Academic literature on the topic 'Déphosphatation'

Abstract Les résultats d’une étude expérimentale de valorisation directe d’une eau de drainage minier acide comme agent de déphosphatation d’une eau usée municipale sont présentés dans cet article. Il ressort qu’une concentration égale à deux fois et demi la dose stoechiométrique en eau de drainage minier acide serait requise pour la déphosphatation d’une eau usée municipale partiellement traitée ce qui représente une dose légèrement supérieure à la dose requise en alun. Les concentrations en métaux lourds des eaux déphosphatées ainsi que celles des boues sont, dans la majeure partie des cas, en deça des normes et recommandations en vigueur ce qui indique, a priori, la faisabilité de cette valorisation. L’étude montre que le pH de l’effluent municipal ne serait pas significativement affecté par ce type de déphosphatation. Le développement d’un procédé de concentration de ce type d’effluent minier constitue la prochaine étape dans ce projet de valorisation.

La capacité de déphosphatation et de dénitrification ainsi que la sensibilité et l'accumulation de deux métaux lourds (Cr et Cd) de Scenedesmus quadricauda, Chlorella pyrenoidosa et Chlamydomonas reinhardtii isolées des eaux usées de la ville de Fès, ont été étudiées dans les conditions de laboratoire. Les résultats ont montré que S. quadricauda présente les meilleurs taux de réduction des phosphates (83%), et d'ammonium (75%). L'étude de la sensibilité vis à vis du chrome et du cadmium des trois espèces, a montré qu'au delà d'une concentration de 1 ppm, la croissance se trouve réduite et que S. quadricauda présente une sensibilité plus faible que les deux autres espèces. Les résultats des expériences d'absorption conduites avec du chrome VI marqué au51 Cr et du cadmium marqué au109 Cd ont montré que les quantités de chrome et du cadmium prélevées par S. quadricauda dépassent celles des deux autres espèces. L'utilisation potentielle des trois espèces dans le traitement des effluents urbains est discutée à la lumière des résultats de ces expériences.

Les échanges de phosphore à l'interface eau-sédiment ont été étudiés dans la retenue Al Massira. La campagne de prélèvements a été menée pendant la faible oxygénation des eaux profondes au mois d'octobre 1991. Les mesures des échanges de phosphore ont été réalisées in situ en chambre benthique. Les valeurs de pH sont élevées et reflètent clairement l'influence de la nature géologique du bassin versant sur la composition chimique des eaux. Ce bassin versant, formé essentiellement de roches sédimentaires calcaires, est vraisemblablement à l'origine des concentrations élevées en calcium mesurées dans les chambres benthiques. En période de faible oxygénation, on note une augmentation des teneurs en phosphore particulaire dans les eaux surnageantes en raison de la présence de complexes calcium-phosphore, fer-phosphore et manganèse-phosphore. En période d'anoxie, la réduction de ces complexes est accompagnée d'une aug- mentation des teneurs en phosphore. La densité bactérienne et la concentration en phosphore total et notamment en orthophosphates suivent une évolution temporelle comparable. Une fraction non négligeable du phosphore particulaire serait liée aux bactéries. Des mesures drastiques de déphosphatation du tributaire Oum Errbia doivent être prises pour éviter la dissociation des complexes Ca, Fe, Mn-Phosphore et le relargage de phosphore biodisponible.

L'eutrophisation due au phosphore a débuté à la fin des années 50. Les concentrations en phosphore étaient de 10 µg/l avant 1960 et ont atteint 90 µg/l vers 1976-1979. Depuis 1979, on note une diminution de 31 % (62 µg/l en 1988). Les apports en phosphore particulaire par les affluents principaux suivent parfaitement l'hydraulicité, mettant ainsi en évidence leur origine principalement érosive. Par contre, les apports en phosphore dissous, qui sont plus liés à l'activité humaine, ont présenté une forte croissance au début des années 1960 et se sont maintenus à un niveau élevé jusqu'en 1975. Depuis cette époque ils sont en forte décroissance (- 56 % depuis 1975). Cette décroissance est liée à la mise en service des stations d'épuration pratiquant la déphosphatation et à la mesure d'interdiction des phosphates dans les produits de lavage textiles en Suisse (01.07.1986), qui a conduit à réduire de 40 à 45 % les quantités de phosphore rejetées dans les eaux superficielles par les réseaux d'assainissement. La transparence moyenne estivale (mai-septembre) a régulièrement diminué depuis les années 1960. Lorsque les conditions climatiques sont favorables à la croissance du phytoplancton le Léman est susceptible de se comporter comme un lac eutrophe. Malgré la nette baisse des concentrations en phosphore dans le lac, il n'a pas encore été relevé de diminution de la production algale. Ceci est en accord avec les études effectuées sur d'autres lacs qui ont montré qu'il est nécessaire d'abaisser ces concentrations en-dessous de 20 à 30 µg/l pour limiter la croissance du plancton.

