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Etude de la biodégradabilité de boues secondaires soumises à un traitement thermique à 65°C et du couplage digestion anaérobie et digestion thermophile aérobie pour la réduction de boues

机译:在65°C热处理下的二次污泥的可生物降解性和厌氧消化-好氧消化耦合的研究。

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摘要

Les boues produites par les stations d’épuration sont considérées comme des déchets. Elles doivent par conséquent être éliminées en respectant les nouvelles contraintes réglementaires, environnementales, sanitaires, économiques voire psychologiques. Ces contraintes obligent à rationnaliser le traitement de ces boues. La réduction de la production de boue peut constituer un moyen pour leur meilleure gestion. Cette étude s’est intéressée à évaluer l’effet d’un traitement thermique à 65°C sur (i) la biodégradabilité des matières particulaires des boues, (ii) le devenir des activités biologiques et chimiques et (iii) la déstructuration des flocs et particules. Elle a ensuite conduit à développer et à caractériser un nouveau procédé couplé constitué d’un réacteur hyper-thermophile aérobie et d’un système conventionnel de digestion anaérobie mésophile en vue de réduire la production de boues d’une station d’épuration de grande taille. Lors de tests en réacteurs fermés, la solubilisation de la matière organique intervenant à 65°C n’engendre pas de modification de sa biodégradabilité et, par conséquent, le caractère particulaire ou adsorbé de cette matière organique ne constitue pas une limitation pour les dégradeurs biologiques. De plus, le fractionnement de la matière selon les deux propriétés, biodégradabilité et taille, a conduit à proposer un modèle de floc biologique, celui-ci pouvant être constitué d’un squelette organique réfractaire, stabilisé par une fraction minérale, sur lequel est adsorbée une matière organique dite « solubilisable » à 65°C et, surtout, qui est majoritairement biodégradable. Puis, le suivi des activités enzymatiques hydrolytiques a montré la forte spécificité des enzymes relarguées vis-à-vis de la température d’opération, réduisant les possibilités de synergie entre les conditions opératoires mésophiles et thermophiles en absence de développement de populations microbiennes adaptées. Ces observations ont naturellement conduit à l’élaboration d’un procédé continu couplé. L’étude de ce réacteur couplé a permis de mettre en évidence la cohabitation de populations microbiennes aérobies hyperthermophiles et anaérobies mésophiles et de quantifier leur complémentarité vis-à-vis de la biodégradation de la matière des boues biologiques. La configuration en réacteur couplé est adaptée pour intensifier le processus de désintégration et biodégradation du «squelette » du floc qui intervient simultanément à la solubilisation des sels, éléments structurants. Ainsi, une biodégradabilité ultime de 61% de la DCO de boues secondaires a été atteinte, valeur bien supérieure aux valeurs classiquement citées dans la littérature pour ce type de boues. Pour un temps de séjours des boues de 42 jours, le rendement de biodégradation mesuré pour ces boues est de 52%. Dans les conditions de pilotage testées, ce gain de rendement n’a pas engendré d’augmentation du rendement de production de méthane, confirmant que la dégradation supplémentaire a lieu en conditions aérobies. Le procédé couplé apparaît comme un procédé de réduction de la production de boue potentiellement intéressant car il associe réduction de la matière organique, solubilisation poussée de la matière organique et minérale, et peut être, une certaine hygiénisationud---------------------------------------------------------------------------------------------------------------The sludge produced by sewage treatment plants is regarded as a waste which has to be eliminated within the new regulatory, environmental, health, economic or psychological constraints. These constraints force to consider rationally the sludge treatment. The reduction in the production of sludge can be a way for a better management. This study focused on evaluating the effect of a thermal treatment at 65°C on (i) the biodegrability of the particular matter of sludge, (ii) the fate of chemical and biological activities and (iii) the breakdown of flocs and particles. Then this study led to develop and characterize a new coupled process consisting of a hyper-thermophilic aerobic system and a conventional mesophilic anaerobic digestion to reduce the production of sludge from large sewage treatment plant During tests in batch reactors, the solubilization of the organic matter occurring at 65 ° C does not change its biodegradability, and therefore the particular or adsorbed type of that organic matter is not a limitation for the microorganisms in charge of the biodegradation. Moreover, the the breakdown of the organic matter by two properties, biodegradability and size, has led to propose a model of biological floc, which can be a refractory organic skeleton, stabilized by a mineral fraction which adsorb a certain organic matter called "soluble" at 65 ° C and especially, which is mostly biodegradable. Then, the monitoring of hydrolytic enzyme activities has showed the strong enzyme specificity of the enzymes released because of the temperature of operation, reducing the opportunities for a synergy between the mesophilic and thermophilic operating conditions in the absence of development of an adapted microbial population. Those observations have naturally led to implement a coupled continuous process. The study of this coupled reactor has identified the coexistence of a hyperthermophilic aerobic and an anaerobic mesophilic microbial population and has quantified their complementarity regarding the biodegradation of the biological sludge organic matter. The configuration of a coupled reactor is adapted to intensify the breakdown process and the biodegradation of the "skeleton" of the floc which occurs simultaneously with the salts solubilization, structuring elements. Thus, an ultimate biodegradability of 61% of the secondary sludge COD has been reached, which is bigger than the typicalvalues cited in the literature for this type of sludge. For a sludge retention time of 42 days, the degradation rate measured for that sludge was 52%. In the condition of the pilot tested, this gain of performance did not cause an increase in the methane production yield, confirming that the further biodegradation took place in the aerobic conditions. The coupled process appears as a reducing sludge production process potentially interesting because it combines the reduction of organic matter, solubilization promoted of the organic and mineral matter, and perhaps, certain sanitation
机译:处理厂产生的污泥被视为废物。因此,必须在尊重新的法规,环境,健康,经济乃至心理约束的前提下消除它们。这些限制使得有必要对这种污泥进行合理化处理。减少泥浆的产生可能是更好管理的一种手段。这项研究有兴趣评估在65°C的热处理对(i)污泥中颗粒物的生物降解能力,(ii)生物学和化学活动的命运以及(iii)絮凝物的破坏的影响和颗粒。然后,它导致了新的耦合过程的开发和表征,该过程由好氧超嗜热反应器和常规厌氧嗜温消化系统组成,以减少大型处理厂产生的污泥。 。在密闭反应器中进行测试期间,在65°C时发生的有机材料溶解不会引起其生物降解性的改变,因此,该有机材料的颗粒或吸附性质并不构成对生物降解剂的限制。此外,根据生物降解性和尺寸这两个特性对材料进行分馏,提出了一种生物群模型,该模型可能由难熔的有机骨架组成,该骨架由矿物级分稳定,并被其吸附一种在65°C时被称为“可溶解”的有机物,最重要的是主要可生物降解。然后,对水解酶活性的后续研究表明,所释放的酶相对于操作温度具有很强的特异性,从而降低了在没有合适微生物种群发展的情况下中温和嗜热操作条件之间协同作用的可能性。这些观察结果自然导致了连续耦合过程的发展。该耦合反应器的研究使得有可能证明需氧的超嗜热和厌氧的嗜温微生物种群的共存并量化它们在生物污泥物质的生物降解方面的互补性。耦合反应器中的构造适于增强絮凝物“骨架”的分解和生物降解过程,该过程与盐,结构元素的溶解同时进行。因此,已经达到了二级污泥化学需氧量的61%的最终生物降解性,该值远高于文献中针对此类污泥的常规引用值。对于污泥停留时间为42天,测得的该污泥的生物降解率为52%。在试验的试验条件下,这种产率的提高并未产生甲烷产量的增加,这证实了在有氧条件下会发生额外的降解。耦合过程似乎是减少污泥产生的一种潜在有趣的方法,因为它结合了减少有机物,广泛溶解有机物和矿物质的功能,并且可能具有一定的卫生条件。 ---------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------- ----污水处理厂产生的污泥被视为废物,必须在新的法规,环境,健康,经济或心理限制内予以消除。这些限制迫使人们必须合理地考虑污泥的处理。减少污泥的产生可能是更好管理的一种方式。这项研究的重点是评估在65°C下进行的热处理对(i)污泥特定物质的生物降解能力,(ii)化学和生物活动的命运以及(iii)絮凝物和颗粒分解的影响。然后,这项研究导致开发并表征了一个新的耦合过程,该过程包括超高温需氧系统和常规的嗜温厌氧消化,以减少大型污水处理厂产生的污泥。在分批反应器中进行测试期间,发生了有机物溶解在65℃下,有机物不会改变其生物降解性,因此,该有机物的特定或吸附类型对负责生物降解的微生物没有限制。此外,有机物通过生物可降解性和尺寸这两个特性进行分解,从而提出了一种生物絮凝模型,​​该模型可以是难熔的有机骨架,通过吸收某些称为“可溶”有机物的矿物质成分来稳定。尤其是在65°C的温度下,大部分都是可生物降解的。然后,对水解酶活性的监测表明,由于操作温度,释放的酶具有很强的酶特异性。,在没有适应微生物种群发展的情况下,减少了中温和高温操作条件之间协同作用的机会。这些观察结果自然导致实施了耦合的连续过程。对这种耦合反应器的研究已经确定了高温嗜好菌和厌氧嗜温微生物种群的共存,并量化了它们在生物污泥有机物的生物降解方面的互补性。耦合反应器的构造适于增强分解过程和絮凝物“骨架”的生物降解,这与盐的溶解,结构化元素同时发生。因此,已经达到了二级污泥化学需氧量的61%的最终生物降解性,这比文献中针对此类污泥的典型值要大。对于污泥保留时间为42天,测得的污泥降解率为52%。在试验的条件下,这种性能的提高并未引起甲烷产量的增加,这证实了在好氧条件下生物的进一步降解。耦合过程看起来像是减少污泥的生产过程,可能很有趣,因为它结合了有机物的减少,有机物和矿物质的增溶促进作用以及某些卫生条件

著录项

  • 作者

    Perez Fabiel Sergio;

  • 作者单位
  • 年度 2009
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