Étude de la cinétique d’élimination de la matière organique dans un système intégré réacteur anaérobie-chenal algal à haut rendement Kinetic study of organic matter removal in an integrated anaerobic reactor high rate algal pond system

Résumé

Cette étude a pour objectif d’élaborer un modèle empirique basé sur les cinétiques d’élimination de la matière organique dans un système intégré réacteur anaérobie-chenal algal à haut rendement (CAHR), et ce, pour disposer d’un outil de dimensionnement adapté au contexte marocain. Contrairement à l’approche d’Oswald, qui est basée sur le bilan énergétique des algues, ce modèle a été élaboré selon un concept d’ingénierie qui prend en considération les paramètres de conception des réacteurs (débit, charge, etc.).

L’originalité de ce modèle consiste en l’introduction d’un paramètre γ qui traduit les phénomènes biologiques au sein du réacteur algal, notamment la symbiose entre les algues et les bactéries. En effet, l’approche de modélisation adoptée est basée sur l’étude de la croissance de la biomasse algo-bactérienne comme étant l’aspect majeur responsable de la dépollution au sein du chenal algal à haut rendement.

Cette recherche reflète l’importance de l’inclusion des paramètres biologiques dans la conception d’un bioréacteur algal. À cet effet, nous avons déterminé le facteur γ qui traduit le rapport algues/bactéries en s’appuyant sur le suivi de l’activité algale et la mesure de la matière volatile en suspension au niveau de la station pilote de Rabat. Ce facteur a été évalué par ORON et al. à 1/100. Nous avons confirmé ce chiffre par les résultats expérimentaux.

Ainsi, le modèle établi permet, en se fixant un rendement d’élimination dans le chenal algal à haut rendement et connaissant la charge organique entrante au système intégré, de déterminer le temps de séjour dans le chenal et, par la suite, de dimensionner le réacteur. Les limites de validité du modèle ont été vérifiées sur des données expérimentales obtenues dans la station pilote de Rabat et la station d’épuration de la ville d’Ouarzazate.

Cette approche de modélisation se trouve vérifiée pour un temps de séjour de un jour et demi à deux jours dans le réacteur anaérobie et pour des charges organiques brutes entrantes au système de l’ordre de 650 mg•L^-1.

Les essais (deux jours - quatre jours) donnent une meilleure corrélation. Donc, nous pouvons considérer que la combinaison d’un temps de séjour de deux jours dans le réacteur anaérobie et quatre jours dans le chenal algal à haut rendement serait une bonne base de dimensionnement de ces systèmes au Maroc.

Mots-clés :

• bioréacteur,
• temps de séjour,
• dimensionnement,
• chenal algal à haut rendement,
• épuration,
• symbiose

Abstract

The objective of this study was to build an empirical model for the design of wastewater plants by using an integrated system comprising an anaerobic reactor and a high rate algal pond. This model is based on the kinetics of elimination of organic matter in the reactors, and, in contrast to the Oswald approach based on the algal energy balance, this model was constructed according to an engineering concept taking into consideration the design parameters of the reactors (flow, charges, etc.). This new approach is characterized by the introduction of a parameter that is indicative of symbiosis between algae and bacteria. In fact, the model is based on the growth of algae-bacteria biomass as a major aspect of depollution in the high efficiency algal channel. The limits of validity of this model have been verified on experimental data collected at the Rabat pilot station located in the Agronomic and Veterinary Hassan II Institute, and from the wastewater treatment plant of the city of Ouarzazate.

This work reflects the importance of biological parameters in the conception of an algal bioreactor. The factor γ, which is the algae/bacteria ratio, was evaluated by Oron and collaborators to be around 1/100, a result confirmed using experimental data from the Rabat pilot station. This design approach was verified for a retention time of 1.5 to 2 days in the anaerobic reactor and raw organic loads entering the system around 600 mg•L^-1. One can consider that the combination of a retention time of two days in the anaerobic reactor and four days in the High Rate Algal Pond could be a good basis for the design for such systems in Morocco.

Keywords:

• bioreactor,
• retention time,
• design,
• High Rate Algal Pond,
• treatment,
• symbiosis