L’excès de phosphore (P) dans les eaux de retenues est responsable d’une prolifération de cyanobactéries. Cela s’observe fréquemment dans la plupart des pays européens. En France, le lac de Ribou, localisé à Cholet, est un cas typique (Maine-et-Loire) illustrant cette problématique. La présence de P est principalement liée aux rejets des stations d’épuration (STEP), situées sur le bassin versant, non équipées de processus de déphosphatation et également liées aux pratiques agricoles et aux élevages de bovins. Ainsi, la concentration moyenne de P total entrant dans le lac de Ribou par le Trézon sur l’année 2006 a été de 0,34 mg•L-1, ce qui en fait une eau de qualité « passable » et de nature « mésotrophe » alors que la retenue de Ribou a un caractère eutrophe. De plus, en matière de flux, il se déverse dans le lac de Ribou environ 18,7 tonnes de P•an-1. Sortir de l’eutrophisation reviendrait à abaisser cette valeur à 1 tonne de P•an-1, soit une concentration moyenne de P dans les eaux d’alimentation de la retenue de 0,03 mg•L-1. Pour sortir de cette situation, un plan de gestion dans le cadre du Schéma d’Aménagement de Gestion de l’Eau (SAGE) a démarré en 2006. Il comprend un ensemble de 29 mesures avec, en particulier, la mise en place de contrats agro-environnementaux permettant de réduire les surfaces en cultures au profit de surfaces en prairies, la réalisation de diagnostics agro-environnementaux sur 170 exploitations, l’organisation de journées de formation pour la plantation et l’entretien des haies, la prise en compte du phosphore dans les projets de modernisation des six STEP du bassin versant (non-rejet, déphosphatation, etc.), la mise en place de bandes enherbées, le suivi mensuel de la qualité de l’eau brute sur 16 points de prélèvement du bassin versant, l’organisation de réunions techniques auprès des acteurs concernés permettant la promotion de méthodologies visant à réduire le phosphore et la promotion de la « désintensification » des systèmes de production agricole. Enfin, parmi ces mesures, l’aménagement de zones humides tampons est envisagé dans le but de diminuer d’un facteur 10 les apports actuels d’ici 2010. Ainsi, une démarche de restauration a été mise en oeuvre. En effet, dans un premier temps, un diagnostic du lac de Ribou par analyse en composante principale sur un ensemble de données physico-chimiques a montré que la station la plus anthropisée correspond à la station TR qui doit faire l’objet de priorité dans le cadre d’un aménagement futur. Dans un second temps, au cours de l’année 2006, des inventaires floristiques ont été conduits sur cette zone de confluence entre le Trézon et le lac de Ribou, en appliquant la méthode des quadrats selon l’échelle de Braun-Blanquet. Nous avons mis en évidence 21 espèces végétales en mai et 12 en octobre. Parmi celles-ci, les espèces Juncus effusus, Phalaris arundinacea, Salix caprea, Rorippa amphibia, et Lemna minor ont été répertoriées. Ces inventaires ont permis, d’une part, de diagnostiquer l’état écologique du milieu aquatique à travers l’observation de la présence d’un ensemble caractéristique d’hélophytes appelé Phalaridaie regroupant les espèces Rorippa amphibia, Lycopus europaeus, Mentha aquatica, Phalaris arundinacea, Alisma plantago-aquatica et Lythrum salicaria. La présence de ce groupe caractéristique traduit une mauvaise qualité de l’eau brute. D’autre part, ces inventaires ont permis de mettre en évidence des espèces aquatiques potentiellement intéressantes dans l’épuration du phosphore comme Phalaris arundinacea, Salix caprea et Juncus effusus. Ces dernières pourraient être utilisées à moyen terme pour l’aménagement de zones tampons dans un but de restauration de la qualité des eaux du lac de Ribou.

