Bilan

Le Tableau 19 présente l’ensemble des vitesses, des ratios OC/N et des paramètres mesurés

pour les échantillons de boues activées et de solution NB diluée dans des ESF, ainsi que les

valeurs théoriques et standard utilisés en modélisation pour des stations d’épuration

municipales.

Tableau 19 : récapitulatif des paramètres mesurés de la solution NB (1X), comparés aux paramètres des

boues activées

Paramètres Symboles Sol° NB ^Boues

actives

Théorie ou

standard ^Unités

Vitesse de nitrosation

maximale ^ρ

^BAmax

^{13,5 – 19,5 3,3 – 12,2 µ}

^BA

^.X

^BA

^/Y

^BA

^mg

^N-NO2

^.L

-1

.h

^-1

Vitesse de nitratation ρ

_BN

1,8 2,4 – 11,9 µ

_BA

.X

_BN

/Y

_BN

mg

_N-NO3

.L

^-1

.h

^-1

Taux de croissance

maximal (nitrosation) ^µ

^BAmax

^{0,17 – 0,24 0,59 0,8}

*

j

^-1

Constante d’affinité

pour l’ammonium ^K

^NHB

^{3,67 / 0,10}

*

mg

_N-NH4

/L

Constante d’affinité

pour l’oxygène ^K

^OBA

^{0,56 / 0,20}

*

mg

_O2

/L

Constante de

température ^{θ 1,120 / 1,059}

*

/

OC

BA

/N-NH

4

3,17 2,60 – 3,27 3,24 g

O2

/g

N-NH4

OC

_BN

/N-NO

₂

1,12 0,76 – 1,06 1,08 g

_O2

/g

_N-N02

: Les symboles correspondant à la solution NB sont obtenus en remplaçant « B » par « S »

* Paramètres standard pour la modélisation proposés par le Cemagref d’après Choubert, et al. (2005)

et Marquot 2006

L’activité nitratante de la solution NB est faible (1,8 mg

_N-NO3

.L

^-1

.h

^-1

). Lors d’un ajout en boues

activées, seule l’activité nitrosante sera augmentée ce qui pourrait entrainer une accumulation

de nitrites si la vitesse de nitratation dans les boues n’est pas suffisante. Rappelons cependant

que l’étape limitante de la nitrification en station d’épuration municipale est généralement la

nitrosation.

Les constantes d’affinité pour l’oxygène et pour l’ammonium sont plus élevées pour les

bactéries nitrosantes de la solution NB (K

_NHS

= 3,67 mg

_N-NH4

/L et K

_OSA

= 0,56 mg

_O2

/L) que

pour des boues activées (K

_NHB

= 0,10 mg

_N-NH4

/L et K

_OBA

= 0,20 mg

_O2

/L), reflétant une plus

faible affinité des populations X

_SA

pour ces substrats que celle des populations X

_BA

. Cette

observation semble indiquer que la solution NB contient une population nitrosante de

stratégie –r (faible affinité et for taux de croissance). Or le taux de croissance obtenu est faible

(≤ 0,24 j

^-1

) et contredit la définition de cette population comme stratège -r. Cependant, cette

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mesure semble être sous-estimée en raison d’une divergence entre les concentrations de

biomasse de l’équation théorique et les mesures directes des concentrations de biomasse en

DCO.

D’après les différences de constantes d’affinité entre les populations nitrosantes des boues

activées et celles de la solution NB présentées dans le Tableau 19, il apparait que les

concentrations du milieu en ammonium et en oxygène pourront être des facteurs de sélection

entre ces deux populations pour des boues bio-augmentées (boues + solution NB). Cependant,

les différences d’affinité entre les populations autochtones et celles de la solution étant

beaucoup plus importantes pour l’ammonium que pour l’oxygène, les concentrations en

ammonium seront plus discriminantes que le niveau d’oxygénation.

La constante de température mesurée pour la solution NB (θ=1,120) est supérieure à la valeur

standard de la modélisation (θ=1,059). La population nitrosante de la solution NB est donc

plus sensible aux baisses de température que les populations nitrosantes des boues activées.

Toutefois, cette comparaison est délicate car la constante de température standard de la

modélisation correspond aux variations de l’activité d’une biomasse d’un même système

acclimatée à différentes températures, et ne s’applique pas à une variation brutale de la

température. Or, la biomasse de la solution NB n’a été acclimatée à la température de mesure

que 15 à 17 heures avant l’injection.

Néanmoins, lors d’un ajout en station d’épuration, la biomasse de la solution commerciale

n’aura certainement pas été préalablement acclimatée en température. La constante de

température mesurée est donc représentative des différences d’activités attendues lors d’ajouts

de solution NB dans des milieux à différentes températures.

3.3.5 Conclusion

Les vitesses de nitrification ont été analysées par un suivi direct (analyses chimiques des

formes solubles d’azote minéral) et par respirométrie. Les observations suivantes ont été

réalisées :

• Les vitesses maximales de nitrosation (ρ

_BAmax

) sont comprises entre 3,7 et

12,5 mg

_N-Nox

.L

^-1

.h

^-1

, et les vitesses de nitratation (ρ

_BN

) mesurées sont comprises entre

2,7 et 12,9 mg

_N-NO3

.L

^-1

.h

^-1

.

