Immobilisation du phosphore dans un procédé de granulation aérobie. Angéla MANAS, Mathieu SPERANDIO, Sandra RODIERE

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Tiphaine Guérin
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1 Immobilisation du phosphore dans un procédé de granulation aérobie Angéla MANAS, Mathieu SPERANDIO, Sandra RODIERE

2 La valorisation des effluents agro-alimentaires! La méthanisation permet de valoriser la matière organique en biogaz! Elle doit être associée à une filière de traitement des nutriments avant rejet des effluents! Ceci nécessite plusieurs étapes de traitement par nitrification, denitrification, des consommations importantes en énergie! Le phosphore est généralement éliminé par précipitation avec Fe ou Al, précipité peu valorisable, et consommateur de réactifs LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 2

Ceci nécessite plusieurs étapes de traitement par nitrification, denitrification, des consommations importantes en énergie!

3 Facture du traitement des nutriments N et P Exemple sur une filière en fromagerie : Au total 40% de 6.3 Kwh/m 3 Apport de réactif pour traiter le phosphore : de 0.7 à 1.5 Kg FeCl 3 / m 3 (Fe:P molaire de 1 à 2, [P-PO4]=150 mg/l) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 3

3 Kwh/m 3 Apport de réactif pour traiter le phosphore : de 0.7 à 1.

4 Les effluents : une source de phosphore valorisable &'!(((()*$+ &.!!"#$#% / (((( 012(((((((( 34(((((((( 567((((()*$+,- )*$+,- )*$+,- )*$+,-,-!"#$%&#% '((( )*(( ** +*,(( -&./"0%&#% Concentration en fonction de l origine des effluents !"1$.2%&3/ 4*5((( +*5((( )(((,*( *((( 67"$$.#&5 *((8)((( 8 9((89,( )*8*( 8 :#;"22% )*((( 9(((( 9*( *( 94(( <.="5>57#?&%55 +((( 9*(( 8 9((,((!"#$%&'()$ *++,*+ *+ -.,++ LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 4

/"0%&#% Concentration en fonction de l origine des effluents 25 000 12000 700 150 2000!"1$.

5 Projets Projet Région Midi-Pyrénées «VALORCAP» : LISBP, LGC, LBAE, ENSAT, VALBIO, SOLAGRO pole de compétitivité AGRIMIP Projet ANR «PHOSPH OR» LISBP, LGC, Cemagref, LBE-INRA, VALBIO, SOLAGRO, EVALOR, Odipure Thèse de Angéla Manas, 16/12/2011 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 5

LGC, Cemagref, LBE-INRA, VALBIO, SOLAGRO, EVALOR, Odipure Thèse de Angéla

6 Les filières de traitement / valorisation Les procédés évalués dans les projets VALORCAP et PHOSPH Or : digestion anaerobie + cristallisation de struvite digestion anaerobie + granulation microbienne et précipitation induite LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 6

struvite digestion anaerobie + granulation microbienne et précipitation

7 Granulation microbienne et bio-cristallisation La Granulation aerobie: une technologie prometteuse Brevet 01/2011, LISBP-INSA, LGC, VALBIO 900!m Utiliser les bactéries (granulation microbienne pour l élimination de l azote par nitrification/dénitrification) pour induire la cristallisation du P Lit fluidisé LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 7

m Utiliser les bactéries (granulation microbienne pour l élimination de l azote par

8 Mode opératoire Mode opératoire séquencé, en alternant phase anoxie / anérobie / aerobie LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 8

9 Paramètre Valeur Unité Performances Temps de séjour hydraulique 8.5 heures Charge organique appliquée 2.82 KgDCO/ m3.j Charge azotée appliquée 0.42 KgN/m3.j Charge phosphorée appliquée 0.08 KgP/m3.j Concentration en MES stabilisé dans le réacteur Concentration en MVS stabilisé dans le réacteur 30 g/l 21 g/l Rendement d élimination de la DCO 99 % Rendement d élimination des nitrates Rendement d élimination de l ammonium Rendement d élimination du phosphore 100 % 100 % % Indice de décantation (SVI30) 18 ml/g LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 9

j Concentration en MES stabilisé dans le réacteur Concentration en MVS stabilisé dans le réacteur 30 g/l 21 g/l Rendement d élimination de la DCO 99

10 Le granule microbien Contient de!-organismes nitrifiants, dénitrifiants dans une matrice exopolymérique Filali.A, 2011 Caudan, 2011 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 10

11 Il y a une cummulation progressive du minérale aux centre des granules aérobies due: - Denit (ph) - EBPR (P) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 11

12 SEM EDX analysis LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 12

13 SEM EDX analysis Ca/P 1.65± ± ± ± ± ±0.04 " La composition du minéral est très reproductible dans la population de granules LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 13

14 Spectroscopie RAMAN " Le spectre Raman est l analyse de la fraction de lumière diffusée (source: laser 785 nm) avec une différence de frequence (Raman Shift) " 4 peaks coincide with hydroxy-apatite (HAP), Ca 5 (PO 4 ) 3 OH LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 14

(Raman Shift) " 4 peaks coincide with hydroxy-apatite (HAP), Ca 5 (PO 4 ) 3

15 Etat des connaissances et perspectives " Analyse des conditions opératoires et locales dans l agrégat qui favorisent la précipitation: dénitrification (ph), relargage PO4 par bactéries déphosphatantes " Analyse de la cinétique de formation du minéral (HAP), lente et par l intermédiaire d un précurseur amorphe (ACP) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 15

déphosphatantes " Analyse de la cinétique de formation du minéral (HAP), lente et par l

16 Les perspectives: unité pilote Colonne 300 L Pilote container 1 m 3 Procédé 150 m 3 Colonne 17 L Etude locale à l échelle laboratoire Etude faisabilité sur effluent réel en pilote Démonstration industrielle 1 ère réalisation industrielle ANR Phosph or VALORCAP 1 VALORCAP LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 16

Démonstration industrielle 1 ère réalisation industrielle ANR Phosph or VALORCAP 1 VALORCAP 2

17 Conclusions " Le procédé de granulation aérobie permet de : " traiter simultanément N et P " en réduisant l emprise au sol " en réduisant les consommations énergétiques (-50% filière BA, -20% sur Total), " en immobilisant le phosphore sous une forme plus stable que le stockage biologique " en réduisant les apport de réactif par rapport à la dp physicochimique classique " Valorisation des produits? LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 17

sous une forme plus stable que le stockage biologique " en réduisant les apport de réactif par rapport à la dp

18 Valorisation " Le phosphore de l hydroxy-apatite est peu biodisponible pour une utilisation directe en agriculture " Possibilités? acidification, solubilisation, ferti-irrigation, stockage, introduction dans l industrie des engrais, autre valorisation ) " Possibilité de catalyser d autres précipitations? (struvite ) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 18

acidification, solubilisation, ferti-irrigation, stockage, introduction dans l industrie des

19 Merci MANAS Angéla, BISCANS Béatrice, FILALI Ahlem, BESSIERE Yolaine, Francois DECKER, NEUHAUSER Elisabeth, Cédric CAUDAN, WAN Junfeng, MERCADE Myriam, Dominique AUBAN, Evrard MENGELLE, Delphine DELAGNES, Mansour BOUNOUBA LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 19

Myriam, Dominique AUBAN, Evrard MENGELLE, Delphine DELAGNES, Mansour

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