Ce mémoire porte sur la récupération-valorisation du phosphore contenu dans les effluents. Le procédé repose sur la précipitation en milieu basique d'un phosphate de calcium très insoluble (hydroxyapatite) soit en lit fluidisé de particules d'hydroxyapatite, soit en cuve agitée. Dans le cas d'un effluent synthétique ne contenant que du phosphore (50mg/L), la teneur de l'effluent après traitement est abaissée à une valeur inférieure à 1mg/L lorsque sont convenablement choisis la température (35°C) et le pH (7.5). Les phénomènes de précipitation, croissance cristalline, enrobage ont été étudiés. Dans les conditions optimales citées, le traitement réalisé en lit fluidisé permet de retenir entièrement le précipité dans le lit. Le magnésium favorise l'enrobage en lit fluidisé mais inhibe la croissance. Cependant à pH élevé (supérieur à 9) la récupération quasi totale du phosphore est assurée. Dans tous les cas le phosphore récupéré est directement valorisable par l'industrie phosphatière.

Ce mémoire porte sur la récupération-valorisation du phosphore contenu dans les effluents. Le procédé repose sur la précipitation en milieu basique d'un phosphate de calcium très insoluble (hydroxyapatite) soit en lit fluidisé de particules d'hydroxyapatite, soit en cuve agitée. Dans le cas d'un effluent synthétique ne contenant que du phosphore (50mg/L), la teneur de l'effluent après traitement est abaissée à une valeur inférieure à 1mg/L lorsque sont convenablement choisis la température (35°C) et le pH (7. 5). Les phénomènes de précipitation, croissance cristalline, enrobage ont été étudiés. Dans les conditions optimales citées, le traitement réalisé en lit fluidisé permet de retenir entièrement le précipité dans le lit. Le magnésium favorise l'enrobage en lit fluidisé mais inhibe la croissance. Cependant à pH élevé (supérieur à 9) la récupération quasi totale du phosphore est assurée. Dans tous les cas le phosphore récupéré est directement valorisable par l'industrie phosphatière
The subject of this report is efficient phosphorus recovery from effluents by precipitation in basic solution of an insoluble calcium phosphate in either a fluidised bed of hydroxyapatite (HAP) seeds or in a stirred reactor. In the case of a synthetic effluent containing only phosphorus (50mg/L), the final concentration after treatment is reduced to less than 1mg/L when the temperature (35°C) and the pH (7. 5) are suitably selected. Precipitation, crystalline growth and coating phenomena were studied. Under the optimal conditions, the treatment using the fluidised bed process allows the precipitate to be retained entirely within the bed. Magnesium assists the coating in the fluidised bed process but inhibits crystalline growth. However at high pH (above 9) the phosphorus is recovered effectively. In all cases the recovered phosphorus can be directly reused by phosphate manufacturers

Le travail entrepris comporte trois axes de recherche : étude des cinétiques de nitrification sur site et en batch ; étude des cinétiques de relargage et de réabsorption du phosphore ; évaluation de l’intérêt de la mesure de potentiel d’oxydoréduction pour le contrôle des processus de nitrification/dénitrification et de déphosphatation biologique. Le suivi sur station comme les essais en batch ont démontré que, pour un âge de boue suffisant, la vitesse de nitrification, exprimée par litre de boue, varia peu avec la concentration en boues, dans la gamme de 2 à 4. 5 b/l de MVS. Des expériences en batch ont été effectuées dans le but de déterminer l’influence de la concentration en DCO et de la durée d’anaérobiose sur la vitesse de relargage et de réabsorption du phosphore. La vitesse spécifique de relargage déterminée sur la première heure d’anaérobiose est directement proportionnelle à la quantité de DCO initiale. Pour une même DCO, une hausse de la durée d’anaérobiose à plus de 2h, n’a pas augmenté la quantité de phosphore suraccumulé et n’a donc pas amélioré le rendement d’élimination biologique du phosphore. Une deuxi7me série d’expériences a été réalisée dans le but de préciser les conditions d’apparition et les conséquences sur le processus de déphosphatation biologique d’un relargage secondaire de phosphates (relargage sans apport de carbone exogène). Le relargage occasionnel ne semble pas affecter le processus de déphosphatation biologique. L’asservissement du fonctionnement de l’aération à des seuils de potentiel d’oxydo-réduction associés à des temporisations a permis une élimination pousse de l’azote
