10.5 Méthodologie pour quantifier la performance de réduction et de minéralisation des boues

Pour déterminer la digestion du traitement des boues aquaponiques dans les bioréacteurs aérobies et anaérobies, une méthodologie spécifique doit être suivie. Une méthodologie adaptée pour le traitement des boues aquaponiques est présentée dans ce chapitre. Des équations spécifiques ont été développées pour quantifier précisément leur performance (Delaide et al. 2018), et elles devraient être utilisées pour évaluer la performance du traitement appliqué dans une plante aquaponique spécifique.

Afin d’évaluer la performance du traitement, il faut adopter une approche de bilan massique. Elle exige que le TSS, la DCO et les masses d’éléments nutritifs soient déterminées pour tous les intrants du réacteur (c.-à-d. les boues fraîches) et les extrants (c.-à-d. les effluents). Le contenu du réacteur doit également être échantillonné au début et à la fin de la période étudiée. L’entrée, la sortie et le contenu des réacteurs doivent être parfaitement mélangés pour l’échantillonnage. L’entrée et la sortie du réacteur doivent essentiellement être échantillonnées chaque fois que les réacteurs sont alimentés avec de la boue fraîche.

Ensuite, la performance de réduction des boues du réacteur (η) peut être formulée comme suit :

$ \ eta_s = 100 \ % (1- ( \ Delta S + S_ {out}) /S_ {in}) $ (10.6)

où ΔS est la boue à l’intérieur du réacteur à la fin de la période étudiée moins celle au début de la période, Ssubout/sub est la boue totale qui a quitté le réacteur dans l’écoulement sortant, et Ssubin/sub est la boue totale qui est entrée dans le réacteur par entrée.

Pour la réduction organique, les boues (c’est-à-dire le terme S) peuvent être caractérisées par la masse sèche de boues (c’est-à-dire le TSS) ou par la masse d’oxygène nécessaire pour oxyder les boues (c’est-à-dire la DCO). Ainsi, pour les performances de réduction de la DCO et du TSS, plus l’accumulation est petite et plus la quantité dans le flux sortant est petite, plus la performance de réduction est élevée (c’est-à-dire un pourcentage élevé) et donc moins de matières solides rejetées hors de la boucle.

Sur la base du même bilan massique, de la performance de minéralisation des éléments nutritifs du traitement (σ), c’est-à-dire de la conversion en ions solubles des macro- et micronutriments présents dans les boues sous des formes non dissoutes, on peut utiliser la formule suivante :

$ \ zeta_n = 100 \ % (((DN_ {out} -DN_ {in})/(TN_ {in} -DN_ {in})) $ (10.7)

où σ est la récupération de N nutriment à la fin de la période étudiée en pourcentage, DNSuout/Sub est la masse totale de nutriments dissous dans l’écoulement, DNSuine/Sub est la masse totale de nutriments dissous dans l’entrée et TNSuine/Sub est la masse totale des nutriments dissous et non dissous dans l’afflux.

Ainsi, à l’instar des performances de réduction organique, plus l’accumulation à l’intérieur du réacteur et la teneur en éléments nutritifs non dissous dans l’écoulement sortant sont faibles, plus la performance de minéralisation (c’est-à-dire un pourcentage élevé) est élevée et donc le nutriment dissous récupéré dans l’effluent (ou l’écoulement) pour la culture aquaponique fécondation (voir exemple 10.1). Les équations du bilan massique présentées sont utilisées dans la case d’exemple.

Exemple 10.1

La performance de digestion d’un bioréacteur anaérobie de 250 L a été évaluée sur une période de 8 semaines. Il était alimenté une fois par jour avec 25 L de boues fraîches provenant d’un système RAS Tilapia, et le volume de surnageant équivalent (ou sortie) a été retiré du bioréacteur. Les boues fraîches (intrants) présentaient un TSS de 10 g de masse sèche (DM) par litre ou 1 %, et le surnageant (sortie) présentait un TSS de 1 Gdm/L ou 0,1 %. Le TSS à l’intérieur du bioréacteur au début et à la fin de la période était de 20 Gdm/L. Par conséquent, les entrées totales de DM, les sorties et à l’intérieur du bioréacteur pendant la période évaluée sont calculées comme suit :

DM = 0,01 kg/LD $ \ fois $25 L $ \ fois $7 jours $ \ fois$ 8 semaines = 14 kg

Sortie DM = 0,001 kg/LD $ \ times$ 25 L $ \ fois $7 jours $ \ fois$ 8 semaines = 1,4 kg

DM à = DM tf = 250 L $ \ fois$ 0,02 kg/L = 5 kg

La performance de réduction du TSS (ηTSs) du bioréacteur peut alors être calculée comme suit :

$ \ bold { \ eta} _ {TSS} =100 \ % (1- ((5-5) +1.4) /14) = 90 \ %$

La performance de minéralisation P du bioréacteur peut être évaluée en sachant que la boue fraîche (entrée) avait une concentration de P dissous de 15 mg/L et une teneur totale en P de 90 mg/L. La concentration de P dissous dans le surnageant (sortie) était de 20 mg/L. P dissous dans les entrées et sorties au cours de la période considérée sont calculées comme suit :

TP in = 0.090 g/LD $ \ fois $25 L $ \ fois $7 jours $ \ fois$ 8 semaines = 126 kg

DP in = 0.015 g/LD $ \ times$ 25 L $ \ fois $7 jours $ \ fois$ 8 semaines = 21 kg

DP out = 0.020 g/LD $ \ times$ 25 L $ \ fois $7 jours $ \ fois$ 8 semaines = 28 kg

La performance de minéralisation P (subp/sub) du bioréacteur peut alors être calculée comme suit :

$_p = 100 \ % ((28 - 21)/(126 - 21)) = 6,67 \ %$