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Diplômés

Khalid Tawfiki Hajji
 
Année
1999
 
Titre de la thèse
BIODÉGRATATION DES COMPOSÉS PHÉNOLÉS DANS UN RÉACTEUR ANAÉROBE BIOAUGMENTÉ PAR UN CONSORTIUM METHANOGÈNE

Résumé
Un consortium méthanogène dégradant simultanément le phénol, l' ortho- et le para-crésol a été développé à partir de deux consortia différents. La minéralisation est obtenue à pH proche de la neutralité, à température de 29°C et à une concentration en lactosérum entre 0.0125% et 0.05% (p/v), utilisé comme co-substrat remplaçant le protéose peptone.

Dans un réacteur continu à film fixe, le consortium élimine 98% de 150 mg/L de phénol et de 35 mg/L de chacun des deux crésols avec des temps de séjour hydraulique de 0.25 jour, ce qui correspond à un taux de charge volumique de 880 mg/ litre de réacteur*d. L'analyse des produits de dégradation révèle qu'aucun intermédiaire ne s'accumule, contrairement aux tests en cuvée où l'acide m-toluique persiste. Les observations en microscopie électronique et les tests d'activité spécifique démontrent que le consortium contient tous les groupes trophiques assurant la méthanogénèse. Dans un réacteur à boues granulaires (UASB), des granules anérobies ont été bioaugmentés par ce consortium, par deux techniques d'immobilisation, soit l'accrétion et l'encapsulation. Le réacteur témoin a été inoculé avec des granules anaérobies provenant d'une industrie agro-alimentaire à raison de 18 g VSS/ litre de réacteur. Les trois autres réacteurs contenaient la même quantité de granules, plus 0.36, 0.9 et 1.8g VSS/ litre de réacteur du consortium en suspension, permettant d'obtenir des rapports consortiumbiomasse (P/p) de 2, 5 et 10%, respectivement. Deux autres réacteurs ont été inoculés avec la même quantité de granules anaérobies et de consortium. Dans le premier réacteur le consortium a ,été encapsulé séparément dans un gel d'alginate et introduit dans le réacteur. Dans le second réacteur, les granules ont été préalablement désintégrés, mélangés avec le consortium et encapsulés ensemble avant leur introduction dans le réacteur. Le milieu synthétique contenait en (mg/L) : lactosérum (250), phénol (500), 0crésol (150), p-crésol (150), ce qui correspond à une Demande Chimique en Oxygène (DCO) de 2500 ±: 200 mg/L. Le temps de rétention hydraulique était de 3 jours, pour un taux de charge de 770 mg de DCO/ litre de réacteur*d.

L'effet de la bioaugmentation par accrétion a amélioré significativement les performances de dégradation des différents composés étudiés. L'impact a été très marqué lors du temps de démarrage du réacteur. Dans les trois réacteurs bioaugmentés, 100% de dégradation du phénol ont été atteints au 36eme jour d'opération, alors que le réacteur témoin n'a atteint ce même taux qu'après 160 jours. L'élimination dup-crésol était de 55% entre les jours 15 et 40 dans les réacteurs bioaugmentés avec 5 et 10% du consortium. Le réacteur enrichi avec 2% de consortium et le réacteur témoin ont montré une dégradation du p-crésol de 10 et 20% pour la même période. L'élimination de la DCO dans les réacteurs bioaugmentés a atteint 85% au jour 55, comparativement à 90 jours dans le réacteur témoin. Les résultats sont similaires pour l' o-crésol pour lequel un taux de dégradation de 45% est obtenu après 100 jours dans le réacteur enrichi avec 10% du consortium, alors que le témoin n'atteint les mêmes performances qu'après 260 jours. L'analyse des produits de dégradation a montré que les acides m-toluique et 4-hydroxy-3-ethylbenzoique, deux intermédiaires de dégradation de l' o-crésol s'accumulaient dans tous les réacteurs, sauf dans celui bioaugmenté avec 10% du consortium.

Le réacteur témoin, après 160 jours, a montré les mêmes performances que celui augmenté de 10%. Cependant, à la fin de l'expérience (280 jours) des tests d'activité spécifique mesurée en cuvée sur les composés étudiés dans des conditions non limitantes démontrent une grande différence entre les deux réacteurs. Ainsi dans celui augmenté de 10% du consortium, les taux de dégradation sont de 63 :f: 2 mg de phénol/ g de protéines*d et 28 :f: 1 mg de p-crésol/ jour contre 35 : ±: 1 mg de phénol/ g de protéines*d et 13 :f: 1 mg de p-crésol/ jour dans le réacteur témoin. Cette différence d'activité spécifique du simple au double sur une longue période est due à la survie du consortium introduit parmi les granules anaérobies.

Dans le réacteur bioaugmenté par encapsulation, les mêmes performances ont été observées que dans le réacteur bioaugmenté avec 10% par accrétion. Cependant, le temps de démarrage a été réduit d'une façon très significative. Dans le réacteur augmenté par encapsulation, 6 jours ont été suffisants pour atteindre les performances obtenues après 36 jours d'opération dans le réacteur augmenté par accrétion.

Durant toute l'expérience, un suivi de la souche ph6 du consortium a été réalisé périodiquement à l'intérieur et à la sortie des réacteurs, par la technique du PCR. Au démarrage des réacteurs, le signal obtenu à l'intérieur ou à la sortie des réacteurs a été proportionnel à la quantité du consortium introduit. Par contre le signal décroît en fonction du temps et finit par disparaître au 30eme jour d'opération. Après trois mois, la souche ph6 n'était détectable dans les réacteurs bioaugmenté par 2 et 5% que par le nested-PCR. Par contre, elle a été détectée par simple PCR dans celui augmenté avec 10% du consortium, et le signal a été observé jusqu'à la fin de l'expérience. Dans le réacteur bioaugmenté par encapsulation, la souche ph6 n'a jamais été détectée à la sortie du réacteur. Ceci est dû à l'immobilisation irréversible du consortium d'où la réduction du temps de démarrage du réacteur.

Compte tenu de ces résultats, nous pouvons conclure que la bioaugmentation avec le consortium spécifique, spécialement par encapsulation, améliore à court terme le temps de démarrage, permettant au réacteur d'atteindre sa pleine capacité sur une plus courte durée. Sur une longue période, la bioaugmentation augmente d'une façon significative l'activité spécifique de la biomasse vis-à-vis des composés cibles.

Mots clés: consortium, phénol, or/ho-crésol, para-crésol, protéose peptone, lactosérum, film fixe, UASB, bioaugmentation, accrétion, encapsulation.