Vers la matrise du biofilm dans les procds biomasse fixe pour le traitement des rejets liquides, solides et gazeuxAnne-Sophie LEPEUPLE
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1Le traitement et les procds biofilm
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Le traitement des eaux uses
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Le traitement biologiqueDgradation de la matire organique carboneCarbohydrates, protines, lipides O2 CO2 + H2O + oxydes minraux
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La digestion anarobieBactries hydrolytiques et acidognes
Hydrolyse Monomres : sucres, acides amins, acides gras. Acidognse Acides organiques, alcools Actognse Actate MthanognseActotrophes
Bactries actognes CO2, H2
Hydrognotrophes
Arches mthanognes
METHANE5
Traitement de lazoteNitrification-Dnitrification
NO3NOBO2 COD
Htrotrophes
NO2AOBO2
NO2Htrotrophes
COD
NH4+ Arobie Anoxie
N2
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COD6
Les procds de traitement BiologiquePollutionEauxEaux uses urbaines Eaux uses industrielles
Dchets solidesOrdures mnagres Dchets verts Boues
Effluents gazeuxSTEP Compostage
Boues actives
Compostage Digestion anarobie
Biofiltration
Procds de traitement
Biofiltration MBBR BRM
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La mise en uvre des biofilms dans le traitementIntrt des procds biomasse fixe : Concentration en biomasse suprieure/biomasse libre Temps de sjour de la biomasse suprieur Slection accrue des microorganismes dintrt (vitesses de croissance) Points cruciaux surveiller: Colonisation rapide Transferts doxygne au sein du biofilm (procds arobies) Colmatage Spatialisation du procd
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La mise en uvre des biofilms dans le traitementLa biofiltration : Biostyr
Biostyrne TM colonis
La mise en uvre des biofilms dans le traitementMBBR : Moving Bed biofilm reactor
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La mise en uvre des biofilms dans le traitementBiofiltration de lairCopeaux dcorces de pin
Support Adsorption (organique/ inorganique)
Transfert enphase aqueuse polluants (gaz) Gaz CO2, H2O, Oxydes minraux
Biodgradation
Biofilm
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La mise en uvre des biofilms dans le traitementDigestion anarobie sur biofilms
Co-enzyme F420
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Vers la matrise du biofilmCaractrisation des effluents Toxicit Biodgradabilit Impact sur les espces Caractrisation de la biomasse Vitesse de colonisation Spcialisation Spatialisation
Quelques exemples dinterrogations
Optimisation de la biomasse Production de composs spcifiques expression des gnes de fonction dintrt
Biomasse VS paramtres de fonctionnement Robustesse ou des activits mtaboliques Identification de nouvelles espces dintrt Rpartition des autotrophes/htrotrophes Comptitions entre les groupes bactriens Impact de la gestion du procd sur la biomasse
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Les outils dvelopps par VeoliaOutils molculairesDiversit DynamiqueF420 DGGE ARISA
Cibles Bactries totales Archaea Anammox
Dtection Quantification
PCRFISH
qPCR
AOB NOB SOB
Activit
RT-qPCR Mtatranscriptomique
Mthanognes Accumulateurs PHA
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2Influence du design et de lhistorique des supports sur la population microbienne dans un procd Nitritation-Anammox MBBR a un tageSbastien LACROIX, Gilberte GAVAL, Rgis GAGNEUX, Anne-Sophie LEPEUPLE
Poster 002
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Traitement de lazote conventionnelNitrification-Denitrification
NO3NOBO2 (25%) COD
Heterotrophes
NO2AOBO2 (75%)
NO2Heterotrophes
COD
NH4+ Aerobie Anoxie
N2
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Traitement de lazote voie AnammoxNitrification Partielle & raction Anammox
NO3NOB AnAOB COD
Heterotophs Heterotrophs
NO2AOBO2 (40%)
NO22-NO Dnitrification CODCOD (0%)
Anaerobie / Autotrophe Coloration rouge Temps de gnration = 10-15 joursHeterotrophs
NH4+ Arobie NH4+ Anoxie Anoxie
N22+ 2 H2O N
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COD17
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Application Anammox en procd MBBR
Sortie
Air Entre Support Biomasse
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Application Anammox en procd MBBRAOB Anammox
Liquide
NH4+AOB
NOB
N2 NO2-
O2
AnAOB Biofilm
Arobie Anoxie
Support
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Objectif de ltudeQuestionQuelle est la meilleure stratgie de dmarrage : Supports neufs VS supports pr-coloniss?