• La comparaison des mesures de respiration et des mesures directes d’activité

nitrosante et nitratante a mis en évidence que les mesures respirométriques sous –

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estiment la respiration réellement liée à la nitrification. La cause de cette incohérence

est probablement l’activité nitrifiante liée au relargage d’ammonium durant la phase

de respiration endogène. Les mesures d’OUR ont en effet pu être recalculées à partir

des données du suivi chimique en incluant un terme correctif calculé par

l’augmentation des formes solubles d’azote minéral (N

min

PR).

• Le ratio des vitesses de nitrosation et de nitratation (ρ

_BA

/ρ

_BN

) obtenu est équivalent au

ratio des biomasses nitrosantes et nitratantes (X

_BA

/X

_BN

) estimé par marquage FISH

pour une majorité d’échantillons.

• La comparaison des vitesses de nitrosation avec les données d’exploitation des stations

d’épuration échantillonnées confirme la corrélation entre la charge volumique azotée

et la vitesse de nitrification des boues activées.

• Les différents échantillons de solution NB dilués dans des eaux de sortie filtrées

présentent des vitesses de nitrosation de 13,5 à 19,5 mg

_N-Nox

.L

^-1

.h

^-1

et des vitesses de

nitratation inférieures à 1,2 mg

_N-NO3

.L

^-1

.h

^-1

.

• Les respirogrammes obtenus pour la solution NB diluée dans des ESF ne présentent

pas de respiration endogène, et les OUR mesurés correspondent aux vitesses mesurées

par analyses chimiques. Cette observation confirme l’hypothèse d’un effet de la

respiration endogène sur la mesure respirométrique dans le cas des boues activées.

Par ailleurs, la consommation d’oxygène total nécessaire à l’oxydation du substrat introduit a

été mesurée par l’aire sous la courbe respirométrique. Rapportées à la quantité de substrats

introduits elles ont été exprimées en ratios OC/N. Il a été observé que :

• Des écarts importants de ratios OC/N sont mesurés entre les différents échantillons de

boues activées, les ratios expérimentaux étant quasi systématiquement inférieurs de 5

à 29% au ratio théorique (4,26 g

_O2

/g

_N

).

• Ces écarts semblent être dus à des variations de l’activité endogène lors de l’ajout du

substrat.

• Les ratios OC/N des respirogrammes obtenus pour la solution NB diluée dans des ESF

correspondent aux ratios théoriques. Cette observation semble également confirmer

que les faibles ratios OC/N obtenus pour les boues sont liés à l’activité endogène.

En raison des écarts expérimentaux de consommation d’oxygène observés en boues activées,

les paramètres stœchiométriques (Y

_BA

et Y

_BN

) et cinétiques (K

_NHB

et K

_NOB

) des populations

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des boues activées n’ont pas pu être déterminés à partir des respirogrammes comme il avait

été envisagé.

Pour la solution NB, les constantes d’affinité pour l’ammonium et pour l’oxygène ont été

déterminés à partir de données respirométriques (K

NHS

= 3,67 mg

N-NH4

/L et K

OSA

= 0,56

mg

O2

/L), ainsi que la constante de température (θ = 1,120).

Toutefois, le couplage des vitesses expérimentales de nitrosation avec les concentrations en

biomasse nitrosante estimées pour la solution NB a conduit à remettre en cause la relation de

proportionnalité théorique liant la vitesse de réaction à la concentration en biomasse exprimée

en DCO, en fonction du taux de croissance (µ

_SA

) et du rendement de synthèse (Y

_SA

).

D’après les paramètres cinétiques obtenus, il apparait que la solution NB contient une

population nitratante presque inactive, et une population nitrosante qui s’apparente à une

stratégie-r (d’après les constantes d’affinité élevée), et qui est plus sensible aux faibles

températures que les populations autochtones.

Par ailleurs, rappelons que l’étude de l’activité endogène en lien avec la respiration associée

devra être poursuivie afin d’établir les liens entre la respiration endogène et la vitesse de

relargage d’ammonium, et afin d’observer d’éventuelles différences de comportement en

présence ou en absence d’ammonium.

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3.4 Bio-augmentation de boues activées

Le comportement des populations de la solution NB placée dans des boues activées

nitrifiantes a été étudié par respirométrie (complémenté d’un suivi des formes solubles

d’azote minéral). De tels essais de bio-augmentation ont été conduits à différentes reprises et

analysés à l’aide du modèle ASM_N (cf. § 2.5.1.2.1 de la partie « Matériel et méthodes »)

Par ailleurs, des expériences de décantation ont également été réalisées à partir des boues

bio-augmentées afin d’étudier le maintien ou non de la biomasse ajoutée dans les boues lors de

leur décantation.

Dans le document Bio-augmentation de l'activité nitrifiante des boues activées (Page 177-182)