Étude conjointe de la biolixiviation des métaux lourds et de la stabilisation des boues de stations d'épuration.

摘要

La présente recherche consistait à mettre au point un procédé microbienudpermettant conjointement la stabilisation des boues municipales et l'enlèvement des métauxudqui y sont associés, ce qui réduirait considérablement les temps et coûts de traitement. Ceudprocédé utilise des souches microbiennes hautement actives du genre thiobacillesudretrouvées naturellement dans l'environnement. Ces souches oxydent le soufre élémentaireud(substrat), produisant ainsi de l'acide sulfurique et augmentant le potentiel d'oxydoréduction,udce qui favorise la solubilisation des métaux à des pH voisins de 2.0.udLes essais réalisés en erlenmeyers (Benmoussa et al., 1994a) et en bioréacteursud(Benmoussa et al., 1994b) sur différents types de boues, provenant de différentes stationsudd'épuration (Benmoussa et al., 1994c, 1997a, 1997b), montraient que la chute de pHudentraînait une solubilisation importante des métaux et une réduction jusqu'à 50% desudmatières volatiles en suspension (MVS). Le soufre nécessaire à la biolixiviation-stabilisation était introduit, selon les cas, sous forme de granules ou de blocs; ce dernierudmode d'introduction s'avérait plus efficace et préférable au soufre en granules quant à laudminimisation du pouvoir acidophile de la boue produite.udLes résultats obtenus en erlenmeyers, avec du soufre granulaire et des bouesudsecondaires de Black Lake (expérience 1), montraient que la forte chute de pH (2.5)udétait directement liée à la quantité de soufre présent, et entraînait une solubilisationudimportante des métaux allant de 20 à 100%. De plus, ce procédé permettait une réductionuddes MVS de 33%, alors que les propriétés fertilisantes des boues étaient conservées.udL'effet du taux d'aération sur la biolixiviation-stabilisation était vérifié dans quatreudbioréacteurs identiques de type colonne avec recirculation interne. L'aération dans lesudbioréacteurs était de 0.06, 0.09, 0.12 et 0.16 volume/volume/minute (vvm).udL'augmentation du taux d'aération de 0.06 à 0.09, 0.12 et 0.16 vvm a conduit à uneudaugmentation du potentiel d'oxydo-réduction (POR), ainsi que des vitesses d'acidificationudet de réduction des MVS des boues. Néanmoins, après 10 jours d'incubation, le pH et leudtaux de réduction des MVS étaient pratiquement semblables pour les quatre tauxudd'aération. Dans tous les cas, les taux de solubilisation des différents éléments étaient trèsudvoisins et variaient selon leur nature chimique. La forte baisse de pH à des valeurs voisinesudde 2.0 a provoqué une réduction sous la limite de détection de 10 UFC/mL des bactériesudpathogènes, et une légère baisse des hétérotrophes aérobies totaux (1 à 2 à l'échelleudlogarithmique).udAfin d'en comparer l'efficacité, deux types de bioréacteurs (parfaitement agité etudde type colonne avec recirculation externe des boues) ont été utilisés avec des bouesudprimaires de la station d'épuration de la communauté urbaine de Québec (C.U.Q.- Est). Leudbioréacteur parfaitement agité a reçu du soufre en granules de 2.4 à 4.0 mm de diamètre,udalors que celui de type colonne a reçu du soufre en blocs de 25 mm de diamètre. Lesudrésultats obtenus montraient une solubilisation des métaux et une réduction des MVS plusudimportantes dans le cas du bioréacteur de type colonne.udLes résultats obtenus en bioréacteurs de types colonne avec recirculation interneuddes boues provenant de quatre différentes stations d'épuration montraient que lesudrendements de solubilisation des métaux n'étaient pas affectés par le type de boues traitéesudet que la réduction des MVS était plus importante dans le cas de la biolixiviation-stabilisation.udEn plus d'influer beaucoup sur le pouvoir acidophile de la boue produite,udl'utilisation du soufre en blocs a conduit à la création, entre les blocs de soufre, de zonesudanoxiques où s'est produite une dénitrification rapide effectuée par les bactéries àudmétabolisme respiratoire, permettant une réduction de la biomasse, sans apport d'air.udEnfin, il était important de montrer l'effet de la concentration en solides des bouesudsur le présent procédé en bioréacteur de type colonne. Les résultats obtenus lors de laudbiolixiviation-stabilisation montraient que la concentration en sulfates produits augmentaitudavec la concentration initiale en matières en suspension (MES) des boues, alors que laudvitesse d'acidification de celles-ci diminuait. La réduction des MVS des boues lixiviéesudétait nettement supérieure à celle obtenue pour les boues contrôles respectives et lesudvaleurs de la constante de dégradation des matières biodégradables (kd) décroissaientudlinéairement lorsque la concentration en MES augmentait. Les taux de solubilisation desuddifférents métaux, lors de la biolixiviation-stabilisation diminuaient lorsque lesudconcentrations en MES des boues augmentaient. Enfin la phase solide des boues lixiviéesudgardait entièrement ses valeurs fertilisantes.