Nitrogen, Phosphorus, and Bacteria Removal in Laboratory-Scale Woodchip Bioreactors Amended with Drinking Water Treatment Residuals.

Zoski, E.D., Lapen, D.R., Gottschall, N., Murrell, R.S., et Schuba, B. (2013). « Nitrogen, Phosphorus, and Bacteria Removal in Laboratory-Scale Woodchip Bioreactors Amended with Drinking Water Treatment Residuals. », Transactions of the ASABE, 56(4), p. 1339-1347. doi : 10.13031/trans.56.9836  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Nous avons réalisé une étude avec bioréacteur à l’échelle du laboratoire pour étudier la conductivité hydraulique saturée (Ksat) et les efficacités d’élimination de N, P et des bactéries indicatrices de matières fécales dans des bioréacteurs contenant divers mélanges de copeaux de bois et d’un composé chimique fixant P contenant des oxydes d’Al et de Fe (composés résiduel du traitement de l’eau). Les trois bioréacteurs à l’échelle du laboratoire utilisés pour la présente étude étaient constitués d’un tuyau en ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène) de 0,15 m de diamètre intérieur et 3,25 m de longueur, remplis de copeaux de bois (réacteur A), d’un mélange à parts égales de composé résiduel de traitement de l’eau (CRTE) et de copeaux de bois (réacteur B) et d’un mélange homogénéisé de copeaux de bois et de CRTE (60 % de copeaux et 40 % de CRTE en poids) (réacteur C). Nous avons utilisé des pompes au niveau de l’orifice d’entrée et un robinet à bille à la sortie du tuyau pour contrôler le débit et la pression dans le réacteur. Nous avons fait passer de l’eau additionnée de N, P et E. coli à des concentrations respectives de 58 mg L-1, 14 mg L-1 et 20 000 unités 100 mL-1 dans les bioréacteurs à un débit de 1, 2 et 4 mL s-1. Pour le réacteur A, un débit turbulent prédominait. Le réacteur B avait un Ksat moyen de 0,01  0,004 cm s-1. Le réacteur C avait un Ksat moyen de 0,04  0,033 cm s-1. Le réacteur A avait la meilleure efficacité pour l’élimination de NO3-N aux trois débits, suivi par le réacteur C et le réacteur B. La même tendance a été observée pour NH3-N et N total. Les efficacités d’élimination de l’azote total diminuaient quand le débit augmentait. L’azote total Kjeldahl augmentait dans les trois réacteurs au débit le plus faible, et augmentait également dans le réacteur A pour les deux débits les plus élevés. Les efficacités d’élimination étaient respectivement de 81 et 27 % pour le réacteur B et de 32 et 43 % pour le réacteur C aux débits de 2 et 4 mL s-1. Le phosphore total et le phosphore réactif dissous (PRD) étaient complètement éliminés (efficacité d’élimination > 99 %) des deux réacteurs contenant le CRTE. L’efficacité d’élimination du P total et du PRD en présence de copeaux de bois était < 11 % à chaque débit. Les coliformes totaux augmentaient dans chaque réacteur, alors que pour E. coli les efficacités d’élimination étaient > 66 % dans les trois réacteurs à tous les débits. En se basant sur ces résultats, les bioréacteurs contenant des copeaux de bois additionnés de CRTE peuvent permettre l’élimination de quantités significatives de P, tout en réduisant les concentrations de N et d’E. coli de l’effluent de drainage au moyen de tuyaux. Des recommandations pour la mise en œuvre sur le terrain sont faites en se basant sur les caractéristiques de qualité de l’eau, de gestion des terres et les conditions hydrauliques du site. Si N est le principal problème de qualité de l’eau, des bioréacteurs contenant des copeaux de bois seraient recommandés. Si N et P posent tous deux des problèmes, des bioréacteurs contenant un mélange de CRTE et de copeaux de bois seraient recommandés, avec une attention particulière portée aux propriétés d’écoulement (temps de rétention) et à la durée de vie pour la capacité du CRTE à traiter P.

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