Les technologies biologiques de dénitrification

Les technologies biologiques de dénitrification

MATÉRIELS ET MÉTHODES

Afin d’évaluer la dénitrification biologique pour améliorer le traitement des SeN-, N-NH3, N02- et N03-, la présente étude a été menée en trois étapes. D’abord, des essais en batch consistant en la mise en contact de mélanges d’effluents synthétiques avec la boue de la mine LaRonde ont été réalisés afin d’évaluer la présence d’une activité dénitrifiante dans ces boues. Dans ces mélanges, les efficacités de différentes sources de carbone/énergie pour les bactéries ont été évaluées selon trois scénarios [scénario 1 : carbone organique (méthanol, éthanol, bois intact (BI) et bois pourri (BP)) ; scénario 2 : carbone minéral (SCN-) ; et scénario 3 : N-NH3 comme source d’énergie (Anammox)]. Le BI et le BP utilisés dans cette étude ont été caractérisés dans les travaux de Bouslimi et al. (2013) et Bouslimi et al. (2014). Par la suite, les essais en batch ont été conduits en fed-batch (semi-continu) afin d’évaluer l’efficacité de dénitrification avec les différentes sources de carbone/énergie utilisées. Dans la troisième étape, la performance d’un système pilote de laboratoire de nitrification-dénitrification avec écoulement de l’effluent de la mine LaRonde et de leurs boues a été évaluée.Ce chapitre présente la réalisation des montages et le suivi des paramètres physico-chimiques de la partie batch et fed-batch ainsi que la partie avec écoulement. D’autres détails sur la réalisation des essais sont fournis dans l’Annexe A pour les essais de batch et fed-batch et dans l’Annexe B pour les essais avec écoulement.

Description du site et échantillonnage

La boue utilisée pour tous les essais a été échantillonnée en une fois au fond du décanteur final à la sortie de 1 ‘usine de traitement biologique de la mine LaRonde (UTFE). Cette boue est susceptible de contenir des bactéries dotées d’une activité dénitrifiante anaérobie puisqu’elles sont situées au fond du décanteur (Figure 2-7). En effet, les conditions dans le fond du décanteur seraient favorables aux bactéries dénitrifiantes car la concentration d’oxygène devrait être relativement faible, avec la présence de source de carbone provenant de la mort des bactéries et la présence de N03- à des concentrations d’environ 400 mg/L.

Essais batch et fed-batch

Le but de cette étape a été de déceler d’abord la présence de l’activité dénitrifiante des bactéries au moyen des essais en batch et, par la suite, de suivre la cinétique de dénitrification au moyen des essais fed-batch pour enfin comparer les efficacités des trois scénarios testés.L’accepteur d’électron a été changé pour chaque substrat afin de tester lequel entre N02- et No3 donne la meilleure efficacité. Par la suite, dans 12 erlenmeyers de 500 mL, 270 mL de chaque mélange ont été transvasés auxquels 30 mL des boues (partie solide) préalablement centrifugées ont été rajoutées. Chaque erlenmeyer a subi un barbotage avec de 1′ azote gazeux, et a ensuite été scellé par un bouchon muni de 3 sorties : un pour 1′ alimentation, un pour 1′ échantillonnage et un troisième pour la sortie de gaz par dénivellation (déplacement du niveau de l’eau dans le cylindre gradué ;Figure 3-1). Les deux tuyaux d’alimentation et d’échantillonnage restaient pour l’étape batch bien bouchés. Ils servaient plus tard lors de l’étape fed-batch pour l’alimentation et le soutirage. Une faible agitation a été fournie par une plaque agitatrice sur laquelle les 12 erlenmeyers ont été bien fixés. Les essais en batch et en fed-bach ont été réalisés à 20°C (dans une pièce à températur contrôlée). La fin de l’essai en batch a été déterminée par l’arrêt de production de gaz mesuré par dénivellation dans le cylindre gradué (Figure 3-1). Dans le cas étudié, après 25 jours, aucun changement dans les volumes de gaz produits n’a été emegistré. En conséquence, l’essai batch a été anêté après 30 jours et 1′ essai fed-batch a commencé par la suite. Pour les essais en fed-batch (Figure 3-2), des échantillonnages d’un volume fixe de 50 mL à partir des mélanges réalisés ont été compensés par 50 mL du même mélange initial correspondant à ce réacteur [ex. pour le réacteur contenant (SeN- + Nüf), 1 ‘échantillonnage de 50 mL est compensé par 50 mL de la solution mèreS 10 (Tableau 3-1)]. La température durant ces essais était la même que pour les essais en batch (20°e). Il fallait s’assurer que durant l’alimentation et l’échantillonnage, aucune fuite d’air ne se produisait et que les erlenmeyers restaient étanches durant toute la durée de 1 ‘essai (30 jours).

