Organic Matter Capture by High-Rate Inoculum-Chemostat and MBBR Systems

Le traitement des eaux usées biologique à charge élevée permet d'utiliser la matière organique pour la production d'énergie par un procédé méthanogène qui contribue au bilan d'énergie positif pour les stations de récupération des ressources de l'eau (StaRRE).L'objectif principal de cette recherche était de maximiser la biotransformation de la matière organique soluble et colloïdale de l'affluent en matière particulaire par l'emploi d'un bioréacteur à lit mobile (MBBR) pour que cette matière particulaire soit captée et acheminée vers un procédé de digestion anaérobie.L'hypothèse scientifique originale de ce projet est qu'un système innovateur de MBBR servant d'inoculum (MBBR-inoculum) suivi d'un chémostat maximise la biotransformation de la matière organique biodégradable soluble et colloïdale (CSB : CB+SB) en matière particulaire (XB) tout en minimisant l'hydrolyse des matières particulaires biodégradables provenant de l'affluent (XB) afin que tout ces deux sources de XB soient captées pour maximiser la production de méthane.Deux configurations ont été étudiées : 1) un système de MBBR-inoculum et chémostat et 2) un MBBR à charge élevée.Le MBBR-inoculum est en fait un MBBR à charge élevée (HR-MBBR).Les essais ont été réalisés à échelle pilote dans une remorque du centre de recherche, développement et validation des technologies et procédés de traitement des eaux (CREDEAU) alimenté en eaux usées de la StaRRE de Repentigny pour une période continue de trois mois.Les eaux usées étaient moyennement concentrées avait une concentration de la demande en oxygène chimique de 268 à 482 mg DCO/L, de la DCO soluble de 38 à 73 mg SDCO/L et des matières en suspension de 344 à 477 mg MES/L.Les ratios fVT and fCV des eaux usées étaient de 0,65 ± 0,10 et de 1,7 ± 0,2 , respectivement.La fraction CSB représentait 20 à 30 % de la DCO totale (60 à 120 mg CSB/L) tandis que la matière colloïdale et soluble non biodégradable, CSU, représentait 5 % de la DCO totale (20 à 25 mg/L).Dans le MBBR, le taux de charge organique a varié entre 1,5 et 20 g CSB m -2 d -1 correspondant à un temps de rétention hydraulique de 25 à 54 min.Dans ce taux de charge, la surface représente la surface active protégée des médias où peut s'attacher le biofilm.L'effet du ratio de remplissage du vi média a varié entre 50 % et 35 % v/v correspondant à 1000 L et 700 L de médias « K5 » pour une surface utile de 800 et 560 m 2 , respectivement.Dans l'inoculum du procédé inoculum-chémostat, le taux de charge organique a varié de 20 à 85 g CSB m -2 d -1 (basé sur la superficie utile des supports mobiles), tandis que le temps de rétention (TRHInoc + TRHchem) a varié entre 150 et 300 min.La température de l'eau a varié entre 17 et 21°C et le pH se gardait stable autour de 7,0 dans les deux études.Dans le réacteur à lit mobile, la biotransformation maximale du CSB en XB d'environ 90 % a été atteinte à un taux de charge organique entre 1,5 et 5,5 g DCO m -2 d -1 , ce qui correspond à un temps de rétention hydraulique de 36 à 55 min.Dans le procédé inoculum-chémostat, la biotransformation maximale du CSB en XB d'environ 80 % a été atteinte à un taux de charge organique entre 22 et 40 g CSB m -2 d -1 , ce qui correspond à un temps de rétention hydraulique de 3,7 h à 3,9 h.Dans le réacteur à lit mobile, la concentration en oxygène dissous a montré un effet important sur l'efficacité opérationnelle et la biotransformation.De petites augmentations de la concentration de l'oxygène dissous de 1 à 2 mg O2/L à 2 à 3 mg O2/ L a augmenté significativement l'efficacité de la biotransformation du CSB de 64 ± 13 % à 84 ± 6 %.L'augmentation de la concentration de l'oxygène dissous a contribué à l'oxydation de la matière organique particulaire par biofilm.Le taux d'utilisation de l'oxygène dans le bioréacteur à lit mobile (53 mg O2 L -1 h -1 ) était trois fois plus élevé que dans le réacteur chémostat (16 mg O2 L -1 h -1 ).Une conclusion qui a pu être établie du bioréacteur à lit mobile est que la biotransformation de CSB était sensible à la concentration de l'oxygène dissous tandis que c'était le temps de rétention hydraulique et le taux de charge organique qui était sensible dans le système inoculum-chémostat.Ce projet a déterminé le potentiel du procédé innovateur d'inoculum-chémostat pour le traitement des eaux usées comme alternatif pour les StaRRE à énergie positive ou efficace.

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