
l'ordre de 500 mg N-NO3/L). Par la suite, il s'agit de favoriser la
dénitrification au sein du biofiltre
de polissage tout en s'assurant de compléter la transformation de l'azote
ammoniacal résiduel.
La dénitrification par les bactéries hétérotrophes est réalisée de façon
optimale dans des
conditions anoxiques et en présence de carbone facilement assimilable, tel que
discuté par
Béline et al. dans Application of the 15N Technique to Determine the
Contributions of
Nitrification and Denitrification to the Flux of Nitrous Oxide from Aerated
Pig Slurry , Water
Research, 35(11), (2001) 2774-2778. La faible charge en matière organique
résiduelle à la
sortie du biofiltre primaire, et donc à l'entrée du polissage, semble limiter
la dénitrification tel
que mentionné par Aubry et al. dans Nitrogen Behavior in a Trickling
Biofilter Treating Pig
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CA 02659506 2009-03-19
Manure , Biofilm Systems Conference VI, 24-27 September (2006), Aquatech,
Amsterdam,
Holland, et pourrait expliquer les faibles transformations observées dans
l'unité de polissage.
La présente invention propose donc des conditions de biofiltration adaptées à
la
nitrification-dénitrification simultanées afin de produire un effluent
substantiellement purifié
contenant un minimum d'azote sous toutes ses formes.
Sommaire de l'invention
Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé une méthode pour
purifier un
effluent liquide contenant de l'azote ammoniacal, avec ou sans nitrates, en
utilisant un biofiltre à
percolation pourvu d'un milieu filtrant supportant des microorganismes
capables d'abaisser la
teneur en azote ammoniacal de l'effluent liquide en présence d'oxygène, et des
microorganismes capables de dénitrifier l'effluent liquide en condition
substantiellement
anoxique.
Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé une méthode pour
purifier un
effluent liquide contenant de l'azote ammoniacal, avec ou sans nitrates, par
nitrification et
dénitrification simultanées, ladite méthode comprenant l'ajout d'oxygène selon
un débit variant
entre 0.1 et 0.66 m/heure au biofiltre à percolation pour récupérer en sortie
un effluent
substantiellement purifié.
Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé une méthode pour
purifier un
effluent liquide comprenant les étapes suivantes : i) alimenter l'effluent
liquide à purifier à une
entrée du biofiltre à un taux de charge en azote variant entre 0.01 et 0.04 kg
NTK/m2.jour et une
charge carbonée variant entre 0.05 et 0.15 kg DBO5/m2.jour; ii) ajouter
l'oxygène; et iii)
récupérer à une sortie du biofiltre un effluent substantiellement purifié.
Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé une méthode pour
purifier un
effluent liquide comprenant les étapes suivantes : i) alimenter l'effluent
liquide à purifier à une
entrée du biofiltre en ajustant la charge en azote entre 0.01 et 0.04 kg
NTK/mz.jour;
i') optionnellement, ajouter à l'effluent une source carbonée selon une charge
prédéterminée
en fonction de la quantité d'azote (NTK) contenu initialement dans l'effluent;
ii) ajouter une
source d'oxygène; et iii) récupérer à une sortie du biofiltre un effluent
substantiellement purifié.
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Selon un cinquième aspect de l'invention, il est proposé une méthode
comprenant les
étapes suivantes : i) alimenter l'effluent liquide à purifier à une entrée du
biofiltre en ajustant la
charge en azote global entre 0.01 et 0.055 kg NTK+N03/m2.jour; i')
optionnellement, ajouter à
l'effluent une source carbonée selon un dosage prédéterminé en fonction de la
quantité d'azote
global (NTK+N03) contenu initialement dans l'effluent; i") laisser l'effluent
s'écouler à travers le
milieu filtrant en contact avec la source carbonée pour favoriser la
dénitrification de l'effluent; ii)
ajouter à l'effluent traité selon l'étape ii') une source d'oxygène; ii')
laisser l'effluent s'écouler à
travers le milieu filtrant en contact avec l'oxygène pour abaisser la teneur
en azote ammoniacal
de l'effluent; et iii) récupérer à une sortie du biofiltre un effluent liquide
substantiellement
purifié.
