Système de captage des matières décantables dans un étang piscicole

Freshwater fish farms in Quebec are facing stringent phosphorus discharge limits of 4.2 kg P per tonne of fish produced. Most phosphorus in fish farm effluents is found in particulate form (uneaten food, feces, etc.). Physical separation systems such as microscreens, filter beds, Cornell-type circular tanks and settling tanks have been proposed to remove solids from raceway and recirculation fish farm effluents but these technologies are relatively expensive and labour intensive for small pond based production facilities, as mostly found in Quebec. A novel sediment retention system (SRS), consisting of a 1 m3 truncated pyramid, was installed at the bottom of an earth pond, below a surface aerator. The objective of this study was to determine the feasibility of collecting and removing sediments by using the SRS and to determine its particulate phosphorus removal efficiency. Solids accumulated in the SRS were quantified and characterised weekly, for 10 weeks. Fish production, food supply, rain events and fish harvesting were also monitored over the course of the study period. The total solids (TS) accumulation rate in the SRS was, on average, 4.0 kg/d with a volatile solids fraction of 7.8% and the P accumulation rate was, on average, 12.4 g P/d. The P removal efficiency obtained with the SRS was 24% of the total P not taken up by fish (effluent P, PEFF). Assuming that 50% of the PEFF was in the particulate form, the removal efficiency of the SRS was 47%. Lab-scale results correlated with the P mass balance calculations to show that sediments from earth ponds can play an active role in the sorption of soluble phosphorus. Approximately 30% of the P removed from the SRS was attributed to previous sorption/precipitation of soluble P into inorganic forms. The Langmuir model fitted the sorption isotherm of phosphorus onto earth pond soil and the maximum sorption constant obtained was 1.3 mg P/g soil. Fish harvesting was identified as the main external factor affecting sediments and phosphorus accumulation in the SRS. It was concluded that an SRS located under the aerator surface is a suitable and efficient strategy to collect and remove particulate phosphorus generated from fish production in earth ponds.

Résumé

L'aquaculture en eau douce est largement reconnue comme une source potentielle de pollution organique. Le phosphore des rejets piscicoles est particulièrement néfaste puisqu'il participe à l'eutrophisation des milieux aquatiques. Face à ces considérations, l'industrie piscicole du Québec s'est donnée comme objectif de réduire les rejets en phosphore à 4,2 kg P par tonne de poissons produits d'ici 2014. Au Québec plus de 85% des entreprises produisent moins de 25 tonnes par an et 75% utilisent des étangs en terre. En raison des importants débits d'eau impliqués, le traitement des effluents aquacole est difficilement réalisable. Cependant, de 50 à 80% du phosphore des rejets se retrouve sous forme particulaire. De plus, une étude récente réalisée à l'Ecole Polytechnique de Montréal a démontrée que 17 à 73% des boues d'étang s'accumulent sous l'aérateur de surface d'un étang de production piscicole. L'objectif de ce projet était de concevoir et d'étudier les performances d'un système de captage des sédiments positionné sous un aérateur d'un étang piscicole pour réduire les rejets en phosphore. Le projet s'est déroulé dans une pisciculture de taille moyenne située dans le sud-est de la province de Québec. Le système de captage des sédiments (SCS) consiste en une pyramide inversée et tronquée d'un volume de 1 m3. La structure a été installée dans un étang en terre et positionnée sous un aérateur de surface. Le système de captage a été vidangé hebdomadairement durant une période de 10 semaines. Les sédiments recueillis ont été quantifiés et analysés à chaque semaine. Tout au long de la période expérimentale, la régie de production (ajout et retrait de poissons, mortalités, activités diverses) a été notifiée. Des analyses de l'affluent et de l'effluent de l'étang ont été effectuées hebdomadairement. Les débits de l'étang ainsi que les niveaux de précipitation pluviale ont également été suivis. Le taux d'accumulation des sédiments dans le SCS a été de 4,0 kg MT/d en moyenne pour l'ensemble de la campagne d'échantillonnage. Les matières volatiles ont représenté en moyenne 7,8% des matières totales. Le DCO des sédiments collectés a été évalué à environ 35 g DCO/L. L'efficacité du SCS concernant l'enlèvement du phosphore a atteint de 22% du phosphore non intégré aux poissons (Pnt).