OutilsCaractrisation microbienne : AnAOB, AOB, NOB (qPCR)
Suivi pilote 13 mois Volume Liquide : 2.16 m3 Effluent : sortie digesteur [NH4] = 300-500 mgH-NH4/L Ratio volume supports: 50% Ensemencement avec supports K1 pr-coloniss par AnAOB20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 2 0
Description des supportsK1AnAOB et biofilm nitrifiant Ajouts J0 Proportion 39%
500m/m3
MiniChip (MC)
Supports de type Chip ChipM CM) K3
Supports de type K K1N
1500m/m3 Biofilm nitrifiant (AOB et NOB) et pas dAnAOB Ajouts J0, Proportion 60%
1200m/m3
500m/m3
500m/m3
Nouveaux supports Surface spcifique : Chip-type > K-type Epaisseur Biofilm : K-type > Chip-type Ajouts aprs 100 jours dopration Proportion 1%21
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2RsultatsColonisation des supports Suivi des AnAOB, AOB and NOB par qPCR
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K1
MC
K3
CM
Colonisation des supports
25 25
K1 K1N K1 MC20 20
K1N CM
CM MC K3 K3
DNA mg/m DNA mg/m
15 15
10 10
5 5
0 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 88 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13
14 14
Months Months
Quantit de biomasse stable pour K1 and MC Colonisation rapide des nouveaux supports Densit de biomasse suprieure pour K1 (importance du design du support)20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 23
Quantit ADN total est corrle la quantit de biomasse
Suivi des populations AnAOB par qPCR** PCR protocol described by Tsushima et al. (2007)1,0E+13 1,0E+13 1E+16
K1
MC
K3
CM
1,0E+13
MC
K1
1,0E+12 1,0E+12 1,0E+12
1E+15
Copies/m ractor
Copies/m Copies/m Copies/m 3
1,0E+11 1,0E+11 1,0E+11
1E+14
1,0E+10
1,0E+10 1,0E+10
1E+13
MC1,0E+09 1,0E+09
K1N K1N
CM
CM
K3
K3
K1
MC0 00
K19 9 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14
1,0E+09
1E+12 0
1
1 11
2
2 22
3
3 33
4
4 44
5
5 55
6 7 8 6 7 8 6 7 8 6 7 Months 8 Months Months
9 9
Months
Considrant la surface spcifique (m/m3), les supports Colonization on all carriers: K1N > MC and K3 Chip ont Colonization and detectionAnAOB que les after 3 months densit suprieure de of AnAOB activity supports K
MC K1 after only 2 months
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Suivi des populations AOB par qPCR** PCR protocol described by Rottehauwe et al. (1997)1.0E+12 1.0E+12
K1
MC
K3
CM
1.0E+11 1.0E+11Copies/m Copies/m
1.0E+10 1.0E+10
1.0E+09
1.0E+09
1.0E+08 1.0E+08
1.0E+080 0
MC K1N MC0 1 1 2 2 1 23 3
K1N3 4
CM5 5
CM
K16 6
K3 K38 8
K19 10 11 12 13 14 14
4 4
5
6
7 7
7
8
9 9
10 10
11 11
12 12
13 13
14
Months Months Months
Plus dAOB sur MC que sur K1 Colonisation rapide des nouveaux supports ( 5 mois) K1N colonisation plus importante que les autres nouveaux supports MC & K1 Considrant la surface spcifique, supports Chip-type = AOB population plus dense20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 25
Suivi des populations NOB par qPCR** PCR protocol described by Dionisi et al. (2002)1.0E+12 1.0E+12 1.0E+12
K1
MC
K3
CM
1.0E+11 1.0E+11 1.0E+11
Copies/m Copies/m Copies/m
1.0E+10 1.0E+10 1.0E+10
1.0E+09 1.0E+09 1.0E+09
MC MC CM1.0E+08 1.0E+08 1.0E+08 00 0
K1 K3CM K1N K133 3 44 4 55 5 66 6 77 7 88 8
K399 910 10 10
K1N11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14
11 1
22 2
Months Months Months
K1 = densit NOB la plus grande (10x plus que MC) Colonisation des nouveaux supports par les NOB Densit en NOB des nouveaux supports densit NOB MC Pas dinhibition de la raction Anammox20/10/2011 Veolia Environnement Recherche & Innovation 26
Conclusions et perspectivesConclusions Le design des supports a un impact la structure du biofilm et donc la densit des populations recherches Le design des supports influence la spcificit de la colonisation : plus dAOB et moins de NOB sur MiniChips Une Pr-colonisation avec un biofilm nitrifiant namliore pas spcialement limplantation des Anammox Lajout dune proportion supports pr-coloniss (Anammox) permet une colonisation rapide des supports neufs
Perspectives Dtermination de la stratgie de dmarrage la plus efficace pour le procd MBBR Anammox (% inoculation)
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Merci de votre attention
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