Three main research axes were held during my PhD: The study of nitrification kinetics at full scale and in batch; study of releases and uptake kinetics of phosphate; the evaluation of the interest of ORP measure for control of nitrification, denitrification and enhanced biological phosphorus removal. The study at full-scale as well as the batch experiments have proved that, for a sufficient sludge age, the nitrification rate, expressed per liter of sludge, varies slightly with the sludge concentration, within 2 to 4. 5 g/l VSS. A higher sludge concentration does not implicate a higher nitrification capacity. Batch tests were realised to determine the influence of both COD concentration and anaerobic residence time on both phosphate release and uptake rates. The phosphor-release rate, settled on the first anaerobic hour, was proportional to the initial filtered COD concentration. For the same COD concentration, an increase of the anaerobic residence time superior to 2h did not increase the excess phosphorous uptake and did not improve the enhanced biological phosphorus removal efficiency. A second series of experiences were realised to specify the appearance conditions and the consequences on biological phosphorus removal of a second P-release (a release without carbon supply). An occasional secondary P-release does not seem to affect the biological phosphorus removal process

En raison de l'impact des phosphates sur la pollution des eaux, un procédé de récupération par précipitation d'un phosphate de calcium a été développé pour valider la démarche avec un objectif de mise en place d'une méthodologie permettant de construire un pilote optimal. Le procédé est un lit fluidié, dans lequel le phosphate précipite en continu et s'enrobe sur des grains de sable. Le pilote réalisé permet de traiter des débits de rejet aqueux synthétique de l'ordre de 0. 1 m3/h. La méthodologie découple les phénomènes physico-chimiques présents. La précipitation dans le lit fluidisé est modélisée à l'aide de concepts thermodynamiques tenant compte des différents phosphates de calcium susceptibles de précipiter en fonction des conditions opératoires. L'enrobage est traduit par une réaction cinétique du premier ordre entre les fines et les grains de sable, couplée avec un réseau de réacteurs idéaux traduisant l'hydrodynamique du système.

"La lutte contre l'eutrophisation des eaux nécessite l'épuration des eaux résiduaires avnt leur rejet dans le milieu naturel. Cette thèse s'inscrit dans une recherche qui a pour but d'améliorer la fiabilité de l'élimination par voir biologique des pollutions carbonées, azotées et phosphorées des eaux résiduaires urbaines. Deux sujets ont été approfondis : le métabolisme bactérien du phosphore et la production de l'acétate (acidogénèse). L'étude du métabolisme bactérien du phosphore était focalisée sur l'activité de l'enzyme polyphosphate-kinase (ATP-polyphosphate phosphotransférase). Une méthode de dosage de l'activité polyphosphate-kinasique a été mise au point pour acinebacter calcoaceticus. Cette méthode a été appliquée sur différentes souches bactériennes pures et sur des boues activées. Certaines souches présentent une activité polyphosphate-kinasique constitutive (entre 0. 36 et 4. 8 nmoles P. Min-1. Mg-1prot. ). Dans certains cas la polyphosphate-kinase peut être induite par anaérobiose. L'activité polyphosphate-kinasique mesurée dans les boues est toujours faible (<0. 1 nmoles P. Min-1. Mg-1prot. ). Une installation pilote de laboratoire a permis d'étudier le fonctionnement d'un réacteur acidogène et l'influence de sa présence sur le rendement de l'élimination du phosphore d'une installation de type "Phoredox modifié". Les essais réalisés sur le réacteur acidogène séparé ont permis d'en caractériser le fonctionnement. Le temps de séjour hydraulique se situe entre 1 et 2. 5 heures. La flore de la boue du réacteur acidogène est aérobie-anaérobie facultative. Le seul acide gras volatil produit en quantité d'acétate produite dépend principalement de la quantité de substrat carboné contenue dans les eaux résiduaires. La cinétique de production d'acétate à partir d'une eau résiduaire urbaine, mesurée lors des essais en discontinu, est de l'ordre de 0. 2 mg d'acétate. G-1 MS. Min-1. Les essais de couplage du réacteur acidogène au pilote"phoredox modifié" ont montré que le gain d'élimination de phosphore est faible"