Description détaillée de l'invention
Description des Figures
La Figure 1 est une vue schématique d'une réalisation d'un bioréacteur pouvant
opérer la
méthode selon l'invention;
La Figure 2 est un graphique représentant l'évolution des concentrations de
sortie en fonction
de la charge en DBO5 appliquée;
La Figure 3 est un schéma en coupe des biofiltres et des milieux filtrants;
La Figure 4 est un graphique représentant le suivi de l'enlèvement de l'azote
pour un procédé
"BiosorMD-lisier" aéré à 2.5 m/h fonctionnant à des charges moyennes
respectives en NTK et
DBO5 de 0.029 kg/m2.j et 0.093 kg/m2.j, soit dans des charges à l'intérieur
des conditions de la
méthode selon l'invention;
La Figure 5 est un schéma de la colonne; et
La Figure 6 est un graphique représentant le suivi de l'enlèvement de l'azote
pour un procédé
"BiosorMD-lisier" aéré à 4.5 m/h fonctionnant à des charges moyennes
respectives en NTK et
DBO5 de 0.092 kg/mz.j et 0.243 kg/mZ.j, soit dans des charges hors des
conditions de la
méthode selon l'invention.
Description de réalisations particulières de la méthode selon l'invention
Pour mettre en osuvre la méthode selon l'invention, l'influence de certaines
conditions
d'opération sur la prise en charge de l'azote ammoniacal (et le cas échéant
les nitrates (NO3))
dans un biofiltre a été déterminée, notamment la charge en azote (sous forme
NTK), la charge
en carbone (sous forme DBO5) en entrée de procédé et l'application d'un apport
d'oxygène
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selon un débit prédéterminé pour compléter l'épuration du NTK en favorisant
les conditions de
dénitrification et nitrification simultanées.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où l'alimentation de l'effluent liquide à purifier
est effectué à un taux
de charge en azote variant entre 0.01 et 0.04 kg NTK/m2.jour; plus
particulièrement le taux de
charge d'azote selon l'étape i) varie entre 0.015 et 0.035 kg NTK/m2.jour;
encore plus
particulièrement, taux de charge d'azote selon l'étape i) varie entre 0.02 et
0.035 kg
NTK/m2.jour. Finalement, le taux de charge d'azote selon l'étape i) est fixé à
environ 0.029 kg
NTK/m2.jour.
Dans le cas où l'effluent en entrée contient des nitrates, la charge d'azote
peut être
ajustée jusqu'à hauteur de 0.055 kg/m2.jour.
Ces conditions permettent d'améliorer la biofiltration de façon si
substantielle que celle-ci
peut être mise en oeuvre dans un seul biofiltre sans avoir recours à une étape
de biofiltration de
polissage.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où l'alimentation de l'effluent liquide à purifier
est effectué à un taux
de charge d'une source carbonée selon une charge variant entre 0.05 et 0.15 kg
DBO5/mz.jour;
plus particulièrement, le taux de charge de source carbonée selon l'étape ii)
varie entre 0.08 et
0.15 kg DBOS/mZ.jour; encore plus particulièrement, le taux de charge de
source carbonée
selon l'étape ii) varie entre 0.08 et 0.12 kg DBO5/mZ.jour. Finalement, le
taux de charge de
source carbonée selon l'étape ii) est fixé à environ 0.1 kg DBO5/mz.jour.
Particulièrement, l'oxygène est fournie sous forme d'oxygène pur, d'un gaz
contenant de
l'oxygène ou d'air. L'air peut être de l'air ambiant ou encore de l'air vicié
provenant de la
porcherie ou d'une autre source. Particulièrement, la méthode selon
l'invention comporte des
conditions de dénitrification et nitrification simultanées où l'on ajoute cet
air selon un débit
variant entre 0.5 et 3.3 m/heure.
Particulièrement, lorsque la source d'oxygène est l'air, le taux d'aération
selon l'étape iii)
varie entre 1.0 et 3.0 m/heure; encore plus particulièrement le taux
d'aération selon l'étape iii)
varie entre 1.5 et 3.0 m/heure. Finalement, le taux d'aération selon l'étape
iii) est fixé à environ
2.5 m/heure.
