Réduction de nutriments (P & N) du lisier de porc par précipitation contrôlée et récupération de la struvite.

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\nLe lisier de porc est généralement très concentré en phosphore et en azote, contribuant à
\nl'eutrophisation du milieu aquatique. Les traitements primaires et secondaires ne permettent
\npas d'enlever une quantité importante de phosphore pour répondre aux normes de rejet qui
\nsont 1 mg.L-1. D'autre part, lors du traitement des effluents chargés en phosphore et en
\nazote, les conditions physico-chimiques deviennent favorables à la précipitation de la
\nstruvite MgNH4P04•6H20 sur les tuyaux et pompes des procédés de traitement
\noccasionnant d'énormes coûts. Nous avons développé un procédé pour récupérer la
\nstruvite du lisier de porc, minimisant ainsi les apports en orthophosphates et en ammonium
\naux eaux de ruissellement.
\nDes essais préliminaires ont permis de modéliser les conditions de précipitation de la
\nstruvite à l'aide du modèle d'équilibres chimiques Visual MINTEQ dans des conditions de
\nsolution pure. D'autre part, afin de confirmer ces conditions de précipitation, des
\nexpériences en solution aqueuse synthétique ont été menées en utilisant des sels de
\nphosphates d'ammonium et de sulfate de magnésium.
\nDans une deuxième étape, une caractérisation de différents types de lisiers de porc a
\npermis de sélectionner le lisier prétraité par coagulation/floculation, compte tenu de la
\ncomposition physico-chimique qui favorise la précipitation de la struvite (ratio NH4 :Mg:PP04
\nfavorable et faible concentration en matières en suspension).
\nDes essais au laboratoire ont permis de déterminer les conditions optimales de précipitation
\nde la struvite dans cet effluent. L'enlèvement des phosphates et de l'ammonium a atteint
\n98 % et 17 % respectivement lors des expériences à l'échelle de laboratoire. L'aération du
\nlisier pour dégager le CO2 et augmenter le pH sans ajout de NaOH n'a pas été fructueuse,
\nl'ajout de NaOH s'est avéré nécessaire à l'augmentation du pH. La seule phase cristalline
\ndétectée par diffraction aux rayons X était la struvite. Afin de déterminer les conditions
\noptimales de précipitation de la struvite à partir du lisier prétraité, des études de l'effet de la
\ntempérature et de la turbulence sur la cinétique de précipitation de la struvite et la taille des
\ncristaux ont été réalisées à l'échelle laboratoire.
\nLes travaux à l'échelle semi-pilote ont permis la conception d'un réacteur à agitation
\ncontinue enlevant ainsi 99 % des P-P04 et 16 % de N-NH4. Le temps de réaction en mode
\nstatique a été de 30 min alors qu'il a été prolongé à 60 min en mode continu pour permettre
\nune meilleure décantation de la struvite au fond du réacteur.
\nLa solubilisation du magnésium suivant l'ajout du FeCb au lisier décanté, provenant d'une
\nferme porcine de la région de québec, ayant été démontré, il nous fallait vérifier la
\nreproductibilité et l'importance de la solubilisation du magnésium sur des lisiers de porc
\nprovenant de différents types d'élevage et de différentes régions géographiques. Dans cette
\noptique, un échantillonnage dans 17 fermes porcines a été réalisé. Les expériences d'ajout
\nde FeCb à chacun de ces échantillons ont permis de confirmer que la solubilisation de
\nmagnésium est bien due à l'ajout du fer (FeCb). Celui-ci précipite sous forme de complexes
\nFerP04(OHhr-3(S) entraînant la dissolution de phases minérales amorphes principalement la
\nstruvite MgNH4P04'6H20 sous l'effet de l'ion commun (Principe de Le Chatelier), et
\ninitialement présents dans les lisiers étudiés. La présence de cette « st ru vite amorphe »
\nsemble universelle dans le lisier de porc.
