This article was downloaded by: [The Aga Khan University]On: 16 October 2014, At: 17:51Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office:Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

Environmental TechnologyPublication details, including instructions for authors and subscriptioninformation:http://www.tandfonline.com/loi/tent20

Traitement tertiaere d'un effluentdomestique secondaire par cultureintensive de la cyanobactérie PhormidiumbohneriDaniel Proulx a , Paul Lessard a b & Joël De La Noüe aa GREREBA et Département de sciences et technologie des aliments,Pavilion Paul‐Comtois , Université Laval , Ste‐Foy, Québec, Canada , G1K7P4b Département de génie civil, Pavilion Adrien‐Pouliot , Université Laval ,Ste‐Foy, Quebec, Canada , G1K 7P4Published online: 17 Dec 2008.

To cite this article: Daniel Proulx , Paul Lessard & Joël De La Noüe (1994) Traitement tertiaere d'uneffluent domestique secondaire par culture intensive de la cyanobactérie Phormidium bohneri ,Environmental Technology, 15:5, 449-458, DOI: 10.1080/09593339409385449

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/09593339409385449

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the“Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, ouragents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to theaccuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and viewsexpressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the viewsof or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon andshould be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shallnot be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages,and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connectionwith, in relation to or arising out of the use of the Content.

This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantialor systematic reproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, ordistribution in any form to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access anduse can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

Environmental Technology, Vol. IS. pp 449-458© Publications Division Selper Ltd., 1994

TRAITEMENT TERTIAERE D'UN EFFLUENTDOMESTIQUE SECONDAIRE PAR CULTURE

INTENSIVE DE LA CYANOBACTÉRIE PHORMIDIUMBOHNERI

TERTIARY TREATMENT OF SECONDARILYTREATED URBAN WASTEWATER BY INTENSIVE

CULTURE OF PHORMIDIUM BOHNERI

DANIEL PROULX1 , PAUL LESSARD1, 2 ET JOËL DE LA NOÜE 1*

1GREREBA et Département de sciences et technologie des aliments, Pavilion Paul-Comtois,Université Laval, Ste-Foy, Québec, Canada, G1K 7P4

2Département de génie civil, Pavilion Adrien-Pouliot, Université Laval, Ste-Foy,Quebec, Canada, G1K 7P4

(Received 23 April 1993; Accepted 24 February 1994)

ABSTRACT

Phormidium bohneri, a self-flocculating cyanobacterium, was grown outdoors in a 75 1 intensiveculture basin (semi-continuous system) and used for the tertiary treatment of domesticwastewater. The behavior, growth and purification potential of P. bohneri were studied. Thenutrient removal efficiency (max.: Ni = 83%, 12.5 mgN 1-1 d-1; Pi =81%, 1.3 mg P l-1 d-1) of thisprocess allows a quite rapid treatment of the secondary effluent (hydraulic retention time=1d).Stripping account for about 62% of nitrogen (NH3) removal while 38% is assimilated by P.bohneri. Inorganic phosphorus is removed mainly by precipitation (57%) and to a lesser extent istaken-up by Phormidium (43%). The cyanobacterial biomass (P: 1.1%, N: 8.6%, protein: 53.5%,dry weight basis) can be easily harvested after the treatment by settling.

Keywords: Domestic wastewater, tert iary treatment, cyanobacteria, solar biotechnology,Phormidium bohneri

INTRODUCTION chimique, quoique la dSphosphatation biologiquegagne en popularity. Quant a l'enlevement de

Pour bien des municipalites, dont les l'azote inorganique, le recours aux procedlseffluents se jettent dans un plan d'eau hautement biologiques de nitrification et devitrification estsensible, le recours aux traitements primaire et frequent. Le principal desavantage de cessecondaire ne suffit plus pour respecter les procedes est lie aux couts elevSs d'operation,normes et reglementations gouvernementales, occasionnes notamment par l'ajout de produitsplus specifiquement en matiere de controle de la chimiques et par la manipulation des boues danspollution azot^e et phosphor^e. Les effluents le cas du phosphore, et par l'importante aerationsecondaires contiennent, en concentration dans le cas de l'azote.relativement elevee, des ions inorganiques La biotechnologie solaire par microalgues(NH4

