Etudes fondamentales et développement de procédés innovants pour l'élimination biologique de l'azote et du phosphore dans des effluents d'abattoir

L’industrie de la viande utilise de larges quantités d’eau lors de l’abattage, du découpage et du nettoyage des équipements. Les effluents produits sont très chargés en DCO, azote et phosphore. Afin d’éviter toute pollution des milieux aquatiques environnants, ces effluents doivent subir des traitements poussés. Le but principal de cette thèse était de développer un procédé de traitement par boues activées qui puisse éliminer plus de 95% de la DCO, de l’azote et du phosphore dans les effluents d’abattoir permettant alors un rejet direct de l’effluent traité en rivière. La forte teneur en azote des effluents d’abattoir est l’obstacle majeur empêchant d’établir une élimination biologique du phosphore stable et efficace. Durant cette thèse, un procédé biologique capable d’éliminer 98% du phosphore tout en abattant 95% de la DCO et 97% de l’azote a été développé dans un réacteur batch à alimentation séquentielle (SBR). Par rapport aux procédés chimiques classiques d’élimination du phosphore, ce nouveau procédé biologique offre une vraie alternative financière et environnementale pour l’industrie de la viande. Une stratégie d’alimentation séquentielle a permis de réduire l’accumulation des nitrates dans le SBR rendant ainsi possible l’élimination biologique du phosphore. Cette thèse aborde aussi l’étude et l’utilisation de technologies innovantes pour améliorer les performances du procédé SBR. Le procédé de nitrification, dénitrification et déphosphatation simultanées (SNDPR) a été incorporé au procédé à boues granulaires aérobies. La taille, la densité et l’activité microbienne des granules aérobies génèrent de forts gradients d’oxygène à l’intérieur des granules, permettant alors d’obtenir un procédé SNDPR plus efficace. Le volume du réacteur et la demande en DCO nécessaire pour éliminer l’azote et le phosphore dans les effluents d’abattoir ont ainsi pu être fortement réduits. La structure interne et la composition microbienne de ces granules ont également été étudiées.The meat processing industry requires large quantities of water, much of which is discharged as wastewater containing high levels of COD and nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P). These nutrients must be removed to very low levels before the wastewater can be discharged into local waterways to avoid causing eutrophication. The aim of this thesis was to develop a biological process that could achieve more than 95% of COD, N and P removal from abattoir wastewater, producing an effluent suitable for direct discharge into river systems. The main challenge is to achieve stable and reliable biological P removal in nitrogen-rich wastewater. A sequencing batch reactor (SBR) system was demonstrated to effectively remove 95%, 97% and 98% of the total COD, total N and total P present in abattoir wastewater. It could provide a more cost-effective and environmentally friendly alternative to chemical P removal, which is the common practice in the meat industry at present. A multi-step feeding strategy was employed to prevent the accumulation of nitrate or nitrite in the SBR providing the right condition for the development of a stable biological P removal. An automatic aeration length control strategy was developed and demonstrated to remove N via the nitrite pathway which benefited the nutrient removal performance of the SBR by reducing the amount of readily biodegradable COD required. This study also investigated the feasibility of using two innovative technologies to further enhance the performance of the SBR system. The simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal (SNDPR) process and the aerobic granular sludge technology were successfully combined in a single SBR process. The size and the dense structure of aerobic granules positively contributed to the oxygen mass transfer limitation required to achieve reliable SNDPR. The structure and function of these granules fed with nutrient-rich wastewater were closely investigated using a wide range of microbial and micro-scale techniques, which yielded insightful information about aerobic granules and provided support for future in-depth studies on the mechanisms involved in aerobic biogranulation