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Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où l'aération est en continue ou intermittente.
Plus particulièrement,
lorsque l'aération est produite de façon intermittente, l'aération peut être
mise en oeuvre selon
n'importe lequel horaire fixé par une personne versée dans l'art, soit par
exemple, n'importe
lequel horaire d'aération compris entre 5 min ON; 10 h OFF et 4h ON: 4hOFF.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où l'effluent récupéré à la sortie du biofiltre un
effluent
substantiellement purifié. Particulièrement, l'effluent substantiellement
purifié contient entre 0 et
200 mg/L; particulièrement entre 0 et 150 mg/L; plus particulièrement sous 100
mg/L d'azote
sous forme de N-NO2 et N-NO3.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où l'effluent récupéré à la sortie du biofiltre un
effluent
substantiellement purifié. Particulièrement, l'effluent substantiellement
purifié contient entre 0 et
200 mg/L; particulièrement entre 0 et 150 mg/L; plus particulièrement sous 100
mg/L d'azote
NTK.
Particulièrement, dans le cas où l'effluent en entrée contient des nitrates,
la méthode
proposée peut faire usage de l'ajout optionnel d'une source carbonée en entrée
du biofiltre afin
de favoriser la dénitrification pour réduire significativement les nitrates.
La source de carbone
utilisée peut provenir d'un résidu de l'industrie laitière, tel le lactosérum,
qui s'avère une source
de carbone de choix pour dénitrifier (entre 30 000 à 40 000 mg DBO5/L et des
teneurs
relativement faibles en autres contaminants, dont l'azote). Cependant, une
autre source de
carbone de faible teneur en contaminants, telle que le méthanol ou un sucre
comme le glucose,
peut être utilisée.
Particulièrement, la méthode selon l'invention permet l'enlèvement moyen de
l'azote
total d'environ 90 à 100%. Plus particulièrement environ 95% de l'azote total
est éliminé.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où le débit de filtration est compris entre 0.01
et 0.3 m3/m2.jour.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où optionnellement, avant l'étape iii), les étapes
i'), i"), ii) et/ou ii')
sont répétées au moins une fois.
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Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où optionnellement, avant l'étape iii), les étapes
i'), i"), ii) et/ou ii')
peuvent être mises en oeuvre dans l'ordre présenté, ou encore une ou plusieurs
étapes sont
mises en oeuvre dans le désordre, ou encore sont mises en oeuvre
simultanément, sans pour
autant affecter l'efficacité de la méthode selon l'invention.
Particulièrement, la méthode selon l'invention comporte des conditions de
nitrification et
dénitrification simultanées où le milieu filtrant est au moins un élément
sélectionné parmi:
pouzzolane; tourbe; copeaux de bois; gravier; et calcite.
Exemples
Exemple 1
Des essais d'une durée approximative de dix mois ont permis de déterminer les
doses
optimales d'une source carbonée ajoutées en entrée d'une unité pilote de 50 L
simulant un
biofiltre de polissage et tel que généralement désignée par le numéro de
référence (10) sur la
Figure 1. L'unité (10) est constitué dans l'exemple montré d'une colonne (12)
de 20 cm de
diamètre et de 2 m de hauteur. Cette colonne a été garnie sur 1.75 m par du
milieu filtrant
organique (14) provenant d'un biofiltre de polissage déjà en activité sur le
terrain, constitué d'un
milieu filtrant à base de tourbe et de copeaux, tel que celui décrit dans le
brevet américain no.
6,100,081 délivré au nom du présent demandeur.