Pilote de nitrification-dénitrification

Un pilote de nitrification-dénitrification alimenté en continue par 1 ‘effluent réel de la mme LaRonde et consistant en 5 bacs en cascades de 20 L chaque (Figure 3-3), a été réalisé. L’alternance d’une étape pré-dénitrification par les SeN- [bac (A) ; Figure 3-3], une nitrification [bac (B) à (D) ; Figure 3-3] et une post-dénitrification par le méthanol [bac (E) ; Figure 3-3] a assuré le traitement de la pollution azotée dans l’effluent. Le débit d’alimentation (QF) et le débit de recirculation [QR: du bac (D) au bac (A)] ont été variés durant la période du suivi du pilote (140 jours) pour quatre facteurs de dilution différents (DF) dans le bac (A). La température n’a pas été contrôlée durant cette partie des travaux (15-20°e). Plus de détails expérimentaux sur la réalisation du montage et le suivi réalisé seront développés au chapitre 5 et à l’Annexe B.

Table des matières

DÉDICACE
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
LISTE DES ANNEXES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Contexte
1.2 Objectifs
1.3 Contenu du mémoire et principale contribution
1.4 Présentations et publications liées à l’étude
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE
2.1 Origine de la pollution azotée dans les effluents de mines d’or
2.1.1 Les SCN·
2.1.2 L’utilisation des explosifs
2.2 La dénitrification des effluents de mines d’or
2.2.1 Les technologies physiques de dénitrification
2.2.2 Les technologies chimiques de dénitrification
2.2.3 Les technologies biologiques de dénitrification
2.3 Synthèse des connaissances
2.4 Besoins en recherche
2.5 Description du site à l’étude
CHAPITRE 3 MATÉRIELS ET MÉTHODES
3.1 Description du site et échantillonnage
3.2 Essais batch et fed-batch
3.3 Pilote de nitrification-dénitrification
3.4 Suivi des essais en batch et fed-batch
CHAPITRE 4 RÉSULTATS DES ESSAIS BATCH ET FED-BATCH
4.1 Suivi du pH, POR et OD
4.2 Suivi des concentrations des SeN·, N-NH3, N02-et NOf
4.2.1 Mélanges S9 (SCN- + N02-) et S 10 (SCN- + N03-)
4.2.2 Mélanges Sll (N-NH3 + N02-) et S12 (N-NH3 + N0 3}
4.2.3 Mélanges S1 (BP + N02-) et S2 (BP + NOf)
4.2.4 Mélanges S3 (BI + N02-) et S4 (BI + N03-)
4.2.5 Mélanges S5 (MeOH + N02-) et S6 (MeOH + N03-)
4.2.6 Mélanges S7 (EtOH + N02-) et S8 (EtOH + N03}
4.3 Suivi du gaz produit par les mélanges en batch et en fed-batch
4.4 Stratégie à adopter pour la dénitrification avec écoulement en continu
CHAPITRE 5 ARTICLE 1 : EFFICIENCY OF NITROGEN REMOVAL DURING THIOCYANATE TREATMENT IN GOLD MINE EFFLUENTS WITH MINERAL AND ORGANIC CARBON SOURCES
5.1 Résumé
5.2 Graphical abstract
5.3 Abstract.
5.4 Introduction
5.5 Materials and methods
5. 5.1 Site description and sampling
5. 5.2 Pilot-scale system for the nitrification-denitrification process
5.5.3 Physicochemical characterization
5.5.4 Data processing
5.6 Results and discussion
5.6.1 Pre-Denitrification (reactor A)
5.6.2 Nitrification (reactors B to D)
5.6.3 Post-denitrification (reactor E)
5.7 Conclusion
5.8 Acknowledgements
5.9 References
CHAPITRE 6 DISCUSSION DES RÉSULTATS
6.1 Comparaison des paramètres physicochimiques
6.2 Comparaison de l’efficacité de dénitrification
CHAPITRE 7 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
BIBLIOGRAPHIE

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