Biodegradation Behavior of Ozonated Natural Organic Matter in Sand Filters

摘要

Aujourd'hui, il est démontré que les traitements biologiques utilisés pour le traitement de l'eau potable sont des méthodes efficaces pour la réduction de la matière organique de l'eau, des sous-produits de la désinfection, ainsi que pour le contrôle de la croissance bactérienne dans les réseaux.Quelques études récentes ont tenté de modéliser ce qui se passait sur les filtres biologiques utilisés pour le traitement de l'eau potable. Les modèles de biofilms développés pour les eaux usées sont souvent utilisés pour l'eau potable. Contrairement au biofilm des eaux usées, épais et dense, celui de l'eau potable est dispersè en fraction dans le milieu du filtre ainsi que sur sa pami. Le biofilm est donc très dispersé et les paramètres importants de modélisation du biofilm en eau usée (densité, épaisseur) ne sont pas appropriés pour l'estimation du biofilm dans les filtres d'eau potable.La matière organique est constituée d'un ensemble complexe de composés organiques. Quelques-uns ne sont pas facilement biodégradables, d'autres le sont facilement et une autre fraction est récalcitrante. Dans ces conditions, un modèle utilisant un seul substrat pour représenter la cinétique de biodégradation n'est pas approprié. WANG et SUMMERS (1994) ont récemment développé un modèle mathématique utilisant plusieurs substrats pour décrire la réduction de la matière organique de l'eau dans les filtres biologiques. Le modèle suppose que la filtration biologique est composée de deux étapes : un transfert massique exteme suivi de l'utilisation du substrat à la surface du filtre. Dans ce modèle, la matière organique est divisée en trois portions: des composés facilement ou lentement biodégradables et récalcitrants. Des vitesses différentes de réaction sont utilisées pour chaque fraction. Les résultats démontrent que la diminution de la concentration de la matière organique est souvent limitée parle taux d'utilisation des substrats, et non pas par la vitesse du transfert exteme de la matière.Les objectifs de cette recherche sont d'identifier les éléments de la matière organique ainsi que les composés lentement ou rapidement biodégradables et de suivre l'évolution de ces composés dans les filtres biologiques.Une fois traitée par ozonisation, la matière organique est utilisée comme substrat dans cette recherche. La matière organique a été isolée par concentration sur résine échangeuse d'ions d'une eau souterraine prélevée en Allemagne. Le taux de traitements en ozone a été de 0,35 mg O3 par mg de carbone organique dissous (COD). Un sable bioacclimaté a été utilisé comme milieu filtrant et comme source de biomasse. Avant chaque expérience, il a été mélangé pour avoir une répartition homogène de la biomasse dans le filtre, La quantité de substrats était mesurée par les analyses du COD, du carbone organique dissous biodégradable (CODB), du carbone organique assimilable (COA), des aldéhydes et d'acides cétoniques. Les résultats, exprimés en terme du temps de contact théorique, démontrent que la vitesse de filtration dans le filtre (dans des proportions de 1,5 à 15 m/h) n'a pas d'influence sur la réduction des substrats. Le facteur limitant pour l'élimination du carbone organique par filtration est donc l'utilisation du substrat et non par le transfert externe de matière.Dans cette recherche, la fraction de la matière organique est appelée « rapidement biodégradable » si elle est éliminée dans les trois premières minutes du temps de contact. Elle constitue 15 ib du COD. La fraction du CODB de l'eau traitée par ozonisation représente environ 40 à 45 % du COD.Presqu'un tiers du CODB est rapidement biodégradé. Les résultats démontrent que 90 % du COA est utilisé par le Spirillum sp . NOX (COA-NOX), et que presque tout le COA est rapidement biodégradé et s'élimine par biofiltration en une minute de temps de contact. Le glyoxal et le méthyl glyoxal sont totalement éliminés après deux minutes de temps de contact. Par contre, seulement 60 % du formaldéhyde est éliminé dans les deux premières minutes de temps de contact et l'augmentation du temps de contact n'engendre pas une élimination supplémentaire. En outre, on n'observe pas de réduction significative de l'acétaldéhyde. Les résultats démontrent que les acides cétoniques sont rapidement et fortement dégradés. Plus de 90 % d'acide glyoxalique et d'acide pyruvique sont éliminés dans la première minute de temps de contact.