La colonne (12) est alimentée par le haut à l'aide d'une pompe (16) dont est
pourvue
l'unité (10), adaptée à être opérée en mode pulsé pour contrôler le débit
d'effluent liquide à
l'entrée (17) de la colonne (12). Un bassin (18) préférablement maintenu à
environ 4 C sert de
réserve d'alimentation pour l'unité (10), lequel est rempli périodiquement par
l'effluent liquide à
purifier provenant d'un biofiltre primaire à échelle réelle sur le terrain. La
colonne (12) possède
deux points d'injection (20) et (22), respectivement disposés aux portions
supérieure et
inférieure de la colonne (12). Le premier point (16), situé à une distance
prédéterminée (ex.
cm) sous la surface du milieu filtrant (14) dans l'exemple montré à la Figure
1, permet une
injection dosée de la source liquide de carbone choisie (ex. lactosérum) via
un pompe (24) dont
est pourvue l'unité (10). Dans le contexte de la réalisation montrée, une
injection sous la
surface permet de prévenir la surcroissance de biomasse lors du mélange de
l'effluent avec la
30 source carbonée. Cependant, une injection en surface au niveau de la ligne
d'alimentation
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d'effluent (17) ou tout autre moyen équivalent pourrait aussi être utilisé. Le
second point (22)
permet, lorsque jugé nécessaire, l'injection d'air dans le système à contre-
courant du liquide. La
sortie (26) d'effluent traité se situe à la base de la colonne (12) et est
aménagée avec un col de
cygne (28) dans l'exemple montré à la Figure 1, pour forcer l'air à circuler à
travers le milieu
filtrant.
Lors des essais, la colonne a été alimentée à 2 L/j en mode d'une pulsation à
l'heure
pour toute la durée des essais. L'apport de la source liquide de carbone a été
effectué par
dosage à 0,6 L/j. Afin d'éviter des colmatages au point d'injection (20), une
dilution du
lactosérum avec de l'eau a été effectuée pour obtenir une solution de l'ordre
de 10 000 mg
DBO5/L. Aucun apport d'air n'a été utilisé lors d'une première période
d'opération allant de 0 à
160 jours. Par la suite (160 à 240 jours), un faible apport d'air d'environ
0.5 m/h a été fourni au
point d'injection (22). Afin de maintenir des conditions d'anoxie favorables à
la nitrification et
dénitrification simultanées, l'alimentation d'air a alors été intermittente à
une fréquence de
5 minutes d'injection pour 10 heures d'arrêt. Le Tableau 1 résume les
principales conditions
opérationnelles qui ont été appliquées lors des essais.
Tableau 1
Paramètre Caractéristique
_-- - -õ_
Débit 2 L/d (64 L/m2/j)
........................................................................
...............................................................................
...............................................................................
...............................................................................
....
Flux liquide Descendant (percolation)
...............................................................................
..................
..............................................................
...............................................................................
................................................ ....................
Aération 0 au 160e jour : 0 m/h
ascendante 160 au 240e jour : 0,5 m/h (5 min marche, 10 h
arrêt)
............................ .... ............. ..........
.......................................... ... ...
..............................................................
.................................................
............................. .. ....... ....... ..
Source de
carbone Lactosérum à 0,6 L/j (dilution : entre 3 à 4 fois)
L'opération de l'unité (10) a été suivie sur une base hebdomadaire par des
récoltes
d'échantillons d'effluent liquide à l'entrée (17) et à la sortie (26) sur une
base continue sur 24
heures. Le lactosérum dilué a été échantillonné au point d'injection (20) sur
une base
ponctuelle.
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Les principaux paramètres analysés sur les échantillons liquides prélevés sont
la
demande biochimique en oxygène (DBO5) et les formes azotées (NTK, N-NH4, N-
N02/N-N03).
Toutes les techniques utilisées pour caractériser les échantillons prélevés
étaient conformes
aux méthodes standards décrites dans Standard Methods for Examination of
Water and
Wastewater , American Public Health Association (APHA) - American Water Works
Association and Water Environment Federation, 1 gth Ed., Washington, D.C.
(1995) et ont été
effectuées par des laboratoires accrédités.
Le Tableau 2 montre les caractéristiques des intrants à l'entrée résultante de
la colonne
(12) telles que mesurées pour 22 échantillons. L'entrée résultante correspond
à la somme de
l'effluent du biofiltre primaire alimenté à l'entrée (17) et appliqué à la
surface (30) du milieu
filtrant (14), et du lactosérum ajouté au point d'injection (20), en
considérant leur débit respectif.
