Global management of fresh swine wastewater by immerged membranes bioreactor (fate and impact of veterinary antibiotics into the reactor)

The primary objective of this PhD discussion is to propose, optimize and validate an original fresh manure treatment installation: a membrane bioreactor located in the heart of an integrated management system for swine manure on the farm. The process includes regular flushing, a pre-treatment by centrifugation and a membrane bioreactor, which allows the recycling of water for flushing purposes. Experiment at semi-industrial scale of the whole process, for approximately 500 days, highlighted very good elimination performances for nitrogen, organic matter and phosphorus loads, the stability of the process in respect of changes in entry and its reliability over time. The operational constraints attached to the functioning are mainly membrane module maintenance and the accumulation of non-biodegradable compounds in the recycled water. Treating fresh swine manure by membrane bioreactor is also treating a complex industrial effluent by an innovative technology. This complex effluent may contain molecules whose impact and fate in respect with a biological reactor are little understood, among them: veterinary antibiotics. The second part of this discussion focuses on the fate of veterinary antibiotics into biological treatments of manure. Thus, the contamination of the bioreactor by tetracycline (TC) leads to, on the one hand, reducing the concentration of biomass in the reactor (about 10%), and, on the second hand, about 80% of TC is eliminated from the soluble phase. This last result is compared with a study conducted in laboratory: the interaction between activated sludge and antibiotics. The TC has no potential for easy biodegradation (Sturm test modified), but is strongly biosorbable on the surface of activated sludge. A similar study is conducted with a second antibiotic: tylosine (TYL) in view of comparison. The study at the lab-scale of the fate of TYL in an activated sludge system gives different results: the molecule is not biodegradable, but there is a better balance between the soluble phase and the solid phase. The extension of the inhibition trial of the modified Sturm test to different concentrations of antibiotics shows that, neither the TC nor the TYL are toxic at doses usually found in fresh manure.L objectif premier de cette thèse est de proposer, optimiser et valider un traitement original du lisier frais: un bioréacteur à membrane situé au cœur d un système intégré de gestion des effluents porcins à la ferme. Le procédé comprend des chasses d eau régulières, un prétraitement par centrifugation et enfin un traitement par bioréacteur à membrane, qui permet le recyclage de l eau pour les chasses suivantes. Réalisée à l échelle semi-industrielle, l étude du fonctionnement de l ensemble du procédé, pendant environ 500 jours, a mis en évidence les très bonnes performances d épuration par rapport à la charge en azote, en matière organique et en phosphore, la stabilité du procédé à l égard des variations en entrée et sa fiabilité dans le temps. Les contraintes attenantes au fonctionnement concernent principalement le module membranaire et l accumulation d éléments non-biodégradable dans l eau recyclée. Traiter du lisier frais par bioréacteur à membrane, c est aussi traiter un effluent industriel complexe par une technologie de pointe. Cet effluent complexe est susceptible de contenir des molécules dont l impact et le devenir au sein d un réacteur biologique sont peu élucidés, parmi elles: les antibiotiques vétérinaires. La seconde partie de ce travail de thèse se penche sur la problématique émergente du devenir des antibiotiques vétérinaires dans les traitements biologiques du lisier. Ainsi, la contamination du bioréacteur par de la tétracycline (TC) a, d une part, pour principal impact une diminution de la concentration en biomasse au sein du réacteur (environ 10 %), et, d autre part, environ 80 % de la TC est éliminé de la phase soluble. Ce dernier résultat est mis en parallèle avec une étude, réalisée en laboratoire, de l interaction entre des boues activées et des antibiotiques. La TC n a pas de potentiel de biodégradation dite facile (test de Sturm modifié), mais est fortement biosorbable à la surface des boues activées. Une étude comparable est réalisée avec un second antibiotique: la tylosine (TYL). Ainsi, l étude à l échelle du laboratoire du devenir de la TYL dans un système de boues activées donne des résultats différents: la molécule n est pas biodégradable, mais il existe une meilleure répartition entre la phase soluble et la phase solide. L extension de l essai d inhibition du test de Sturm modifié à différentes concentrations d antibiotiques montre que, par ailleurs, ni la TC, ni la TYL ne présentent de toxicité aux doses rencontrées dans le lisier frais.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF