Développement d'une méthode respirométrique visant à mesurer l'activité biologique sur du charbon actif en poudre

Le couplage des procédés membranaires basse pression (microfiltration et ultrafiltration) et du charbon actif en poudre (CAP), appelé procédé hybride, est actuellement en plein développement dans le domaine du traitement de l'eau potable. Alors que les membranes permettent la séparation du charbon et la pollution particulaire de l'eau traitée, le CAP est utilisé pour l'élimination de la matière organique dissoute, sous la forme de carbone organique biodégradable et aussi pour l'enlèvement des traces de composés toxiques (pesticides). Pour mieux connaitre les processus de biodégradation du substrat dans le réacteur hybride, une estimation de la croissance et l'abondance bactérienne est nécessaire. À ce jour, il existe plusieurs méthodes pour caractériser la biomasse sur de charbon actif en grains (CAG), mais aucune méthode pour le cas de CAP. Cependant, la respirométrie, une méthode très couramment utilisée dans le domaine des eaux usées, pourrait une alternative intéressante : simple et peu coûteuse. Le présent projet porte sur l'application de la méthode de respirométrie dans le cas de charbon actif en poudre (CAP) utilisé en mode biologique. Les buts principaux étaient de caractériser l'activité bactérienne et quantifier la biomasse hétérotrophe aérobie (ZBH) colonisant la surface du charbon actif en poudre. Du charbon de trois sources différentes a été testé à l'aide de respiromètre Challenge AER-200, soit du CAP de 25 et 200 μm (CAP-laboratoire) et du CAB (CAG-Ste Rose) colonisés au laboratoire à l'extrait de levure, soit du CAP de 25 μm (CAP-Opaline) provenant du pilote biomembrane Opaline-B de l'usine Ste Rose colonisé de façon naturelle avec de l'eau décantée ozonée. Les observations microscopiques au BacLighttm de CAP-laboratoire ont montré que le charbon de 25 μm possédait plus de biomasse par champ microscopique que celui de 200 μm ce qui n'était pas démontré par les résultats expérimentaux de respirométrie. De plus, la comparaison entre les valeurs de ZBH pour 3 et 6 g du même diamètre de CAP a montré que la masse de 3 g possédaitesconcentrations de biomasse supérieures à celles de 6 g ce qui n'était pas en accord avec les attentes.

Abstract

Integration of low pressure membrane processes (microfiltration and ultrafiltration) and powdered activated carbon (PAC), termed as the hybrid process, is currently under development in the field of drinking water treatment. While membranes allow the separation of PAC and particulate matter from treated water, the PAC is used for the removal of dissolved organic matter in the form of biodegradable organic carbon and also to remove traces of organic compounds (pesticides). To learn more about the process of biodegradation of substrate in hybrid membrane reactors, an estimate of bacterial activity and abundance is needed. Up to now, there are several methods to characterize the biomass on activated carbon (GAC), but no method applies to the case of PAC. However, respirometry, a method commonly used in the field of wastewater could be an interesting alternative due to its simplicity and low cost. This project involves the application of respirometry to the case of biological powdered activated carbon (PAC). The main aims were to characterize the biological activity and quantify heterotrophic aerobic biomass (ZBH) colonizing the surface of activated carbon powder. Activated carbons from three different sources were tested using respirometer Challenge AER- 200, PAC 25 and 200 μm (PAC-laboratory) and BAC (GAC-Ste Rose WTP) colonized in the laboratory using yeast extract, or PAC 25 μm (PAC-Opaline) from the biomembrane pilot Opaline-B (located at the Ste Rose treatment plant) colonized naturally with settled-ozonated water. The microscopic observations of BacLighttm PAC-laboratory showed that coal 25 μm had more biomass per microscopic field than 200 μm which was also demonstrated by the experimental results of respirometry. In addition, the comparison between the values of ZBH using 3 or 6 g of the same diameter of PAC have shown that the mass of 6 g had biomass concentrations higher than 3 g, which was consistent with expectations. However, PAC-laboratory of the two diameters were more colonized than the PAC-Opaline.