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- W1508280607 abstract "Le procede a boues granulaires aerobie constitue une technologie prometteuse pour le traitement des pollutions azoteesmais son application industrielle necessite de comprendre certains verrous scientifiques de facon a optimiser les conditions defonctionnement notamment en minimisant les besoins energetiques. La structure specifique des granules aerobies generenaturellement des limitations au transfert des polluants et une organisation spatiale beaucoup plus heterogene que dans les flocs.Les bacteries autotrophes et heterotrophes sont alors en interaction ou en competition. Ainsi l’objectif de ce travail est, au traversde deux etudes experimentales, de mieux comprendre les interactions entre la croissance/respiration en anoxie/aerobie et lastructuration des boues granulaires ainsi que leurs performances pour l’elimination de l’azote.Dans la premiere experience, deux reacteurs SBR sont etudies parallelement en maintenant une concentration en oxygenede 1,8±0,8 mg L-1. Un seul des deux reacteurs recoit une charge en nitrate (50-200 mg N L-1). Dans le reacteur alimente ennitrate les agregats presentent des proprietes tres proches de celles des granules aerobies alors que le systeme de referencepurement aerobie presente des proprietes de decantation plus comparables a celles des biomasses floculees. L’observation descinetiques et des bilans azote montre que la denitrification a lieu a l’interieur des agregats dans des zones internes ou l’oxygeneest tres probablement limitant du fait des fortes activites specifiques des agregats microbiens et de la densification de cesagregats. Un modele mathematique developpe sous AQUASIM® permet de decrire les gradients de concentrations dans lesgranules (1 dimension) et l’evolution des especes au cours du temps dans le reacteur. Ce modele integrant les phenomenes derespiration/croissance/stockage des especes heterotrophes en aerobie et en anoxie a permis de decrire l’effet des nitrates sur lacroissance heterotrophe. Non seulement le profil de biomasse active montre une croissance plus en profondeur mais ceci genereegalement plus de stockage de composes de reserve. Enfin le modele traduit le fait que la croissance plus en profondeur (genereepar la presence de nitrates) constitue un moyen de mieux proteger la biomasse active du detachement par erosion.Dans la deuxieme experience, deux reacteurs identiques de type «air-lift » sont operes avec des strategies d’aerationdifferentes : dans le premier un debit d’air relativement modere (SAV=0,6 cm s-1) et une alternance anoxie/aerobie sont imposes(un complement en nitrate est maintenu pour eviter l’anaerobie), alors que dans le deuxieme reacteur le debit d’air est eleve(SAV= 2,83 cm s-1) et les conditions principalement aerobies. Les resultats demontrent que l’alternance entre des conditionsd’exces « anoxie » et de famine « aerobie » permettent de favoriser le developpement des granules aerobies (la taille des granulesest entre 500-1000 Bm) et la stabilisation des performances (nitrification en particulier). La caracterisation physique (taille etcohesion) des agregats biologiques montre que les granules sont des agregats microbiens dont la densite est plus elevee que celledes flocs et dont la cohesion est suffisante pour que leur taille ne soit pas calibree par l’echelle de la turbulence ; la formation desgranules est caracterisee par plusieurs etapes : une phase de densification, une phase de croissance avec erosion (distributionbimodale), puis une phase de croissance et de maturation.----------------------------------------------------------------------------------------------Aerobic granular sludge process is a feasible technology for the treatment of nitrogen pollution, but some key points needto be further understood in order to optimize the operational conditions for its industrial application, especially considering theminimization of energy requirements. The special structure of aerobic granules generates naturally the pollutants transfer limitwithin granules. The spatial organization is much more heterogeneous than that in the flocs. The autotrophic bacteria andheterotrophic bacteria are interacting or competing. Thus the goal of this work is, in two experimental studies, to betterunderstand the interactions between the growth / respiration under the anoxic/aerobic conditions and the structure of granularsludge as well as their performance for nitrogen removal.In the first experiment, two parallel SBR reactors are installed maintaining a dissolved oxygen concentration of 1.8±0.8mg L-1. Nitrate (50-200 mg N L-1) was only added in the influent of one reactor, in which the aggregates properties werecomparable to aerobic granules, while the aggregates properties in the other reactor were more traditional (floc-like). The kineticobservation and nitrogen measurement show that denitrification occurs within the aggregates where the DO is probably limitedbecause of high specific biological activities and the density of biological aggregates. A developing mathematical model by thesoftware tool AQUASIM® allows describing the concentration gradients of substrates in the granules (1 dimension) and theevolution of biological species in the reactor. This model including the phenomena of respiration / growth / storage ofheterotrophic species in aerobic and anoxic conditions helps to describe the effect of nitrate on the heterotrophic growth. Notonly the profile of active biomass shows a growth in more depth but also generates more storage compounds. Finally, this modelreveals that heterotrophic growth in more depth (generated by the presence of nitrate) protect well the active biomass to avoid thedetachment by erosion.In the second experiment, two airlift reactors worked on the different aeration strategies: a relatively moderate air flowrate (SAV = 0.6 cm s-1) and alternating anoxic / aerobic conditions are applied in the first reactor (additional nitrate is maintainedto avoid anaerobic condition), whereas a high air flow rate (SAV = 2.83 cm s-1) and strictly aerobic conditions maintain in thesecond reactor. The results show that the alternating anoxic feast / aerobic famine conditions encourage the formation of aerobicgranules (the size is between 500-1000 Bm) and the stabilization of nitrification performance. The aggregates strength test showsthat the density of aerobic granules is higher than the flocs. The size of aerobic granules is not calibrated by the Kolmogorovmicro-scale. The formation of granules is characterized by several stages: a stage of densification, an expansion phase withparticles erosion (bimodal distribution), then a growth phase and a maturation." @default.
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