To control eutrophication in the natural water bodies implies purifying waste waters before they are released into the environment. This thesis contributes to the research on the removal by bacteria of carbon, nitrogen and phosphorus from municipal waste waters. Two points have been studied. In the first part of this work, the phosphorus metabolism of bacteria was investigated, and the activity of the enzyme polyphosphate kinase was measured. In the second part, an acidogenic reactor was studied, ant its influence on the phosphorus removal in a modified phoredox-type bench scale pilot was determined. A method for measuring polyphosphate kinase activity has been developed for acinetobacter calcoaceticus. The method was applied to a number of bacterial strains and to activated sludge samples. A constitutive polyphosphate kinase activity (between 0. 36 and 4. 8 nmol P. Min-1. Mg-1 prot. ) was found in some bacterial strains. In some cases, polyphosphote kinase activity was induced by anaerobiosis. The polyphosphate kinase activity of all activated sludges examined was low (<0. 1 nmoles P. Min-1. Mg-1prot. ). Experiments on a bench scale acidogenic system showed that acetate was the only volatile fatty acid produced in measurable quantities. The quantity of acetate produced mainly depends on the quantity of organic carbon in the influent. Acetate production kinetics were measured during batch experiments. The initial production was about 0. 2 mg acetate. G-1ss. Min-1. Improvement in efficiency of phosphorus removal in a modified phoredox pilot upon coupling after the acidogenic reactor (1 to 2. 5 h hydraulic retention time) was minimal

Nous avons développé et validé un concept d'interprétation et d'évaluation de la traitabilité biologique d'effluents par des surfaces de réponse définies en fonction de l'âge de boues, du temps de séjour hydraulique et de la concentration organique (DCO totale) de l'effluent. Ce concept définit des régions ou des segments d'isoréponse selon le paramètre sélectionné. La superposition de régions d'isoréponse permet de choisir les conditions optimales d'opération pour le paramètre d'intérêt le plus restrictif. Le concept de régions d'isoréponse sert d'outil d'optimisation, de gestion de l'opération et de décisions modifiant ou agrandissant la chaîne de traitement dans le but de se conformer aux normes. Il dévoile des limites de l'influence de l'âge de boues comme paramètre de contrôle et fait ressortir l'influence du temps de rétention hydraulique sur la stabilité et le rendement du système ainsi que sur l'évolution de la biomasse et de son comportement. L'analyse de la traitabilité par des surfaces de réponse a mis en évidence d'importantes lacunes dans les modèles traditionnels. Nous montrons l'inaptitude du rapport F/M comme paramètre de conception et d'opération, la quasi-indépendance de l'âge de boues et du temps de séjour hydraulique dans le contrôle du procédé biologique et l'effet des paramètres de contrôle sur la composition microbiologique durant la traitabilité. Cette étude fut réalisée sur des effluents variables d'un abattoir aux échelles pilotes et réelle
It was demonstrated that biological treatment response to changes in SRT, HRT, and influent total COD could be described by response surfaces for each effleunt parameter under investigation. Iso-response regions or lines could be obtained thus defining the ranges of SRT and organic load combinations which must be maintained in order to ensure a given effluent quality. The response surface for the most restrictive parameter will ensure that operating conditions are chosen in such a way as to maximize the performance of the system as a whole. This concept can assist in optimization, upgrading or retrofitting decision making. This study showed that the effect of SRT is significantly reduced beyond a value of 15 days. In addition, HRT has been shown to be equally important to SRT as a process control parameter with significant impact on system stability, sludge setleability and microbial composition, as well as on the performance. Process control can be achieved by modifying jointly or separately each parameter. The inequacy of the F/M ratio as an operating and design parameter was demonstrated experimentally through its lack of predictive potential. Also the usefulness of ATP as a biological performance indicator was assessed. This concept was developped at pilot scale using settled variable abbatoir waste and successfully applied to the operation of the full scale treatment facility receiving the same wastewater