Tableau 2
Effluent biofiltre
Paramètre primaire Lactosérum dilué Entrée résultante Charge
moy.* (min - max) moy.* (min - max) résultante
moy.* (min - max)
Q (L/d) 2
................................................
.......................................
.. .............................
................................ .................2 ..........................
800..............._.............. 0.15
DBO5 (mg/L) 30(10-160~ 7 800 ~4 600 - 12 000) 1 800
.......................................... 00
.............................................................
...............................................................................
...............................................................................
...............................................................................
...............................................................................
.........................................................................
N-NTK (mg/L) 130 (61 - 220) 260 (180 - 510) 160 (100 - 220) 0.013
............................................... .........................
N-NO3 (mg/L) 630 (340 - 810) 0 480 (260 - 630) --
Les concentrations moyennes en entrée de la colonne (12) en considérant
l'ajout du
lactosérum (entrée résultante) ont été de 160 mg N-NTK/L, de 1 800 mg DBOS/L
et de
480 mg N-N03/L. Le graphique de la Figure 2 montre l'évolution sur la durée
des essais des
concentrations de N-NO3, de N-NH4 et de DBO5 retrouvées en sortie de la
colonne 12, en
fonction de la charge en DBO5 appliquée à l'entrée. La DBO5 d'entrée y est
exprimée en
équivalent de charge appliquée en se référant à l'échelle de droite sur le
graphique. Pour les
formes azotées, le NTK n'est pas illustré puisqu'il se retrouve en totalité
sous la forme soluble
NH4 en sortie. Pour les nitrites, ceux-ci se sont toujours maintenus à zéro.
Globalement, l'abattement de l'azote (NTK+N03) a été de 90 %. Pour la durée
globale
des essais et pour toutes les conditions d'opération confondues, le ratio
carbone/azote
C(DBO5)/N a été de 3.1. Ce ratio a été calculé selon les formules suivantes
en utilisant la
charge (débit * concentration) pour chaque paramètre :
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C = E DBO5 entrée - E DB05 sortie = 0,98 kg de DBO5 (soit 31,3 kg/m2) (1)
N=((E N-N03 entrée -Y-N-NO3 sortie) +(E NTK entrée - E NTK sortie)) = 0,31 kg
de N(2)
Les masses de carbone et d'azote calculées en (1) et (2) correspondent
respectivement
à 31.3 kg/m2 et 10.0 kg/m2 (par unité de surface du milieu filtrant). Ce ratio
permet d'établir la
quantité de DBO5 nécessaire pour transformer l'azote global en entrée sous
forme N-NO3 et N-
NTK pour l'obtention de faibles valeurs de nitrates en sortie.
L'abattement des nitrates a été très cyclique en fonction de la variation des
concentrations en entrée (DBO5, azote NH4 et NO3). Entre autres, il ressort
que lorsque de la
DBO5 est retrouvée en sortie (ex. 100e jour en raison des surcharges en
entrée), les nitrates se
situent alors à zéro. En analysant la période sans aération (0 au 160e jour),
lorsque la charge en
DBO5 a été de 0.1 kg/m2.d (ex. : les premiers 50 jours), les nitrates sont
présents en sortie.
Lorsque la charge dépasse 0,2 kgDBO5/m2.j, les nitrates se retrouvent très
bas, mais la DBO5
de sortie est affectée (ex. : 100e jour). D'après le comportement observé
entre les jours 110 et
160, une charge de 0,15 kgDBO5/m2.j permet un bon enlèvement des nitrates tout
en offrant
une prise en charge soutenue de la DBO5. Cependant, on retrouve alors du NH4
en sortie à la
hauteur de 50 mg/L.
Sans aération, nous n'avons pas réussi une transformation appréciable du NTK
au-delà
de 65 %. L'entraînement naturel d'air causé par la circulation hydraulique
semblait insuffisant
pour obtenir un haut niveau de nitrification. Au 160e jour, un équilibre était
présent en sortie de
colonne avec des faibles valeurs pour tous les paramètres, mais le NH4
semblait se maintenir à
des valeurs de 50 mg N-NH4/L en sortie.