+, PO43') responsables de l'eutrophisation et cyanobacteries offre une alternative valable

des cours d'eau, d'ou la necessite de recourir a aux traitements tertiaires conventionnels etun traitement tertiaire. Pour l'enlevement du presente plusieurs avantages: 1) elle repose surphosphore inorganique, le procede le plus les principes des ecosystemes naturels et estcourant reste la dephosphatation physico- done sans danger pour l'environnement; 2) elle

449

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

ne cause aucune pollution secondaire, si labiomasse produite est r6utilis6e et 3) elle permetun recyclage efficace des nutriments contenusdans les effluents (1, 2), car les microalguessont des agents epurateurs tres performants:elles peuvent non seulement utiliserefficacement les nutriments inorganiquesazote's et phosphorus pour leur croissance (3-5),mais elles contribuent 6galement a l'Spurationdes effluents par production d'oxygene et parl'enlevement de m6taux (6) et de substancesxenobiotiques (7).

Les systemes de traitement par microphytessouffrent cependant de plusieurs handicaps: 1)les microalgues ont un temps de generationrelativement long (en heures ou en jours)comparativement aux bacteries (20 minutes); 2)elles requierent de la lumiere pour crottre; 3) laconcentration de la biomasse active est plutotfaible; 4) la physiologie de ces microorganismesn'est souvent que partiellement connue et 5) larecolte des biomasses est difficile et couteuse(8). Ce dernier d£savantage constitue un desproblemes majeurs du traitement tertiaire parcultures de microalgues. La plupart destechniques efficaces de re'colte mises au pointjusqu'a ce jour telles que la filtration, lacentrifugation et la floculation, sontfinancierement inabordables (9, 10). De plus,elles peuvent empecher la reutilisation desmicroalgues si un floculant a 6t6 utilise1 lors duprocessus de separation algues/liquide et, ainsi,generer un residu dont il faudra disposer(pollution secondaire).

II devient done interessant de rechercherdes especes de microalgues et de cyanobacteriescapables de sgdimenter rapidement, eliminantainsi le probleme de la recolte. Phormidiumbohneri est une cyanobacte'rie 6pibenthique quiforme spontane'ment des floes de quelquesmillimetres de diametre lorsqu'elle estmaintenue en suspension (11). De typeeuryphotique et eurythermique (12), cette espececroft bien sur effluents domestiques et peut etremaintenue en suspension par un faible bullaged'air. La vitesse de dicantation des floes de P.bohneri est rapide, soit de 1 a SOcmmin'1 (11),ce qui facilite la recuperation de la biomasse etl'evacuation d'un surnageant parfaitementclarified P. bohneri se reVele done une especeavantageuse pour le traitement des eaux usees. Siplusieurs etudes en laboratoire ont dej'a e'te'effectue'es pour d^crire le comportement de P.bohneri (12-14), aucune n'a jamais 6t6 faite sousconditions naturelles.

Les rSsultats d'une experimentation menee

durant les mois de juin a septembre 1991 sontdone presente's ici. Cette experience visait amesurer la croissance et le potentiel epuratoire(enlevement de Ni( Pj) de P. bohneri, lorsquecultivee sous conditions climatiques naturelleset soumise a un apport quotidien, de type semi-continu (alimentation de jour), en effluentdomestique secondaire.

MATERIEL ET METHODES

La periode d'experimentation s'est derouleedu 21 juin au 13 septembre 1991, soit une dureed'environ 80 jours. L'unite1 pilote de traitementpar biomasse cyanobacte'rienne a ete installeesur le terrain de l'usine depuration des eauxusees de la base militaire de Valcartier enbanlieue de Quebec (Canada; 46°54' N, 71°30' O).Cette station recoit un de"bit d'environ 2 500 m3

d'1 et recourt a une chaine liquide comprenantdessableur, de'eanteur primaire et proce'de'secondaire par boues activees.

L'installation pilote etait composee d'unreacteur de section triangulaire, a paroisopaques, d'une capacite de 751, muni d'undecanteur a paroi verticale (ouverte au fond dureacteur) place a l'interieur du bassin(Figure 1). Afin de maintenir les floes dePhormidium en suspension, un systemed'aeration a ete installe et comprenait une pomped'aquarium alimentant un diffuseur d'airtubulaire a microbulles (de type aquarium)localise au fond du bassin (Figure 1). Le debitd'air fourni Stait d'environ 7 1 min"1.L'installation n'etait pas couverte et etait ainsisoumise aux conditions climatiques du siteexperimental.