Le premier volet de la présente étude vise à évaluer la performance du réacteur biologique à support fluidisé SMBRMD avec garnissage PEENOX MD pour l'épuration des eaux usées de la Municipalité de Mont-Saint-Grégoire (MMSG). Ce système comprend deux réacteurs à biomasse fixe disposés en série, suivis d'un décanteur. Conformément aux critères de suivi de démonstration du MDDEP, cette nouvelle technologie a été analysée sur une période d'un an (de juin 2009 à mai 2010). Le suivi a permis de mieux comprendre les processus impliqués dans le réacteur en fonction des conditions environnementales et de la qualité de l'affluent. Une fois le système stabilisé, il a été démontré que le premier réacteur était très efficace pour l'enlèvement de la matière organique, où des taux d'abattement de 78 ± 21 et 89 ± 18 % ont été observés pour la DCO S et la DBOC5S , respectivement. Aussi, les deux réacteurs SMBR ont permis un enlèvement de l'azote ammoniacal de 99 ± 1 %. La nitrification, présente dans les deux réacteurs, était responsable de l'enlèvement de l'azote ammoniacal à 67 ± 19 %. Globalement, la performance observée à l'usine depuis l'implantation des réacteurs SMBR est supérieure à celle mesurée avec le système précèdemment utilisé, soit les biodisques. De plus, les paramètres à l'effluent sont davantage constants. Le deuxième volet du projet aborde le traitement par coagulation et floculation de l'eau usée échantillonnées à l'usine de la MMSG. L'efficacité déphosphotante de l'alun a d'abord été évaluée en laboratoire, sous des conditions expérimentales contrôlées, et comparée à celle observée à la MMSG. Puis, l'influence des conditions de mélange et de la concentration en MES sur la performance de l'alun a été analysée. Par la suite, le pouvoir déphosphatant de deux solutions de chitosane, un polymère biodégradable et non toxique issu de la chitine, a été examiné. Toutefois, le chitosane ne permettant pas d'abattre les fractions dissoutes de phosphore, l'utilisation simultanée du chitosane et de l'alun a été considéré Ainsi, deux des trois solutions de chitosane utilisées permettent de diminuer les dosages d'alun requis pour l'atteinte des exigences de rejet, réduisant par le fait même la teneur en sulfates et en aluminium dans les biosolides. De plus, pour un dosage donné d'alun, ces solutions de chitosane permettent de réduire la concentration en aluminium du surnageant. Malheureusement, les tests ne permettent pas d'associer le pouvoir déphosphatant du chitosane à son degré de déacétylation ou à son poids moléculaire.

En quantité excessive, le phosphore est responsable de l’eutrophisation des plans d’eau. De ce fait, les normes de rejet du phosphore des eaux usées municipales font l’objet d’un resserrement. Des travaux ont porté sur la mise au point d’un procédé de capture passive de phosphore caractérisé par des biofiltres dotés de média actif à base de bois imprégné par l’hydroxyde de fer. L’abattement de phosphore se fait par le mécanisme de sorption qui regroupe l’adsorption, la dissolution réductive et les échanges d’ions. Le présent mémoire s’inscrit dans la continuité des travaux sus-cités. L’objectif est d’évaluer l’influence des nitrates sur la performance d’enlèvement du phosphore. Des essais en colonne ont été réalisés à partir d’une broyure activée opérée en anaérobie et par immersion sur une période de 150 jours. Les colonnes ont été alimentées durant 30 jours par une solution synthétique dopée à 5 mg P/L. Différentes concentrations de nitrates (5, 10 et 25 mg N-NO₃/L) ont ensuite été appliquées sur trois colonnes (C₂, C₃ et C₄), la colonne C₁ servant de témoin. Les résultats ont démontré que l’addition des nitrates réduit les performances d’enlèvement du phosphore des biofiltres. Le suivi du phosphore montre que la concentration en P à la sortie des biofiltres dépasse l’objectif de 0.3 mg P/L, 30 jours après l’injection des nitrates pour la colonne C₂ et 15 jours après pour les colonnes C₃ et C₄. L’ajout des nitrates augmente le potentiel d’oxydoréduction. Il en résulte une inhibition de la dissolution réductive, caractérisée par une baisse de production des ions ferreux. Une dénitrification simultanée se produit au sein des colonnes. Elle est à la fois biologique et chimique à travers l’oxydation des ions ferreux par NO₂, produit lors de la dénitrification biologique. Par ailleurs, des tests d’identification bactérienne ont mis en évidence la présence des bactéries reliées au fer, dénitrifiantes, sulfo-oxydantes, réductrices de sulfate, productrices de biofilm ainsi qu’une variété de micro-organismes hétérotrophes tels que les Pseudomonas et les bactéries entériques dans les biofiltres.
