Analyse et modélisation de la nitrification partielle et de la précipitation concomitante du phosphore dans un réacteur à alimentation séquencée

Dans le cas du traitement d’effluents concentres en azote ammoniacal (contenant 300 a 1000 mg N.L-1), une des voies d’optimisation envisageable est la nitrification partielle (avec arret au stade des nitrites), pour laquelle le verrou majeur est la conversion stable de l’ammoniaque en nitrite. Un reacteur operant de maniere sequence (SBR) peut permettre de convertir en totalite l’ammoniaque nitrifiable d’un effluent en nitrites, les principaux parametres a maitriser etant le pH, la charge appliquee en azote ammoniacal, ainsi que la duree des cycles (periodes aerees). Un mode de controle du reacteur, mis en place au cours de cette etude et base sur la mesure de l’activite respiratoire, permet d’optimiser la duree des cycles du procede quelle que soit la concentration en azote ammoniacal de l’effluent a traiter et l’activite des micro-organismes. Ce systeme a permis d’atteindre une charge eliminee tres elevee (2 kg N-NH4 +.m-3.j-1), et de garantir un rendement d’elimination de 100% de l’ammoniaque et une conversion maximale de l’azote en nitrites. Le mecanisme principal permettant de realiser cette selection de population semble etre l’inhibition par l’ammoniaque. Un modele qui decrit les deux etapes de la nitrification dans ce type de reacteur a ete developpe, identifie et valide. L’effluent traite dans cette etude contenant de fortes concentrations en phosphates et un rapport DCO/N faible, la boue produite par le procede est riche en matiere minerale et en bacteries autotrophes. L’etude de la precipitation concomitante du phosphore a montre un taux minimum d’elimination du phosphore de 40%, qui atteint 90% lorsque l’ammonium s’accumule transitoirement dans le reacteur. La reaction biologique, qui conditionne les variations de pH et la concentration en ammonium au cours du temps, genere des modifications de la precipitation. Ces parametres orientent la precipitation soit vers la struvite, soit vers l’hydroxyapatite, qui ont ete identifies par analyse des spectres de diffraction X. Ce procede adaptatif constitue une solution interessante pour traiter simultanement l’azote et le phosphore, en minimisant les besoins energetiques et en proposant une alternative de valorisation du phosphore. For highly concentrated ammonia effluents (containing 300 to 1000 mg NH4 +-N.L-1), partial nitrification can be used to optimize the treatment process. The most challenging aspect is to maintain a long term stable nitrite accumulation. A sequencing batch reactor allows a total conversion of ammonia to nitrite. The main control parameters are pH, applied load and cycle duration time (aerated periods). Process control, based on on-line oxygen uptake rate, allowed to optimize the process cycle duration time, whatever was the influent ammonia concentration or the biological activity. With this system, a high loading was reached (2 kg NH4 +-N.m-3.j-1), with complete removal of ammonia and a maximal conversion of nitrogen into nitrite. The main biological mechanism was the inhibition of nitrite-oxidizing bacteria by free ammonia (NH3). A mathematical model was developed, calibrated and validated for the description of the two-step nitrification. The effluent used in this work contained a high phosphate concentration and a low COD/N ratio, and produced a sludge enriched in mineral matter and autotrophic bacteria. The concomitant precipitation of phosphorus showed a minimal phosphorus removal efficiency of 40%, reaching 90% when the ammonium concentration in the reactor was high. This adaptive process control offers a promising way to simultaneously treat nitrogen and phosphorus in the same reactor, minimizing energy needs and favoring the possible valorisation of the phosphorus present in the sludge.