Biodégradation du résidu endogène de boues activées

The activated sludge systems operated in practice with limited substrate, generate an endogenous residue as result of biomass oxidation. Very limited information is available in the literature regarding the nature, the composition and the biodegradability of this fraction of sludge. Most studies dealing with sludge digestion processes have focused their efforts on developing, sizing and optimizing processes without giving special attention to the effect of digestion on sludge components, especially those considered to be unbiodegradable in activated sludge systems operated at conventional solids retention time (5 to 20 d): endogenous residue (XE) and unbiodegradable particulate organics (XU,Inf) originating from the influent in a wastewater treatment plant. The few studies which addressed the issue of the biodegradation of the endogenous residue, did not target this fraction since sludges investigated in these studies also contained the component XU,Inf. Moreover, findings from these studies did not conclude on the biodegradability of the endogenous residue either under aerobic or anaerobic conditions. The objective of this project was to characterize the composition (chemical and biochemical) of the endogenous residue and to evaluate its potential biodegradation under different modes of digestion (aerobic, anaerobic and intermittent fermentation) at laboratory scale in well controlled conditions. To target the endogenous residue, a membrane bioreactor (MBR) was operated under steady state conditions for the whole experimental duration of this project to generate the activated sludge used in various experiments and characterizations. The MBR system was fed a synthetic soluble and completely biodegradable influent with sodium acetate as the sole carbon source. This influent, which contained no influent unbiodegradable organic or inorganic materials, was used to generate sludge composed of essentially two fractions: a heterotrophic biomass (XH) and an endogenous residue (XE), the nitrifying biomass (XANO) being negligible (less than 2%). In such a system, the determination of the active sludge fraction (FA) at a given SRT allowed to determine the proportion of the sludge endogenous fraction (1-FA).

Résumé

Les systèmes de boues activées opérés en pratique avec limitation en substrat, génèrent un résidu endogène suite à l‟oxydation de la biomasse. Des informations très limitées existent dans la littérature quant à la nature, la composition et la biodégradabilité de cette fraction de boues. La plupart des études faisant appel à des procédés de digestion de boues ont focalisé leur effort sur le développement, la conception et l‟optimisation des procédés sans accorder une attention particulière à l‟effet des digestions sur les fractions composant ces boues, en particulier celles considérées non biodégradables dans les systèmes de boues activées opérés à des temps de rétention de solides conventionnels (5 à 20 d) : résidu endogène (XE) et fraction non biodégradable acheminée par l‟affluent (XU,Inf) dans une station d‟épuration. Les quelques études dans lesquelles la biodégradation du résidu endogène a été abordée, ne ciblaient pas cette fraction puisque les boues investiguées dans ces études contenaient également la composante XU,Inf. De plus, les résultats de ces études n‟étaient pas concluants quant à la biodégradation du résidu endogène sous des conditions aérobies ou anaérobies. L‟objectif de ce projet était de caractériser la composition (chimique et biochimique) du résidu endogène et d‟évaluer sa biodégradation sous différents modes de digestion (aérobie, anaérobie et de fermentation intermittente) à l‟échelle du laboratoire dans des conditions bien contrôlées. Afin de cibler le résidu endogène, un bioréacteur à membranes (MBR) a été opéré en régime permanent durant toute la phase expérimentale de ce projet pour générer les boues utilisées dans les différentes expérimentations et caractérisations. Ce système membranaire a été alimenté par un affluent synthétique soluble et complètement biodégradable dont la source de carbone est l‟acétate de sodium. Cet affluent sans matière non biodégradable (organique ou inorganique), a permis de générer des boues constituées de seulement deux fractions : une biomasse hétérotrophe (XH) et un résidu endogène (XE), la biomasse nitrifiante (XANO) étant négligeable. Dans un tel système, la détermination de la fraction active (FA) dans les boues générées à un SRT donné permettait de déterminer la proportion de la fraction endogène (1-FA).