La concentration initiale de P. bohneri al'interieur du biore'acteur a 6t6 ported a 50 mgmasse seche (m.s.) I'1 au moyen d'un inoculumcultive en vrac au laboratoire, sur milieusynthe'tique (15), sous des conditions de lumiere(100 |iE m ' V 1 ) et de temperature (20°C)controlees. L'inoculum de P. bohneri, dont lesfloes mesuraient quelques millimetres dediametre, a 6te homogeneise a l'aide d'unbroyeur a tissu (Tekmar TP 18/10S1), afin deramener la taille des floes a environ 300 (im etainsi activer la croissance des cyanobacteries(13).

L'affluent qui alimentait le rSacteurprovenait de l'effluent secondaire (avantchloration) de la station de Valcartier. LerSacteur 6tait aliments au moyen d'une pompepe'ristaltique qui fonctionnait le jour(alimentation en mode semi-continu), de 6h00 a

450

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

affluent

45 cmVuetransversaledu bioreacteur

diffuse urporeux

air

y

dlcanteur

pompeperistal tique

chicane /

A A A A AA A A A T

A A A A A | I. A A A A \ I

effluent

| — • * • — • trop-plein

53 cm7 cmH reservoir

decollecte

Vue longitudinaledu bioreacteur

Figure 1. Vue schematique du bioreacteur de 75 litres.

20h00, a un debit de 90 ml min"1. Ce debitSquivalait a un temps de retention hydraulique(©h) de 1 jour. L'Svacuation de l'effluenttertiaire s'effectuait par surverse, les floes dePhormidium etant contenus dans le bioreacteurau moyen d'un dScanteur interne. L'idee initialeetait de laisser croitre a son maximum laconcentration de P. bohneri sans prSlever debiomasse.

Un dchantillonnage r6gulier a 6te effectuetout au long des 12 semaines d'experimentation.Deux e'chantillons de 100 ml chacun, preleves entrois points, soit un a l'affluent du systeme(effluent secondaire de la station de traitement),un dans le reacteur et un a l'effluent ont eterecolte's de trois a sept fois par semaine, verslOhOO le matin, et apportes au laboratoire pouranalyse. Un suivi climatique (temperature,ensoleillement) a Sgalement ete fait. Sur chaqueechantillon, les parametres physico-chimiquessuivants ont et6 analyses selon les methodesstandards (16): temperature (thermometreminimum/maximum), pH (pH-metre Orion,modele 601A) et nutriments (autoanalyseurTechnicon) NH4

+ (#98-70W/A), NO2" + NO3-(#100-70W), PO4

3" (#94-70W/B). devolution de

la biomasse (matiere seche) a ete suivie enmesurant les matieres en suspension, obtenuespar filtration de 100 ml (duplicata) de culture(250 ml pour l'effluent secondaire) sur desfiltres Whatman 934-AH (pores 1,5 um) etsSchage a l'^tuve durant 24 heures a 105cC (16).Cette mesure des matieres en suspensionrepresente revolution de P. bohneri, puisquel'effluent secondaire utilise ne contenaitpresque plus de carbone organique soluble pourla croissance des microorganismes et que sateneur en matieres en suspension se situait entre2 et 9 mg m.s. I/1 seulement. Par ailleurs, il aete montre que la teneur en matieres ensuspension de l'effluent secondaire utilise,diminue presque a zero lorsqu'il est aere enl'absence de P. bohneri (resultats non publies).

Finalement, la teneur en azote (methodeKjeldahl; (16)) et en phosphore (digestion etdosage a l'acide ascorbique; (16)) total dePhormidium a ete mesuree sur des echantillonslyophilise's. La teneur en proteines brutes a etedeterminee au moyen de l'azote total multipliepar le facteur 6,25 utilise pour les proteinesvegetales (17). La teneur en proteines a et6comparee a celle mesuree pour des biomasses de

451

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

P. bohneri cultivee en vrac au laboratoire, surmilieu de culture synthetique (15), sous desconditions de lumiere (100 uE m"2 s"1) et detemperature (20°C) controlSes.

HfiSULTATS ET DISCUSSION

Les conditions climatiques qui ont prevalu aValcartier durant l'ete 1991 ont ete clementes.L'ensoleillement, mesure' par la radiationlumineuse nette (MJ m'2 d"1), a ete important telque montrS a la Figure 2. La temperaturemoyenne atteinte dans le reacteur durantl'experience a ete d'environ 20°C, lestemperatures minimales et maximales ayant eteen moyenne de 12,0 ± 3,8°C et de 25,3 ± 3,4°C,respectivement.

