Réacteur acidogène

Diverses analyses ont été faites dans la littérature dans le but de trouver l’acidification optimale des réacteurs acidogènes à divers pH, température et TRH (Tableau 5-1) qui n’était pas le but de ce projet. Le pH optimal pour un réacteur acidogène à la température de 35°C et à un TRH de 20 heures est entre 6,0 et 6,5 et l’acidification est faible pour les pH inférieurs à 4,8 (Kisaalita et al., 1987). Le TRH, la température et le pH pour la production optimale d’acide acétique sont de 10 heures, 54°C et 6,0 respectivement (Yang et al., 2003). L’acidification à un TRH de 12 heures, une température de 37°C et un pH de 6,0 est de 42 % pour un affluent des eaux usées de production de café d’une concentration de 10 g DCO/L (Alexiou et al., 1994). Des eaux usées à une concentration de 20 g DCO/L à un TRH du réacteur acidogène de 24 heures, une température de 35°C et un pH de 5,7 ont été analysées et l’acidification est de 50 % (Yilmazer et al., 1999). Le pourcentage de l’acidification le plus important mesuré de ce projet est de 33 % à un pH de 5,9 pour la série 5, cependant l’acidification optimale n’a pas été recherchée. Les plus importantes fractions des AGV du réacteur acidogène ont un pH autour de 6,0.

Une recommandation pour optimiser la performance des réacteurs UASB est que les réacteurs acidogènes aient une fraction des AGV en unités DCO (AGVDCO) par rapport à la DCO soluble

(Alexiou et al., 1994). Ce projet a permis d'observer des augmentations de capacité importantes du réacteur UASB avec une fraction entre 20 % et 30 % pour les séries d’essais 4 et 9.

Le catabolisme des glucides, des protéines et des H&G dépend de la réaction favorable dans un réacteur acidogène. Les glucides sont favorables donc une grande partie de ceux-ci sont catabolisés dans les réacteurs acidogènes (Thauer et al., 1977). Le catabolisme des protéines dépend d’une relation syntrophique pour l’acidification des différents acides aminés (Fox et al., 1994). Une étude démontre que 30 % des protéines du lait sont hydrolysées et acidifiées dans des réacteurs acidogènes (Hanaki et al., 1987). Pour ce qui est des H&G, la dégradation par le processus β-oxidation n’est pas favorable dans un réacteur acidogène (Fox et al., 1994). La dégradation des AGLC est négligeable dans un réacteur acidogène ce qui valide les résultats de ce projet (Hanaki et al., 1981).

Aucun rapport dans la littérature ne quantifie la production de CH4 dans les réacteurs

acidogènes. Lettinga et al. (1991) mentionnent qu’aucun CH4 n’a été détecté dans le biogaz de

leur réacteur acidogène ayant un TRH de 20 à 23 heures. Zoetemeyer et al. (1982) ne détectent pas non plus de CH4 dans le biogaz de leur réacteur acidogène ayant un TRH de 3,1 à 9,1

heures. Il n’y a eu aucune production de CH4 donc la séparation des phases acidogène et

méthanogène a été réussie pour le projet de Kisaalita et al. (1987). Aucune production de CH4

Tableau 5-1 : Résultats de la production maximale des AGV de réacteurs acidogènes dans la littérature. Les réacteurs sont tous infiniment mélangés.

Note : L’acidification maximale de cette étude présentée est la série 5 cependant l’acidification optimale n’a pas été recherchée.

5.3 Décantation des boues de l’effluent de réacteurs acidogènes

Aucun article de recherche au meilleur de notre connaissance n’a caractérisé la décantation des boues acidogènes et des H&G de l’effluent du réacteur acidogène. Lettinga et al. (1991) suggèrent d’ajouter un séparateur entre le réacteur acidogène et le réacteur méthanogène pour décanter les boues acidogènes afin de ne pas perturber l’activité méthanogène des réacteurs méthanogènes. Kisaalita et al. (1987) font seulement l’observation que les boues acidogènes ont une bonne propriété de décantation. Des réacteurs acidogènes à lit de boues à flux ascensionnel pour le traitement acidogène de l’effluent de laiterie ont été utilisés par Fang et al., 2000 et Yu et al., 2001 ce qui valide que les boues acidogènes sont décantables. D’après les analyses de ce projet, la concentration des H&G du surnageant d’une étude de décantation en cylindres gradués de 250 mL de l’effluent du réacteur acidogène a été réduite de 48 % après une heure de décantation tandis que celle en colonne de l’effluent du réservoir tampon de la StaRRE de la Fromagerie Champêtre a été réduite de 63 % après une heure (Figure 4-13). Les résultats de la performance de l’aéroflottateur de la StaRRE de la Fromagerie Champêtre montrent que les rendements optimaux sont entre 70 % et 85 % des H&G, cependant il y a une grande variation de rendement puisque la moyenne est de seulement 44 ± 39 % (Annexe 7). Les résultats de la performance des aéroflottateurs des StaRRE de la Fromagerie des Basques et de la Laiterie Charlevoix montrent aussi de faibles rendements ainsi qu’une grande variation des rendements (Annexe 3). Les analyses de la décantation en cylindres gradués de 250 mL et en colonne montrent des résultats très stables et donnent des rendements relativement bons ce

Variables Unités Kisaalita et al. Alexiou et al. Yilmazer et al. Saddoud et al. Cette étude

(1987) (1994) (1999) (2007) (2015) SDCO_AFF g DCO/L 11 10 20 69 21 TRH h 20 12 24 24 17 Température ˚C 35 37 35 37 35 pH - 6,3 6,0 5,7 6,0 5,9 Volume L 1,5 nd 1,5 5,0 1,5 AGVDCO/SDCO_AFF % 74 42 50 52 33

qui indique qu’une étude plus approfondie devrait être considérée. La décantation des boues de l’effluent de réacteurs acidogènes est une option de traitement et pourrait complémenter le réacteur acidogène afin d’enlever une partie de la concentration des H&G et des boues acidogènes afin d’améliorer la capacité d’un réacteur UASB toujours surchargé. Cette option est seulement préférable lorsque l’option de l’ajout d’un réacteur acidogène n’est pas satisfaisante.

5.4 Scénarios d’optimisation des StaRRE de fromagerie

Par suite de l’option du système acido-UASB, il y a plusieurs avantages à l’utilisation d’un réacteur acidogène en amont d’un réacteur anaérobie. Son utilisation peut réduire les concentrations de composés toxiques de sulfite et de protéines ainsi que des acides aminés de l’affluent qui causent la flottation et la formation d’écume à l’intérieur des réacteurs UASB (Lettinga et al., 1991). Shuizhou et al. (2005) mentionnent que les réacteurs acidogènes améliorent les cinétiques de réactions et la stabilité des réacteurs UASB face aux variations de la CO. L’opération et la conception d’un réacteur acidogène est simple puisque celui-ci est un réacteur CSTR ayant un TRH, un pH et une température prédéterminés; ce dernier devrait toujours être considéré pour le traitement anaérobie (Alexiou et al., 1994).