Afin d'évaluer la possibilité d'atteindre des valeurs plus faibles en NH4, une
faible
aération a été amorcée au 160e jour (5 min aux 10 heures). Ce faible apport
d'air a permis
d'atteindre des valeurs très basses de NH4 à la fin des essais. L'abattement
des nitrates n'a pas
été affecté et la DBO5 est demeurée très basse. La hausse des nitrates
observée au 180e jour
est plutôt due à une baisse accidentelle ponctuelle de la charge carbonée
appliquée. Puisque
cet apport d'oxygène peut modifier les capacités de prise en charge de la DBO5
et du NH4, il
apparaît avantageux de contrôler l'apport d'air pour assurer des conditions
favorables à la
nitrification et dénitrification simultanées.
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Exemple 2
Cet exemple consiste à présenter la méthodologie et les résultats en lien avec
l'enlèvement de
l'azote sous des conditions d'opération favorable à la nitrification et
dénitrification simultanées
complète.
Les biofiltres (BF) pilotes utilisés avaient une profondeur de 1.2 m Les
milieux filtrants
étaient composés d'un mélange de support organique (tourbe et copeaux de bois)
et
inorganique (pouzzolane et calcite). Plus précisément, le milieu filtrant
comprenait une couche
grossière totalisant 70 cm de profondeur sous laquelle suivait 25 cm de milieu
filtrant constitué
de tourbe + copeaux + calcite.
Les couches de milieu filtrant (21 à 25) ainsi que la dispositions des mèches
d'échantillonnage (26 et 27) sont représentés à la Figure 4.
Les trois biofiltres pilotes fonctionnaient à contre-courant. Le lisier étant
alimenté en tête
de colonne (28) et l'air en pied (30). L'air était alimenté depuis un réseau
d'air comprimé et le
débit était réglé grâce à des débitmètres à bille placés sur chacune des
lignes d'alimentation.
Le taux d'aération a été fixé à 2.5 m/h pendant l'expérimentation.
Le lisier d'alimentation était pompé par des pompes à cavité progressive à
partir de bacs
de stockage situés dans un réfrigérateur à 4 C.
L'alimentation se faisait de manière discontinue par plusieurs pulsation de
pompe
réparties au cours de la journée à l'aide d'une minuterie. La durée des
pulsations était réglée de
façon à obtenir le volume désiré par pulse et par jour. La minuterie
permettait aussi de démarrer
les agitateurs dans les bacs de lisier au même moment que le prélèvement.
Le lisier passait par des pré-filtres qui permettaient de piéger les plus
grosses particules
en suspension afin d'éviter le colmatage des buses d'aspersion en tête de
colonne (28). Les
buses d'aspersion permettaient de répartir le lisier sur toute la surface du
milieu filtrant (21). Le
lisier ruisselait et traversait le milieu filtrant (21 à 25) par gravité et le
liquide traité était récupéré
en pied de colonne (32) et acheminé vers un drain ou dans des contenants lors
des
échantillonnages.
Les biofiltres ont d'abord été conditionnés, c'est-à-dire activés
hydrauliquement jusqu'à
ce que 80 % de l'eau injectée soit recueillie en sortie. Cet état a été
atteint après 15 jours
environ.
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Ensuite, un lisier séparé sous les lattes (SSL) provenant d'une ferme porcine
en Beauce
a été utilisé pour alimenter les biofiltres.
La charge hydraulique appliquée correspondait à 0.017 m3/m2.j (2.2 L/j).
L'alimentation
en lisier était répartie au cours de la journée à raison de 6 pulses par jour
d'environ 367 ml à
toutes les quatre heures tel que représenté par les flèches selon le schéma
suivant:
4h 8h Midi 16h 20h minuit
La période de démarrage a été considérée atteinte après 1 mois lorsqu'il a eu
apparition
d'une nitrification substantiellement complète (présence de nitrite et de
nitrate et absence
d'azote ammoniacal dans les effluents).
