DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE

BCM 20329: INTRODUCTION AU GÉNIE BIOCHIMIQUE, HIVER 2007

3a. Applications environnementales

CULTURE MIXTE

Figure 1: Exemple d'un écosystème microbien: coupe transversale dans la couche supérieure d'un tapis de cyanobactéries marines. La barre dans le coin inférieur gauche a 100um. A: diatomées; B: Spirulina sp.; C: Oscillatoria sp.; D: Microcoleus chthonoplastes; E: bactéries non photosynthétiques; F: cyanobactéries unicellulaires; G: fragments de mucilage bactérien; H: Chloroflexus sp. (bactéries vertes). I: Beggiatoa sp. (bactéries sulfureuses non photosynthétiques); J: brouteur non identifié; K: gaines cyanobactériennes abandonnées. (Tiré de Prescott, Harley et Klein, PHK.)

 

PROCESSUS CYCLIQUE DES ÉLÉMENTS NUTRITIFS

Figure 2: Cycle du carbone (Tiré de PHK)

Figure 3: Cycle de l'azote (Tiré de PHK)

Figure 4: Cycle du soufre (Tiré de PHK)



Cinétique des cultures mixtes

 

TRAITEMENT DES EAUX USÉES

Figure 5: Plan général

Figure 6: Cuve de décantation vide

Figure 7: Biofiltration à lit ruisselant

Figure 8: Gros plan d'une bioparticule

Figure 9: Traitement par boues activées dans un bassin aéré

Figure 10: Traitement par boues activées (aérobies)

Effet de la composition du consortium de microorganismes sur la morphologie des flocs
 
 

Figure 11: Floc de consortium microbien provenant d'un procédé aux boues activées- effet de micro-organismes filamenteux sur la morphologie et la décantabilité de boues activées: Panneau I , a) et b) liens inter-flocs, c) et d) structure de floc aérée, barre = 100 microns; Panneau II  - a) flocs denses, b) petits flocs très inter-reliés, c) flocs de micro-organismes filamenteux, d) réseaux de flocs comprenant des micro-organismes filamenteux, barre = 10 microns. (tiré de: http://www.college.ucla.edu/webproject/micro7/studentprojects7/Rader/asludge2.htm)

 

Figure 12: Décanteur secondaire
 

Figure 13: Traitement final par chloration

Figure 14: Traitement anaérobie des boues suivie d'une étape d'épaississement

Figure 15: Schéma réactionnel de la digestion anaérobie

 

Figure 16: Séchage des boues

 

Figure 17: Vue d'ensemble d'une station de traitement des eaux usées

 

Traitements additionnels pour l'eau potable
 
 

Figure 18: Production d'eau potable: coagulation et filtration


BIORÉHABILITATION

La bioréhabilitation (biorémédiation) est définie comme étant l'utilisation de micro-organismes pour le traitement de la pollution environnementale.

Le principe de base de la bioréhabilitation est le même que pour le traitement des effluents: utiliser le métabolisme des micro-organismes pour métaboliser des polluants et les convertir en composés innofensifs. La bioréhabilitation passe généralement par les étapes suivantes:

Définir le problème de pollution: quelles sont les substances présentes; en quelles quantités; quelle est leur toxicité; s'accumulent-elles et si oui, à quel rythme?

Développer une approche de traitement basée sur les micro-organismes.

Isoler un(des) micro-organismes qui métabolisera(ont) le(s) polluants(s).

Faire croître une population importante de ces micro-organismes.

Introduire ces micro-organismes dans l'environnement pollué en leur donnant les éléments nutritifs et les conditions de croissance optimales.

L'élément essentiel consiste à trouver les BONS MICROBES. Un moyen d'y arriver consiste à employer une TECHNIQUE D'ENRICHISSEMENT DE CULTURE:

  1. Fabriquer un milieu de culture où le polluant à traiter constitue la source de carbone majeure (ou unique)
  2. Introduire dans ce milieu un inoculum naturel, riche en biomasse diversifiée(Ex: un échantillon de sol de jardin, ou prélevé sur le site à décontaminer)
  3. Incuber et suivre la concentration en polluant. Si le milieu contient un microbe qui peut métaboliser le polluant, ce micro-organisme devrait se reproduire plus rapidement que les autres (par sélection naturelle).
  4. Inoculer une nouvelle culture à partir de l'ancienne, possiblement en augmentant la concentration relative du polluant. Répéter le processus jusqu'à ce que le micro-organisme dépolluant prédomine.
  5. Isoler et étudier le micro-organisme afin d'optimiser ces conditions de croissance.
  6. Utiliser ce micro-organisme tel que décrit ci-haut.
Plusieurs problèmes peuvent surgir dans le développement d'un traitement de bioréhabilitation:
  • La concentration en polluant peut être trop faible pour supporter la croissance microbienne, mais à la fois suffisamment élevée pour être toxique. Des éléments nutritifs doivent parfois être rajoutés.
  • Il peut être difficile d'assurer un milieu propice à la croissance du micro-organisme in situ. Il faudrait alors enlever le sol contaminé et le biotraiter en réservoir agité. Cette solution est dispendieuse étant donné les quantités de sol en jeu.
  • Plusieurs polluants sont difficiles à métaboliser par les microbes et peuvent nécessiter un temps de traitement excessivement long.
  • Les limites de la zone polluée sont souvent mal définies et dépendent du mouvement des polluants dans le sol (cm/an vs km/jr).
  • Le nombre de polluants différents sur un site donné peut être mal évalué, de sorte que le traitement d'un polluant ne règle pas le problème.
  • Les sous-produits de la dégradation doivent être soigneusement examinés. Dans certains cas ils peuvent être aussi toxiques (sinon plus toxiques!) que la substance polluante originale.

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    Cependant, dans plusieurs cas, la bioréhabilitation s'avère efficace, par exemple pour le traitement de sols contaminés au carburant, huile et créosote, certains préservatifs du bois, pour le traitement des marées noires, etc. C'est un procédé souvent coûteux, mais qui dans plusieurs cas peut être plus efficace que d'autres techniques telles l'enfouissement, le traitement chimique ou thermique.

    Liens intéressants sur la biorémédiation: http://www.art-engineering.com/Projects Soil Treatment.htm#Springfield,    http://www.biogenie-env.com/fr/index.asp

    Faites une Visite virtuelle d'une station d'épuration des eaux usées (Un projet d'innovation pédagogique réalisé par: Stéphane Casse, Bernard Grandjean, Département de génie chimique Christian Bouchard , Paul Lessard, Département de génie civil Université Laval)

    Si vous voulez en savoir plus sur le sujet, visitez le site du cours de mon collègue Bernard Grandjean: Traitement des eaux usées

    Copyright © Dr. R. E. Hurlbert, 1998. This material may be used for educational purposes only and may not be duplicated for commercial purposes.

    Copyright © A. Garnier, 1999 pour la version française modifiée (avec la permission de l'auteur). Ce matériel peut être utilisé à des fins pédagogiques uniquement. Aucun droit de reproduction à des fins commerciales.
    Dernière révision: mars 2008