Mise en œuvre et modélisation de la nitritation en réacteur séquencé (sbr) – cas des effluents très concentrés en Ammoniaque

MISE EN œuvre ET MODélisation de la nitritation en réacteur séquencé (SBR) – cas des effluents très concentrés en Ammoniaque.

PAMBRUN Vaitea, PAUL Etienne, SPERANDIO Mathieu

Laboratoire d’Ingénierie des Procédés de l’Environnement INSA – GPI – LIPE EA 833 135, Avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France

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Résumé
Le traitement de l’azote, notamment dans le cas d’effluents fortement concentrés (lixiviats, lisiers, effluents de digesteur anaérobie …) pouvant contenir plusieurs centaines de milligrammes d’azote ammoniacal, constitue un domaine de recherche important des dernières décennies. Les normes de rejet étant de plus en plus contraignantes, un traitement optimisé de ces effluents est recherché, afin de minimiser les coûts financiers et environnementaux (problème d’eutrophisation des milieux récepteurs…).

Dans ce travail, un procédé de nitrification partielle, menant à une accumulation de nitrites, est proposé dans un réacteur batch séquencé (SBR) à 30°C. Cette réaction de nitritation (première étape de la nitrification) est réalisée grâce au maintien de fortes concentrations en azote ammoniacal (séquençage de l’alimentation) qui ont pour rôle d’inhiber la population nitratante responsable de l’oxydation des nitrites en nitrates (étape finale de la nitrification).

Lors des expériences effectuées, la charge éliminée par le procédé a atteint des valeurs proches de 0.5 kgN/m³.j avec un rendement maximal observé de conversion de l’ammonium en nitrite de 95-100% pendant une période stable de 40 jours. Toutefois, des variabilités au niveau des performances obtenues ont conduit à la mise en place de conditions plus favorables à l’inhibition des bactéries nitratantes, notamment un pH=8.5 et des durées de cycle optimisées pour minimiser le temps de carence des bactéries en substrats azotés. Le contrôle du procédé peut se faire par différents moyens et notamment grâce au calcul en ligne de la vitesse de consommation de l’oxygène (rO₂), indicateur de l’activité bactérienne.

Un modèle mathématique est proposé afin de décrire les phénomènes biologiques dans ce type de procédé et afin d’optimiser les conditions opératoires. Les spécificités de ce modèle résident dans la prise en compte de l’inhibition des bactéries nitritantes par leur substrat NH₃, et par leur produit HNO₂, ainsi que l’inhibition des bactéries nitratantes par l’ammoniac (NH₃). Les paramètres cinétiques du modèle ont été ajustés à l’aide de suivis de cinétiques du réacteur sous différentes conditions expérimentales ; de pH, de concentration en oxygène dissous, de température. D’autre part, des tests respirométriques spécifiques ont permis d’estimer avec plus de précision certaines constantes cinétiques telles que les constantes d’affinité des bactéries pour leur substrat.

Il apparaît que le modèle établi décrit convenablement le procédé de nitritation en réacteur séquencé et notamment les phénomènes d’inhibition des bactéries nitratantes.

Par ailleurs, pour que l’élimination de l’azote soit complète, des phases de dénitrification en anoxie seront intégrées à court terme, tant au niveau du modèle que sur le plan expérimental.