Développement d'une filière physico-chimique de traitement du lisier bovin.

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de \nce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce \nrésumé peut être lue en PDF. L'élevage intensif est un secteur prospère en Amérique du Nord qui, en plus de consommer eau \net énergie, apporte son lot de rejets potentiellement nocifs pour l'environnement. En effet, \nl'agrandissement des exploitations et la progression de l'élevage intensif entraînent des surplus \nde fertilisants par rapport à la demande locale. Le surplus de nutriments présents dans le lisier se \n retrouve dans la nature après épandage, ce qui altère la qualité des eaux souterraines, des eaux de \nsurface, de l'air et des sols \nAu Canada, la gestion du lisier sous forme liquide tend à se développer parallèlement à \nl'agrandissement des exploitations. Sous la forme liquide, le lisier est plus facile à manipuler \navec de la machinerie. La gestion du lisier sous forme liquide nécessite de grandes quantités \nd'eau généralement potable (eau de lavage). La dilution provoque une forte augmentation du \nvolume du lisier. Il faut donc plus d'espace de stockage et plus de moyens de transport pour \nl'épandage. Au Québec, la quantité totale de lisier produite est de 25 Mt an-l. Il est donc \npertinent de s'intéresser au traitement du lisier bovin. Le lisier a une valeur agronomique \nimportante, car il constitue un engrais organo-minéral possédant d'excellentes qualité \nfertilisantes. \nLa quasi-totalité du lisier produit sous forme liquide fait l'objet d'épandage au champ. Des \nquantités importantes de matières en suspension (MES), d'azote (N) et de phosphore (P) \nnotamment, provoquent une diminution de l'oxygène disponible dans les cours d'eau. Les \népisodes de contamination des étendues d'eau par des micro-algues toxiques, directement liées à \nl'eutrophisation des lacs, ne laissent pas les gouvernements indifférents face aux nouveaux défis \nqu'impose la gestion des cours d'eau. \nLe P est l'élément fertilisant qui pause le plus de problème. Dans certaines régions, l'apport de P \nau sol par épandage de lisier est trop important par rapport au besoin des cultures. Il faut donc \ntransporter ces surplus vers des zones ayant des besoins en P, ce qui occasionne des coûts de \ntransport élevés. \nDans l'objectif de résoudre cette problématique qui devient un enjeu pour la santé humaine, \nplusieurs recherches tentent de mettre au point des technologies capables de diminuer la charge \npolluante du lisier sous forme liquide tout en conservant ses qualités fertilisantes. Quelques \nprocédés ont fait leurs preuves avec le lisier porcin. Les trois principales catégories de \ntraitements exploités, font appel a des procédés physiques, biologique et/ou physico chimique \npouvant être combinés ou non. Toutefois, la plupart des technologies de traitement disponibles \npour le lisier bovin sont actuellement en cours d'étude ou trop coûteuses pour être exploitées. \nLa présente étude a pour objectif central la mise au point d'un procédé de séparation \nsolide/liquide (SIL) du lisier bovin sous sa forme liquide. La problématique exige un procédé \nsimple, se déroulant en deux ou trois étapes, il devra facilement s'adapter au fonctionnement de \nl'exploitation, ou être implanté à moindre coût, sur une installation de traitement existante. La \nfilière étudiée consiste notamment en une séparation par tamisage, suivie d'une coagulation des \nMES par électrocoagulation en utilisant des électrodes de fer ou par ajout de polymères. \nDans le cadre des présents essais, une ferme près de Québec, spécialisée dans la production de \nvaches génisses et laitières a servi de source d'échantillonnage. La première étape du procédé \nreposait sur un tamisage en séquence composé de deux tamis de maillage 3,0 et 0,5 mm. Un \nsystème de deux tamis superposés était placé sur un agitateur à secousses. Initialement, le lisier \nprésentait une concentration moyenne de 8,6% solides totaux (ST). Après 15 min d'agitation sur \nun tamis à secousses, 59 ± 2% des solides ont été récupérés sur les tamis. Le solide ainsi \nrécupéré, constitué principalement de litière (paille) et de résidus d'alimentation, présentait une \nsiccité de 12 ± 1 % ST. \nL'étape suivante a consisté en la mise au point d'une procédure de coagulation/floculation des \nparticules présentes dans la fraction liquide issue de l'étape de tamisage. Le polymère \nsynthétique commercial Zetag 7654 a été sélectionné pour ses caractéristiques bien adaptées au \nlisier bovin. Il s'agit d'un polymère cationique de poids moléculaire élevé et de densité de charge \ntrès élevée. Au terme de l'étape précédente, le lisier récupéré (6 ± 1 % ST) a été dilué à 2% ST, \npuis mélangé au polymère dans une concentration de 20% (v/v) d'une solution à 1 g L-1. Après \nun temps d'agitation de 15 min, le mélange a été tamisé sur un tamis de 0,5 mm. L'étape de \nfloculation a généré un liquide final ayant les caractéristiques suivantes: ST: 1,4 ± 0,3%; MES: \n3,1 ± 1,1 g L-1; Ptot: 0,12 ± 0,01 g L-1 et N-NTK: 1,4 ± 0,1 g L-1. Les taux d'enlèvement des \nsolides et des nutriments à partir du lisier brut sont de 92 ± 6% ST; 76 ± 3% Ptot et 57 ± 5% N- \nNTK. Cette filière de traitement a été évaluée en triplicata et en mode continu à l'échelle pilote. \nParallèlement aux traitements effectués avec des polymères, des essais ont été menés sur \nl'emploi de l'électrocoagulation avec des électrodes de fer. Le lisier issu de la première étape de \ntamisage a été dilué pour atteindre une concentration de 2% ST. Par la suite, il a été placé dans \nune cellule d'électrolyse de 1,7 L de volume utile à l'intérieur de laquelle un courant ayant une \nintensité de 4 A traversait huit électrodes de fer et ce, pendant 30 min. Le lisier ainsi traité a \nensuite subi une étape de décantation de 2 h. Les résultats ont montré que 70 à 75% des ST sont \nainsi enlevés à partir du lisier dilué. Le liquide obtenu présentait des concentrations de 0,3 g \nMES L-1 et de 6,5% ST. Bien que prometteur, les simulations concernant les quantités de fer \nnécessaires pour l'exploitation d'un tel procédé à l'échelle industrielle montrent que le procédé \nserait trop coûteux selon les conditions actuelles du marché. \nEn assumant que la majorité du P est associée aux particules présentes dans le lisier, il peut être \ndéduit qu'une bonne partie de la problématique liée à l'épandage du lisier sur les terres \nsurchargées en nutriments pourrait trouver une solution au travers de tels procédés. \nL'abaissement des coûts reste un facteur limitant pour certains paramètres déterminant de \nl'efficacité des technologies (coûts des matériaux et réactifs). Afin de limiter l'utilisation de \ngrandes quantités d'eau, nécessaires à la dilution du lisier pré-tamisé, des essais en boucle \n(réutilisation du liquide final comme diluant avant l'étape de floculation) ont été menés au \nlaboratoire, ainsi qu'à l'échelle pilote. \nL'un des objectifs du projet était également de remplacer le Zetag par un polymère organique \nnaturel, afin d'éviter les limitations légales liées à l'utilisation des amendements issus de \ntraitements utilisant des polymères synthétiques. Le chitosan, bien que coûteux, est un polymère \norganique naturel efficace. \nLes travaux réalisés contribuent à l'avancée des connaissances concernant la mise au point de \nprocédés de traitement appliqués au lisier bovin. Ces derniers sont très peu nombreux \ncontrairement à ceux appliqués au lisier porcin. Cette étude présente un nouveau regard en \nexploitant l'utilisation de polymères à grande échelle tout en offrant faibles coûts, efficacité de \ntraitement et facilité de manipulation. Elle permet d'entrevoir le traitement du lisier bovin selon \ndes approches jamais ou peu évaluées auparavant, à savoir: l'utilisation de l'électrocoagulation et \nde polymères comme coagulants sur un résidu d'exploitation agricole à forte charge organique et \nparticulaire. L'approche est de plus novatrice qu'elle a démontré l'efficacité du chitosan comme \nagent floculant au sein d'une filière de séparation SIL du lisier bovin. Elle s'aligne avec une série \nde travaux très récents ou en cours dont l'objectif est l'établissement de technologies de \ntraitement spécifiquement dédiés au lisier bovin.

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