In excessive quantities, phosphorus is responsible for eutrophication of water surfaces. Thereby, phosphorus discharge standards for municipal wastewater are subject to a tightening. Researches have focused on the development of a passive phosphorus entrapment process characterized by biofilters with active wood-based media impregnated with iron hydroxide. Phosphorus removal is done by sorption which includes adsorption, reductive dissolution and exchange of ions. This MSc thesis is a continuation of the abovementioned studies. The objective is to evaluate the influence of nitrates on the phosphorus removal performance. Columns tests were performed with anaerobic activated wood-based media and immersion over a period of 150 days. Columns were fed for 30 days with a synthetic solution of 5 mg P/L. Different concentrations of nitrate (5, 10 and 25 mg N-NO₃/L) were then applied on three columns (C₂, C₃ and C₄), column C₁ serving as a control. The results demonstrate that the addition of nitrate reduces the phosphorus removal performance of biofilters. Phosphorus tracking shows that the concentration of P at the outlet of the biofilters exceeds the target of 0.3 mg P/L, 30 days after nitrate injection started for column C₂ and 15 days later for columns C₃ and C₄. Addition of nitrate increases the oxidoreduction potential. This results in an inhibition of the reductive dissolution, characterized by a decrease in the release of ferrous ions. Simultaneous denitrification occurs within the columns. It is both biological and chemical through the oxidation of ferrous ions by NO₂, produced during biological denitrification. Furthermore, bacterial identification tests have highlighted the presence of iron-related bacteria, denitrifying bacteria, sulfur oxidizing bacteria, sulfate reducing bacteria, biofilmproducing bacteria and a variety of heterotrophic microorganisms such as Pseudomonas and enteric bacteria in biofilters.

L'azote et le phosphore sont à l'origine de problèmes environnementaux entraînant un stress environnemental sur les écosystèmes aquatiques, comme l'eutrophisation et la toxicité. Pour contrer ces impacts, l'utilisation de procédés de traitement avancés est nécessaire pour respecter les réglementations strictes en matière de rejet. Une augmentation annuelle de l'utilisation des nutriments par la société est observée alors que les réserves mondiales de phosphore (P) et potassium (K) sont limitées. Compte tenu de leur importance dans toute vie, la récupération de ces nutriments à partir des eaux usées a retenu l'attention des chercheurs et est devenue un domaine de recherche très important. Les stations de traitement des eaux usées (STEP) sont considérées comme l'un des points d'accumulation importants de phosphore avec environ 1,3 million de tonnes d'élimination de P par an via le traitement des eaux usées dans le monde (Li et Li 2017). La valorisation du P des eaux usées pourrait ainsi couvrir environ 15 à 20% de la demande mondiale de phosphore (Yuan et al. 2012). Par conséquent, les stations d'épuration sont désormais considérées comme des installations de récupération des ressources de l'eau (StaRRE), un lieu où la valorisation et la gestion des biodéchets sont poursuivies. Les procédés électrochimiques peuvent être utilisés comme traitement tertiaire pour l'élimination du P (Tran et al. 2012). De nos jours, il suscite également l'intérêt des chercheurs en tant que nouvel outil pour les processus de récupération des nutriments tels que l'électrodialyse, l'électrocoagulation, le dosage électrochimique de magnésium, etc. Par contre, des applications à l'échelle pilote et à grande échelle nécessitent encore davantage d'investigations et de recherches. Dans ce projet de recherche, une technique d'électrocoagulation est appliquée pour la première fois pour récupérer le phosphore sous forme de vivianite à partir des eaux usées. En fait, la récupération du phosphore sous forme de vivianite, une pratique innovante, a attiré une attention considérable en raison de son omniprésence naturelle, de sa facilité d'accès et de sa valeur économique prévisible (Wu et al. 2019). Le processus d'électrocoagulation proposé utilise une anode de fer sacrificielle