\nLes expériences à l'échelle pilote, qui se sont déroulées à la ferme, ont été réalisées en
\nmode statique (batch) et en modes semi-continu et continu. Un temps de réaction (TRH) de
\n40 min a été nécessaire pour enlever une quantité importante du phosphore. Lors des
\nexpériences en continu, le procédé développé a permis un enlèvement de 97 % des
\nphosphates. Les objectifs d'élimination du phosphore ont été atteints aussi bien en mode
\nstatique qu'en mode continu. Cependant, si la struvite doit être récupérée sous forme pure
\nsans présence d'impuretés, le traitement en mode statique est plus avantageux. En effet, la
\nstruvite formée lors du traitement continu se confond avec la matière organique colloïdale
\npuisque le temps de résidence est plus long au fond du réacteur. Lors de ces expériences à
\nl'échelle pilote, et contrairement à celles réalisées en laboratoire et à l'échelle semi-pilote,
\nles analyses de l'effluent après précipitation ont démontré qu'en plus de la struvite, il ya eu
\nprécipitation de phases calciques, vraisemblablement de la calcite, considérant la quantité
\nimportante de calcium qui a été enlevé lors du traitement. Cette précipitation du calcium est
\nprobablement due à la teneur initiale en phosphore qui était plus faible à l'entrée du
\nréacteur. D'autre part, lors de l'ajustement du pH par ajout du NaOH (4N) il Y a
\npossiblement eu une augmentation locale très importante du pH dépassant la valeur voulue
\nde 8,5 avant que le NaOH ne soit réparti dans tout le volume du lisier traité, ce qui a
\nprobablement favorisé la précipitation du calcium.
\nLe procédé de précipitation du phosphore sous forme de struvite, après le traitement
\nphysico-chimique ayant été développé de façon à minimiser le rejet de phosphore et
\nl'accumulation de la struvite dans la tuyauterie du procédé BIOSORMD, il était nécessaire de
\nvérifier l'impact de ce traitement sur le rendement des biofiltres qui seront alimentés par cet
\neffluent déphosphaté avec un pH plus élevé (8,5). Dans cette optique, il nous a paru
\nnécessaire de mener une étude pour évaluer l'effet de cette élimination du phosphore sur le
\ntraitement biologique. L'étude a été menée en utilisant une colonne de biofiltration garnie de
\nsupport organique à l'échelle laboratoire. Cette colonne a été alimentée par du lisier ayant
\nsubi un traitement de précipitation de la struvite. L'alimentation du biofiltre par du lisier ayant
\nune faible teneur en phosphore et un pH plus élevé n'a pas eu d'effet néfaste sur la capacité
\népuratoire du biofiltre pour l'enlèvement de la DBOs, DCO ainsi que les processus de
\nnitrification/dénitrification. Le rabattement de ces paramètres est demeuré semblable au
\nrendement enregistré durant la période de démarrage du biofiltre qui était alimenté par du
\nlisier provenant de la coagulation/floculation.
\nFinalement, afin d'évaluer la rentabilité économique du procédé développé, une étude
\ntechnico-économique a été réalisée dans un contexte d'implantation du procédé de
\nprécipitation du phosphore, sous forme de struvite, dans une unité de traitement du lisier de
\nporc déjà existante. L'estimation des coûts d'implantation du procédé a été faite en
\nconstruisant un modèle à l'aide d'un chiffrier Excel qui pourra être utilisé par la suite, pour
\nl'adapter dans des unités de traitement de capacité supérieure ou inférieure à la présente
\nétude. L'étude technico-économique a pris en considération les deux étapes de traitement,
\nà savoir le traitement physico-chimique de coagulation/floculation et l'étape de précipitation
\ndu phosphore sous forme de struvite. Lors de cette étude, différents scénarios
\nd'implantation ont été considérés (traitement du lisier frais, traitement du lisier prétraité en
\nbatch et traitement du lisier prétraité en continu). Le choix de l'un ou l'autre des différents
\nscénarios envisagés dépendra alors des infrastructures de traitement existantes dans une
\nferme qui serait intéressée à implanter le procédé développé de précipitation du phosphore.

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