Les résultats montrés à la Figure 5 montre l'évolution des concentrations en
azote lors
du suivi expérimental. La concentration en NTK à l'alimentation à oscillé
entre 1300 et 2000
mg/L pendant l'étude. Pour la sortie, la mesure du NTK a varié entre 19 et 129
mg/L indiquant
par le fait même un bon abattement de ce paramètre (>90%). Pour les
concentrations en nitrite
et nitrate (N-NO2 et N-NO3), les valeurs en sortie exprimées par la somme de
ces deux
paramètres ont oscillé entre 2 et 200 mg/L. Globalement, l'enlèvement moyen de
l'azote total à
partir des différents processus d'ammonification, nitrification et
dénitrification au sein de ce
procédé aéré en continu à atteint des valeurs de 95%. Dans les gammes de
fonctionnement à
des taux d'aération de 2.5 m/h et des charges moyennes respectives en NTK et
DBO5 de 0.029
kg/mz.j et 0.093 kg/m2 l'enlèvement de l'azote total est complet (Figure 5).
Exemple 3
Cet exemple consiste à présenter la méthodologie et les résultats en lien avec
l'enlèvement de
l'azote sous des conditions d'opération défavorable à la nitrification-
dénitrification complète.
La Figure 6 présente un schéma de l'unité de biofiltration utilisé dans cette
étude. Cette
unité de 26.5 cm de diamètre mesure 2.30m de hauteur. La charge hydraulique
appliquée a été
de 0.060 m3/mZ.j. Les caractéristiques du lisier à traiter ont été ajustées et
modifiées en
fonction d'un lisier provenant d'une ferme porcine en France. Pour ce faire,
le lisier d'une ferme
porcine (Québec-Canada) a été dilué 1.5 fois avec de l'eau du robinet et un
ajout de 23 ml
d'une solution synthétique à base d'acide propionique (30 g/1), d'acide
lactique (50 g/1),
d'acétate de sodium (30 g/I), d'acide butyrique (1 g/1) et d'éthanol (25 g/1)
a été ajoutée afin
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d'augmenter la DBO5. De plus, 1 692 mg/1 de NH4HCO3 ont été ajoutés au lisier
afin
d'augmenter la valeur du NTK. Le Tableau 4 suivant présente les
caractéristiques de ce lisier.
Tableau 4
MES NTK DBO5
LISIER
mg/1 mg/1 mg/I
Ferme porcine en France 550 1 700 4 300
Ferme porcine au Québec. 200 - 1 000 1 800-2 100 3 600 - 5 600
Lisier du Québec dilué et enrichi
pour cette étude 215 - 540 1 260 - 1 713 3 600 - 5 500
Selon les caractéristiques obtenues du lisier (Tableau 4) les concentrations
obtenues
ont été similaires à celles de la ferme porcine en France. Les concentrations
en matière en
suspension (MES) ont été légèrement inférieures aux valeurs attendues compte
tenu des
grandes variations de ce paramètre dans les lots de lisier.
La durée de fonctionnement du biofiltre a été d'environ sept mois afin de
permettre une
bonne colonisation du milieu filtrant ainsi que d'observer une évolution de la
perte de charge.
Les résultats présentés à la Figure 7 montre la présence d'une forte
nitrification dans le
milieu filtrant faisant en sorte qu'une concentration élevée en nitrate est
générée par le procédé
en sortie. Dans les conditions d'opération prédéfinies, la dénitrification
s'avère incomplète pour
retirer tous les nitrates en sortie. Dans ce cas, contrairement à la méthode
selon l'invention, un
traitement en aval est à prévoir pour dénitrifier afin d'effectuer une remise
au milieu naturel.
Globalement, l'enlèvement moyen de l'azote total à partir des différents
processus
d'ammonification, nitrification et dénitrification au sein de ce procédé aéré
en continu à atteint
des valeurs de 75%. Dans les gammes de fonctionnement à des taux d'aération de
6.5 m/h et
des charges moyennes respectives en NTK et DBO5 de 0.092 kg/m2.j et 0.243
kg/m2.j,
l'enlèvement de l'azote total est incomplet (Figure 7) et démontre un
rendement moins efficace
pour l'enlèvement de l'azote total que la méthode selon les conditions
spécifiques de l'invention
présentées à l'exemple 2.
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