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RÉSUMÉ
Après un exposé des enjeux pour la modélisation des bioprocédés, cet article présente les concepts et les méthodologies existants pour fractionner la matière organique en classes de biodégradabilité (techniques physicochimiques et biologiques). Il fournit un exemple des valeurs standard de fractionnement et rassemble les principaux éléments de comparaison et de divergence des méthodes. Les éléments permettant de guider le choix de la méthode à utiliser, ainsi que les méthodologies expérimentales complémentaires permettant de mieux comprendre les processus se déroulant dans les bioprocédés, sont ensuite proposés.
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les procédés biologiques sont largement utilisés pour le traitement des déchets liquides et solides contenant une fraction importante de matières biodégradables. Pour les optimiser, ils sont souvent étudiés à partir des outils de modélisation, dont l’utilisation implique de compartimenter la matière organique en plusieurs fractions plus ou moins rapidement dégradables par les bactéries. Ce fractionnement nécessite l’utilisation de méthodes expérimentales spécifiques, encore aujourd’hui mal décrites et dont les différences ne sont pas toujours bien identifiées. L’application systématique d’un protocole de fractionnement de la matière organique en classes de biodégradabilité est pourtant indispensable pour simuler les processus et optimiser les bioprocédés.
Cet article présente les concepts et méthodologies de fractionnement de la matière organique existants et propose un retour d’expérience ainsi que des éléments de choix des méthodes pour l’utilisation par l’ingénieur.
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1. Contexte et enjeux
Jean-Marc CHOUBERT est ingénieur de l'agriculture et de l'environnement, docteur de l'université de Strasbourg I, Cemagref – Centre de Lyon (69).
Céline DRUILHE est ingénieur de l'agriculture et de l'environnement, Cemagref – Centre de Rennes (35).
Fabrice BELINE est chargé de recherche, docteur de l'université de Perpignan, Cemagref – Centre de Rennes (35).
Sylvie GILLOT est ingénieur de recherche, docteur de l'université Paris XII, Cemagref – Centre d'Antony (92).
1.1 Définitions
Le terme « matière organique (MO) biodégradable des déchets » fait référence à des molécules d'origine humaine, animale ou végétale, capables d'être dégradées par l'action d'organismes vivants et transformées en dioxyde de carbone ou bien en méthane. Il s'agit par exemple de glucides, protides, lipides ou d'acides humiques. Outre le carbone qui en est le composant principal, ces molécules contiennent des atomes d'hydrogène, d'oxygène et dans une moindre mesure d'azote, de phosphore, de soufre et de fer. Toute matière organique n'a cependant pas la même relation avec le vivant, puisque des molécules de synthèse carbonée (par exemple polymères, plastiques), qualifiées de molécules organiques, sont très lentement dégradables par voie biologique. Le concept de biodégradabilité est donc en relation directe avec l'échelle de temps considérée et donc, pour une même molécule, elle diffère selon le procédé de traitement appliqué.
Les procédés biologiques aérobies, anoxiques ou anaérobies sont fortement implantés pour réduire les pollutions carbonée et azotée contenues dans les déchets liquides et solides (eaux résiduaires, lisiers, matières de vidanges, boues, ordures ménagères). Les filières mises en œuvre permettent de satisfaire les exigences des textes réglementaires en vigueur pour le traitement des eaux résiduaires et des déchets, imposant la mise en conformité, la fiabilité et le contrôle des installations de traitement. Pour les eaux résiduaires par exemple, la directive européenne 91/271, transcrite en droit français (décret d’application 94-469, arrêté du 22 juin 2007), impose des niveaux de rejet en termes d’azote et de phosphore en fonction...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STRICKER (A.E.), VIGNES (L.), CHOUBERT (J.M.) - Contribution of chemical precipitates to the volatile suspended solids fraction of activated sludge - 77th annual technical exhibition and conference, New Orleans, USA, 2-6 october 2004, vol., pp. 20 (2004).
-
(2) - DUCHENE (P.), DERLET (N.) - Carbone et azote réfractaires à l’épuration biologique - Vers de futures analyses normalisées, Informations techniques du Cemagref, vol. n.d., pp. 8 (1994).
-
(3) - HENZE (M.), GRADY (C.P.L.), GUJER (W.), MARAIS (G.V.R.), MATSUO (T.) - Activated sludge model n° 1 - Scientific and Technical Report N° 1, IAWPRC, London (U.K.) p. (1987).
-
(4) - GILLOT (S.), CHOUBERT (J.M.), RACAULT (Y.), HEDUIT (A.) - État de l'art de la modélisation du traitement biologique des eaux résiduaires - Tribune de l'eau, vol. 59 (640), pp. 35-46 (2007).
-
(5) - CHOUBERT (J.M.), STRICKER (A.E.), MARQUOT (A.), RACAULT (Y.), GILLOT (S.), HEDUIT (A.) - Updated activated sludge model n° 1 parameter values for improved prediction of nitrogen removal in activated sludge processes : validation...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Détermination de la demande biochimique en oxygène après n jours (DBOn), 23 p. - AFNOR NF EN 1899-1 - 1999
-
Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO), 8 p. - AFNOR NF T90-101 - 2001
-
Lignes directrices pour le dosage du carbone organique totale (TOC) et carbone organique dissous (COD), 16 p. - AFNOR NF EN 1484 - 1997
-
Évaluation en milieu aqueux de la biodégradabilité aérobie « ultime » des composés organiques – Méthode par analyse du carbone organique dissous (COD). - ISO 7827 - 1996
-
Évaluation en milieu aqueux de la biodégradabilité aérobie ultime des composés organiques par détermination de la demande en oxygène dans un respiromètre fermé. - ISO 9408 - 1999
-
Évaluation en milieu aqueux de la biodégradabilité aérobie ultime des composés organiques – Détermination de la demande biochimique en oxygène en fiole fermée à deux phases. - ISO 10708 - 1997
-
...
ANNEXES
Directive européenne 91/271/CEE relative aux traitements des eaux résiduaires urbaines, Journal Officiel de la Communauté Européenne, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=LEGISSUM%3Al28008 (le 18 décembre 2008), 1991.
Décret d’application 94-469 du 3 juin 1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées mentionnées aux articles L 372-1-1 et L 371-3 du code des communes, ENVE9420024D. 7 p. http://www.legifrance.fr (le 18 décembre 2008), (1994).
Arrêté du 22 juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations d’assainissement ainsi qu’à la surveillance de leur fonctionnement et de leur efficacité, et aux dispositifs d’assainissement non collectif recevant une charge brute de pollution organique supérieure à 1,2 kg/j de DBO5, DEVO0754085A. 25 p. http://www.legifrance.fr (le 18 décembre 2008), 2007.
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