Conclusions et discussion

L’ajout de solution NB dans des boues activées nitrifiantes entraîne une augmentation de la

vitesse de nitrosation dépendante de la proportion d’ajout et de la concentration en ammonium

dans le milieu. En revanche, la vitesse de nitratation n’est pratiquement pas augmentée.

L’allure des respirogrammes est modifiée lorsque les boues contiennent une fraction de

solution NB : l’OUR

_max

est plus élevée et diminue progressivement. Les différentes allures de

respirogrammes sont correctement reproduites par le modèle ASM_N. Ce modèle permet

d’estimer les proportions théoriques de chaque population, mais les vitesses de réaction

obtenues sont inférieures aux vitesses mesurées par analyses chimiques à cause du biais

observé précédemment pour la respirométrie en boues activées (§ 3.3.2.1.3). En revanche, les

constantes d’affinité des populations nitrosantes obtenues par calage semblent correctes.

Les vitesses de nitrosation de la solution NB obtenues en boues activées ou par dilution dans

des eaux de sorties filtrées sont similaires, ce qui indique le maintien de l’activité lors du

mélange avec des boues activées.

Par ailleurs, les tests de décantation réalisés ont montré que la biomasse de la solution NB

ajoutée à des boues activées se retrouve en quasi-totalité dans les boues décantées, d’après

les résultats concordant de l’observation microscopique des bactéries marquées et des mesures

respirométriques.

Les amas de bactéries constituant la biomasse de la solution NB adhèrent aux flocs des boues

activées, ce qui est favorable à leur maintien dans la station d'épuration, et leur confère

également une protection contre les prédateurs (protozoaires et autres macro-organismes).

Cependant, d’après les paramètres cinétiques de la biomasse nitrosante de la solution NB

(X

_SA

), les conditions normales de fonctionnement des stations d’épuration municipales à

faibles charges seront plutôt favorables aux populations autochtones des boues activées,

principalement en raison de la faible affinité pour l’ammonium des bactéries X

_SA

. En effet,

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lorsqu’une station d’épuration fonctionne correctement, la concentration en ammonium dans

le bassin d’aération est faible (<2

mgN-NH4

/L), et donc favorable aux bactéries nitrosantes de

type –K comme Nitrosomonas oligotropha concurrentes pour le substrat.

L’utilisation des solutions commerciales de bio-augmentation est généralement envisagée en

cas de problèmes de nitrification, donc pour des systèmes dont la concentration en ammonium

est plus élevée que lors de son fonctionnement normal. Ainsi, la population X

SA

ajoutée dans

une station d’épuration nitrifiant partiellement sera initialement très active, mais sa vitesse de

nitrosation et de croissance diminuera à mesure que les performances de nitrification

s’amélioreront. Les populations autochtones prendront alors probablement le relais.

Dans le cas d'un traitement appliqué en vue d’une augmentation de la charge à traiter d’une

installation fonctionnant normalement (station touristique, unité mobile de déshydratation des

boues, etc.), l’ajout de la solution ne devra pas être effectué longtemps avant l’arrivée de la

surcharge. En effet, la population X

_SA

introduite ne se maintiendrait probablement pas dans le

système contenant trop peu d’ammonium, car elle est peu adaptée à ces conditions, en

comparaison des populations autochtones.

En revanche, lors de l’augmentation de la charge et de la concentration, l’activité nitrosante

de cette population (X

_SA

) pourra suppléer à l’activité des populations autochtones, le temps

que celles-ci se développent. Cependant, la compétition pour l’ammonium avec les

populations autochtones retardera probablement l’installation d’une nouvelle population de

type autochtone en quantité suffisante pour nitrifier la charge reçue. Cette stratégie semble

donc risquée apriori pour maintenir le respect des niveaux de rejet. Dans ce cas de figure, une

autre stratégie peut également être envisagée, consistant à augmenter artificiellement la

population autochtone par des injections contrôlées d’ammonium préalablement à l’arrivée de

la surcharge. Mais cette stratégie est également délicate car le substrat carboné nécessaire à la

dénitrification pourrait alors venir à manquer.

Dans un système discontinu de type SBR (Sequencing Batch Reactor), les concentrations en

ammonium du milieu subissent des variations importantes à chaque cycle, évoluant

progressivement de la concentration d’entrée à la concentration de sortie. Yuan et al. (2008)

ont montré par la simulation que ces variations de concentrations favorisent les bactéries de

stratégies –r par rapport aux bactéries de stratégies-K. Ainsi, l’utilisation de solutions

commerciales pour ensemencer les boues d’un SBR devrait s’avérer plus efficace que pour les

systèmes classiques.

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Ces tendances envisagées apriori devront être confirmées par la modélisation de scénarios de

bio-augmentation, qui permettra également d’évaluer les quantités utiles, les conditions

adéquates (gestion de l’aération, rétention éventuelle de l’effluent en bassin d’orage, etc.), et

l’effet attendu de la bio-augmentation ponctuelle d’un système nitrifiant. Cette modélisation

pourra être réalisée avec un modèle incluant toutes les populations des boues bio-augmentées,

c.à.d. la biomasse hétérotrophe et les quatre populations autotrophes du modèle ASM_N.

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Conclusions générales et perspectives

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Dans les stations d’épuration municipales nitrifiantes, des évènements ponctuels peuvent

parfois provoquer une diminution momentanée du rendement épuratoire, et affecter

particulièrement l’activité nitrifiante (baisse subite de la température, augmentation brutale de

la charge à traiter, transit d’un toxique, etc.). Or, cette étape transitoire peut perdurer si les

conditions ne sont pas favorables au développement de la biomasse nitrifiante.

La bio-augmentation a été étudiée dans ce cadre, en tant que stratégie visant à assurer une

restauration rapide de l’activité nitrifiante. Ce travail a été plus particulièrement focalisé sur la

capacité d’adaptation d’une population nitrifiante exogène dans une station d’épuration

municipale à très faible charge.

Différents outils issus des domaines de la biologie moléculaire et du génie des procédés ont

été mis en œuvre afin d’étudier les populations nitrifiantes des stations d’épuration

municipales à très faibles charges et de les comparer à une population issue d’une solution

nitrifiante commerciale destinée à la bio-augmentation (appelée solution NB).

13 stations d’épuration municipales nitrifiantes de différentes tailles ont été échantillonnées à

différentes périodes échelonnées sur 20 mois. Les populations nitrifiantes de ces échantillons

ont été analysées selon plusieurs approches permettant de caractériser leur diversité, leur

abondance et leur activité, de même que celles des populations de la solution NB. L’étude

d’un large spectre d’échantillons provenant de systèmes du même type a permis de tirer des

conclusions générales pouvant être étendues à la majorité des stations d’épuration municipales

à très faible charge.

Principaux résultats

Les échantillons ont été analyses suivant trois axes : diversité des communautés nitrosantes,

abondance des biomasses nitrosantes et nitratantes et activité nitrifiante de ces populations.

Diversité

Les communautés nitrosantes ont été analysées par la méthode de typage moléculaire DGGE

permettant d’observer leurs profils sur la base des variations de séquence de l’ADNr-16S.

De ces analyses, il est ressorti que les communautés nitrosantes des boues activées de stations

d’épuration municipales à très faibles charges sont largement dominées par une espèce du

groupe 6a-Nitrosomonas oligotropha, excepté dans le cas d’une seule station parmi les 13

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Dans le document Bio-augmentation de l'activité nitrifiante des boues activées (Page 194-200)