Durant la periode d'experimentation,l'efficacite de traitement de la station deValcartier a 6te e'leve'e, les concentrations enmatiferes en suspension et la demande chimiqueen oxygene se maintenant respectivement auxalentours de 2-9 mg I"1 et de 30 mg I*1. Toutefois,le procede de boues activees de l'usined'epuration a ete opere de telle facon qu'unphenomene de nitrification a ete observe durantla periode d'experimentation. En effet, laconcentration de l'effluent secondaire (affluentdu bioreacteur h. microalgues) en azoteammoniacal, principal type d'azote inorganiquedurant les 30 premiers jours, a progressivementdiminue au profit des NOX' (Figure 3). Ainsi, lesconcentrations moyennes en N-NH4* et en N-(NO2- + NO3-) ont ete respectivement de 9,2 ± 2,4mg N I"1 (n=20) et de 2,1 ± 1,4 mg N V1 (n=19) pour

les 30 premiers jours puis de 1,7 ± 2,5 mg N I'1

(n=21) et de 6,7 ± 1,7 mg N I'1 (n=ll) pour les 53derniers jours. Le pH et la concentration en P-PO43' ont quant a eux peu varies, s'Stablissant a6,8 ± 0,2 (n=119) et a 1,5 ± 0,4 mg P I"1 (n=35),respectivement. II faut de plus mentionner quel'alimentation en eau use'e a 6te interrompueaccidentellement a trois occasions pour deux atrois jours (10-12 et 24-25 juillet, 20-21 aout).

Productivite de P. bohneri

P. bohneri semble avoir bien rSagi auxconditions de terrain auxquelles elle a itisoumise. La culture s'est comportee de la memefacon que les cultures menees en laboratoiresous conditions controle'es. De plus,Phormidium n'a pas semble etre affectee(croissance, speciation) par les trois arretsaccidentels de l'approvisionnement en effluentdomestique secondaire et par le changement dutype d'azote retrouvg dans celui-ci.

La Figure 4 presente revolution de labiomasse de Phormidium (mesuree en termes deMeS) a l'interieur du bioreacteur. Apres uneperiode de latence de cinq jours, unaccroissement relativement constant de labiomasse de P. bohneri a ete observe jusqu'au35ifeme j o u r - La concentration maximale atteintese situe alors aux environs de 1 000 mg m.s. I'1,pour un taux d'accroissement de 31 mg m.s. I'1

d'1 durant cette periode de 30 jours. Cetteproductivity de 14 g m'2 d"1, sur la base de surfaceeclairee, se situe dans la gamme de productivitehabituellement mesuree pour des cultures de

0 15 30 45 60 75 90Temps (d)

Figure 2. Radiation lumineuse quotidienne nette durant l'ete 1991 a Valcartier.

452

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

16"

14"

HN

ZCD

E

10

8

6

4

2

0

juin

• - IWu h

A

juillet

£I I±ttnA V

wA7\J \§*

Ei /

>

1

aoflt 1 sept.

ftIII / \l

\ J L

iffli ent

XL

ff

/

If

11

IMP

A

it

m

11

15 30 45 60 75 90

16

? 14

7> 12"OZ 10"+cT 8

d 6-1

^ 4g .,

2

juin | juillet

y

nA

B hriJrr

Ha

aout 1 sept.

/If

\

a* affl

-^.

leni

i

bi

1L

fduirea

•ntpteu

1J

r

0 15 30 45 60 75 90

Temps (d)Figure 3. Evolution de la concentration en N-NH3 (4A) et en N-NOX' (4B) mesur6e dans l'affluent et

dans l'effluent du bioreacteur.

in

Eec

sse

(m

nE

5

1200

1000

800

600

400

200

0

juin

/f]

juillet

ler

Sf Q

lap

Pj

ipe

n I"n

\\

aout

1n

T

_/M

\

ee

, /

r

sept.

iga

1

e

0 15 75 9030 45 60Temps (d)

Figure 4. Evolution de la biomasse dans le bioreacteur, mesuree en terme de matieres ensuspension.

453

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

microalgues, soit entre 10 et 30 g m'2 d'1 (18). Laconcentration maximale de P. bohneri atteintedans le reacteur se r6vele particulierementelevee comparee a ce qu'il est possible d'obteniravec des cultures normales de microalgues (300-500 mg m.s. I'1) (19, 20).