pour produire des ions ferreux formés lors de la dissolution de l'anode. Ces ions réagiront avec les ions du phosphore dans les eaux usées, en particulier PO₄³⁻ , HPO₄²⁻ et H₂PO₄⁻, entraînant la formation de vivianite, Fe₃(PO₄)₂,8H₂O, utilisable dans différents types d'application : engrais à libération lente, batterie Li-ion, peinture. . .Dans le cadre de ce projet, la modélisation électrochimique avec PHREEQC est utilisée afin d'étudier la dissolution de l'anode de fer, les conditions optimales de la précipitation de vivianite, les facteurs limitant cette formation et le suivi du processus de la précipitation dans une matrice d'eau usées complexe. PHREEQC a été démontré d'être un outil puissant pour effectuer des calculs de spéciation et l'évaluation de l'indice de saturation qui détermine le taux de précipitation. La partie expérimentale du travail couvre la récupération de vivianite en utilisant la méthode d'électrocoagulation. Cette récupération est évaluée dans des réacteurs de laboratoire opérés en mode batch et en mode continu afin d'évaluer respectivement, la récupération de vivianite comme une nouvelle route de récupération de P et la cinétique de sa précipitation a différentes valeurs de pH.
Nitrogen and phosphorus are causing environmental problems leading to environmental stress on aquatic ecosystems such as eutrophication and toxicity. To counteract these impacts, the use of advanced treatment processes is required to meet the strict discharge regulations. An annual increase in nutrient use by society is observed while global phosphorus (P) and potassium (K) reserves are becoming limited. Given their importance in all life, the recoveryof these nutrients from waste water has gained the attention of researchers and has become a highly important research field. Waste water treatment plants (WWTPs) are considered one of the important accumulation points of phosphorus with around 1.3 million tons of P-removed globally per year via sewage treatment (Li et Li 2017). P-recovery from wastewater could thus cover around 15-20% of the global phosphorus demand (Yuan et al. 2012). Therefore, WWTPs are now considered as Water Resource Recovery Facilities (WRRFs), a place where biowaste valorization and management are pursued. Electrochemical processes can be used as tertiary treatment for P-removal (Tran et al. 2012). Nowadays, it is also gaining the interest of researchers as a new tool for nutrient recovery processes such as electrodialysis, electrocoagulation, electrochemical magnesium dosage, etc.Based on a literature review, it could be concluded that all these processes have currently only been studied at pilot-scale, and full-scale application still needs more investigation and research. In this research project, an electrocoagulation technique was applied for the first time to recover phosphorus from wastewater as vivianite. In fact, vivianite phosphorus recovery, an innovative practice, has attracted considerable attention for its natural ubiquity, easy accessibility and foreseeable economic value (Wu et al. 2019). The proposed electrocoagulation process uses a sacrificial iron anode to produce ferrous ions formed during anode dissolution,reacting with ions in wastewater, in particular PO₄³⁻ , HPO₄²⁻ et H₂PO₄ , resulting in the formation of vivianite, Fe₃(PO₄)₂,8H₂O, that can be used in different types of application : slow release fertilizer, Li-ion battery, paint . . . As part of this project, electrochemical modelling with PHREEQC was used to study the dissolution of the iron anode, the optimal conditions for vivianite precipitation, the factors limiting its formation and the monitoring of the precipitation process in a complex wastewater matrix. PHREEQC was found to be a powerful tool to perform speciation calculations and the evaluation of the saturation index which determines the rate of precipitation. The experimental part of the work studied the recovery of vivianite using electrocoagulation. This recovery was evaluated in lab-scale reactors operating in batch mode and in continuous mode in order to evaluate respectively, the recovery of vivianite as a new route of recovery of P and the kinetics of its precipitation at different pH values.