Table des matières

La présente étude visait à établir la capacité d’enlèvement de l’azote des effluents domestiques par le procédé à culture fixée immergée BIO-FOSSEMD, conçu pour les petites localités. Des essais ont été effectués avec une unité pilote comprenant un réacteur de 15 litres. Aéré en continu et soumis à des charges de 35 g N-NH4+ m-2 d-1 et 323 g DBO5 m-2 d-1, ce procédé a atteint 96% de nitrification, atteignant régulièrement des valeurs inférieures à 2 mg N-NH4+/L. Sous aération intermittente du réacteur, l’efficacité de l’enlèvement de NH4+ et de NO3- dépend de la durée des périodes aérobie et anoxie. Avec un cycle de 24 h comptant 75% d’aération, les concentrations en azote à l’effluent ont varié de 0,4 à 7,4 mg N-NH4+ /L et de 10 à 21 mg N-NO3-/L. Les taux maximaux de nitrification et de dénitrification s’élèvent à 58 g N-NH4+ m-2 d-1 et 52 g N-NO3- m-2 d-1, respectivement.

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GENEVIÈVE AUBRY CANDIDATE

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PAUL LESSARD, ING., PH.D. DIRECTEUR

The present study was conducted to establish the nitrogen removal capacity for a domestic effluent of the submerged fixed-film process BIO-FOSSEMD. This process has been especially designed for small communities and is based on the use of textile as bacterial support. When aerated continuously and subjected to loads of 35 g N-NH4+ m-2 d-1 and 323 g DBO5 m-2 d-1, this process reached 96% of nitrification, while providing 98% biological oxygen demand removal and 91% suspended solids removal. Under these conditions, values lower than 2 mg N-NH4+/L were measured on a regular basis in the effluent. When the reactor is operated under intermittent aeration, NH4+ and NO3- removal efficiencies depend on the duration of aerobic and anoxic periods. With a 24 h cycle, including 75% of aeration, the effluent nitrogen concentrations varied from 0,4 to 7,4 mg N-NH4+/L and from 10 to 21 mg N-NO3-/L. Under continuous aeration, total nitrogen removal average was around 49%, reaching over 70% at some point. Similar nitrogen removal was reached under intermittent aeration. Kinetic tests conducted ex situ gave a maximal nitrification rate of 58 g N-NH4+ m-2 d-1 and a maximal denitrification rate of 52 g N-NO3- m-2 d-1.

Ce projet de maîtrise a été réalisé conjointement entre l’Université Laval et la compagnie Bioflo inc. Sa réalisation a été rendue possible grâce à l’appui de plusieurs personnes et organismes, que je tiens à remercier chaleureusement.

Mes premiers remerciements vont à mon directeur de recherche, Paul Lessard. Je le remercie d’abord pour avoir accepté de me compter parmi ses étudiants gradués. Je le remercie également pour l’attention assidue qu’il m’a accordée tout au long de la réalisation des expérimentations (même lors de son année sabbatique en France), ainsi que pendant les étapes de l’analyse des résultats et de la rédaction. De plus, son support financier pendant la période non couverte par la bourse mentionnée plus loin fut très apprécié.

Je remercie également Bernard Lavallée, étudiant au doctorat, qui a grandement collaboré à ce projet de recherche et qui a toujours été très disponible pour répondre à mes questions. Ses commentaires toujours pertinents et sa grande rigueur m’ont amenée à maintes reprises à repousser les limites de mes connaissances et m’ont fait beaucoup évoluer.

Je remercie bien sûr la compagnie Bioflo, appartenant maintenant à H2O Innovation, pour sa contribution financière qui a été maintenue malgré les deux changements de propriétaires survenus au cours du projet. J’adresse ici des remerciements plus particuliers à Nancy Tremblay, microbiologiste, M.Sc., qui m’a tout appris à mon arrivée en m’aidant à mettre le projet expérimental en marche et qui m’a supervisée pendant les six premiers mois du projet. Merci également à Martine Lanoue, ingénieure, M.Sc.A., directrice de la division biologique chez H2O Innovation, qui a collaboré au projet par la suite.

Cette recherche a aussi été rendue possible grâce à l’octroi d’une bourse de recherche en milieu de pratique par le Fonds pour la formation de chercheurs et l’aide à la recherche (FCAR). Cette bourse a été très appréciée.

J’exprime également ma gratitude envers les municipalités propriétaires de la station d’épuration des eaux usées de Charny, Bernières et St-Nicolas, pour avoir donné accès aux installations. Merci aux opérateurs pour l’aide apportée, spécialement à Ghislain Bergeron.

Par ailleurs, je tiens à remercier Michel Bisping, technicien au laboratoire en environnement du Département de génie civil, pour m’avoir aidée à régler les inévitables problèmes d’ordre technique ou pratique.

De même, je veux souligner l’apport des quatre professeurs de la section environnement du Département de génie civil dans mon cheminement. En plus de Paul Lessard, les professeurs Jean-Baptiste Sérodes, Christian Bouchard et Rosa Galvez-Cloutier m’ont appris, dans le cadre des cours suivis, plusieurs notions très utiles à mon projet de recherche ou qui le seront au cours de ma carrière.

En terminant, je m’en voudrais de passer sous silence l’appui de mes collègues qui m’ont aidée à un moment ou à un autre et avec qui j’ai eu des discussions fort intéressantes. Marie-Eve, Gerardo, Serge-Luc, Martin, Danielle, Christine, Cynthia, Rafael, Mélanie et les autres : je garderai un précieux souvenir de vous tous! Finalement, un grand merci à mes amis (surtout Cathy!), aux membres de ma famille (particulièrement mes parents) et bien sûr à Mathieu qui m’ont écoutée et encouragée pendant ces deux années de maîtrise.

Le mémoire est présenté sous la forme d’un article scientifique (Chapitre 2), lequel est paru dans la revue VECTEUR environnement (novembre 2003, volume 36, numéro 6, pp. 48-59). Cet article a été entièrement rédigé par la candidate, tout en étant le fruit de nombreuses discussions avec les deux coauteurs. Plus précisément, l’article a été dirigé et révisé par Paul Lessard, premier coauteur et directeur de recherche. Il a également été révisé par Bernard Lavallée, deuxième coauteur et étudiant au doctorat en génie civil.

DBO5  : Demande biochimique en oxygène, effectuée sur 5 jours (mg/L, g m-2 d-1)

DBOL  : Demande biochimique en oxygène limite (g m-2 d-1)

DBR  : Disque biologique rotatif

DCO  : Demande chimique en oxygène (mg/L, g m-2 d-1)

MeS : Matières en suspension (mg/L)

MVeS  : Matières volatiles en suspension (mg/L)

NDS  : Nitrification et dénitrification simultanées

NTK : Azote total Kjeldahl (mg/L, g m-2 d-1)

NT : Azote total (mg/L)

RBSB  : Réacteur biologique séquentiel à biofilm

RCM : Réacteur complètement mélangé

TRH  : Temps de rétention hydraulique (h)

Yobs  : Coefficient de rendement observé (g MeS produites / g DCO enlevée)