La possibility de maintenir une fortebiomasse de Phormidium, permise en raison deses capacites d'auto-agrSgation est, a priori, d'uninteret indeniable, comme nous le verrons dansla section consacree a l'efficacite' epuratoire.Toutefois, les fortes concentrations atteintes ontentralne certains problemes d'operation dudScanteur tertiaire, soit une accumulation defloes de Phormidium dans celui-ci. Ce problemeoperationnel est survenu principalement apresle 35lfeme jour et peut expliquer la forte variabilitede la biomasse a l'interieur du reacteur apres cejour. II est done possible que la mesure de labiomasse de cyanobacterie ait et6 sous-estimee,etant donne qu'une certaine quantity de biomasseetait emmagasinee dans le d6canteur.

Un premier elagage de la culture, soitenviron 50% de la biomasse, a ete effectue vers lafin juillet, tel qu'indique a la Figure 4. Labiomasse se remet toutefois a croitre rapidementpour retrouver une valeur de 1 000 mg m.s. I'1 audebut d'aofit. Un deuxieme elagage a eu lieu versla fin d'aout apres qu'une diminution spontaneede la biomasse eut ete notee.

Malgre les problemes operationnels decritsci-haut, le decanteur s'est revele efficace pourcontenir les floes a l'interieur du reacteur. Eneffet, les concentrations minimale et maximaledes matieres en suspension ont varie de 1,0 a 33,0

mg m.s. I'1 a la sortie du bioreacteur alorsqu'elles 6taient de 2,0 a 30,0 mg m.s. I'1 dansl'affluent. La taille des floes de Phormidium estpassee de 0,5 mm au debut de l'experimentation aune taille maximale d'environ 2,0 mm a la fin dela periode experimentale. II n'a done pas etenecessaire de broyer les floes, pour activer lacroissance de Phormidium, ceux-ci n'ayant pasatteint la taille maximale (7-10 mm) observed enlaboratoire. La vitesse de d^cantation dePhormidium, mesuree dans un cylindre gradued'un litre, a e'te' rapide et relativement constantedurant toute l'expe'rimentation. Des vitesses dedScantation de l'ordre de 10 a 14 cm min *x ont et6mesurSes, ce qui correspond aux valeursobtenues en laboratoire par Talbot et de la Noiie(11).

Efficacite epuratoire

La concentration en azote inorganique total(NH4

+ + N(V + NO3-= Ni), mesuree dansl'affluent et l'effluent du bioreacteur a biomassecyanobacterienne, apparait a la Figure 5.L'efficacite d'enlevement de l'azote inorganiquea ete maximale lors de l'accroissement rapidede la biomasse de Phormidium, soit du 5ifeme au35ifeme j o u r ( v o j r Figure 4). Des efficacitesd'enlevement variant entre 70 et 83% ont eteobservees pour cette periode. Ainsi, laconcentration en Nj a pu etre abaissee d'environ10 mgl'1 , passant en moyenne de 13mgl'x dansl'affluent a environ 3 mg 1'1 dans l'effluenttertiaire. La presque totalite de l'azoteinorganique enleve l'a ete sous forme NH3 (voir

Figure 5.

20

16

S. 1 2

Z~

0

juin 1 juillet

*n1 J?1ft\1f\

• - ^

3

\ .

\

1c

/7y/

>.-

\\

13Vy/1 1/ 1 /I | i

A

/

7

nAF\\\

¥ ^

r

w

aout

A i ^SzJv

\ ~

ait

hir

sept.

ipn

nrni enl•fpn P

0 15 30 75 9045 60Temps (d)

Evolution de la concentration en azote inorganique mesuree dans l'affluent et dansl'effluent du bioreacteur.

454

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

Figure 3A). Par contre, 1'efficacitS depuration(N{) a fortement dScru avec le plafonnement dela culture survenu vers le 35ifeme jour. Cettebaisse de performance correspond e^galement auchangement de forme d'azote inorganique dansl'affluent. En effet, tel que montre a la Figure 3,a partir du 35 l6me jour, les formes nitreuse etnitrique (NO2* + NO3') deviennent les formespredominates de l'azote disponible, audetriment de l'azote ammoniacal.

Ceci dit, on observe a nouveau unenlevement d'azote inorganique, cette fois sousforme oxyde'es, a partir du 50Ifeme jour, au momentou la teneur en azote ammoniacal de l'affluenttombe a zero. En effet, il est connu (21, 22) queles microalgues et les cyanobacteries, enpresence d'une solution mixte d'ammonium et denitrate, assimilent celui-ci une fois seulementl'azote ammoniacal e'limine. L'assimilation dunitrate necessite une depense energetique de lapart des cellules, qui doivent reduireenzymatiquement le NO3* en NH4+.

Dans des cultures de phytoplancton,l'enlevement de l'azote inorganique s'effectuepar assimilation des nutriments (NH4

+, NO2',NO3") et par strippage de l'ammoniac a pH eleve.Le pH a certainement joue un role significatifdans l'elimination de l'ammoniac parentralnement gazeux ("stripping") lors de laphase de croissance de Phormidium, soit durantles 30 premiers jours. En effet, le pH del'affluent a augmente de 2,0 unites, i.e. de 6,8 a8,8 en moyenne, lors de son passage dans lebiorSacteur. Cet accroissement est attribuable al'activite photosynthetique de Phormidium. liltant

donne que les echantillonnages ont 6t6 effectuesen matinee (lOhOO), il est tres probable que le pHmaximal atteint dans le biore'acteur s'est situeentre 10 et 11 vers la fin de l'apres-midi, tel quenote precedemment avec des cultures deScenedesmus (chlorophycee) produite sur lememe effluent (20).

Le degazage est fonction du pH et de latemperature ainsi que du temps de retention et dutaux d'aeration de la culture. En se basant sur letaux de croissance de Phormidium et sur lateneur en azote de sa biomasse (8,6%, sur baseseche), on peut estimer qu'entre le cinquieme etle 35ifeme jour, 38% de l'azote inorganique ont etereellement assimiles, le reste (environ 62%)ayant done disparu par degazage, ce quicorrespond aux valeurs retrouvees dans lalitterature. Talbot et de la Noiie (13) ont trouve,lors d'essais en laboratoire sur Phormidium,que de 38 a 100% de l'azote ammoniacal pouvaitetre enleve par degazage. Serodes et Waligora(23) ont, quant a eux, estime a 20% seulementl'azote ammoniacal elimine par entralnementgazeux, lors du traitement d'un effluentdomestique avec un melange de Phormidium IHormidium. Dans ce cas, le pH maximalenregistre n'a ete que de 8,4. Toutefois, dans lecas d'experience specifique sur l'importance dudegazage, Sylvestre (24) a estime a environ 60%la proportion d'azote enleve par ce mecanisme.

Les resultats relatifs au phosphoreinorganique (P-PO4

3') apparaissent a la Figure 6.Comme dans le cas de l'azote inorganique,l'efficacite d'enlevement du phosphoreinorganique a ete maximale durant la periode

2,5

2,0

T 1 5

(SX)

S

0,5

0,0

juin 1 juiDet

•n ujjEl a D

1 \Arl Y

" 1 r

w1

f

\ /

tI/

I

aout

1 JA i« V

VAv /

\

sept.

affz

pffl

iore

j e n

ipnt

icte ur

0 15 75 9030 45 60Temps (d)

Figure 6. Evolution de la concentration en P-PO43- mesuree dans l'affluent et dans l'effluent du

bioreacteur.

455

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

active de croissance cyanobacterienne et s'estrevelee faible apres l'atteinte de laconcentration maximale en biomasse (T=35jours). De 30 a 80% du phosphate de l'affluent ontete enleves lors du traitement, passant de 1,8 mgP-PO4

3-1'1 a 0,5 mg P-PC^3" I'1. L'enlevement duphosphore est du a deux phenomenes, soitl'assimilation biologique et la precipitationchimique a pH 61eve. La teneur en phosphore totalmesuree dans les biomasses de Phormidiums'etablit a 1,1% sur une base seche, ce qui permetd'estimer, a partir de la productivity de P.bohneri (jours 5 a 35), l'assimilation duphosphore a environ 43%. L'elimination duphosphore lors de la culture de Phormidiumrepose a 57% sur la precipitation chimique, le pHeleve menant notamment a la formationd'hydroxyapatite. Ces rSsultats rejoignent ceuxobtenus par Doran et Boyle (25) qui ont estime laprecipitation du phosphore a 90%, avec descultures activees de Chlorella.

D'autre part, le pourcentage de l'azote et duphosphore inorganiques non enleve par effetphysico-chimique, notamment par strippage del'azote ammoniacal et par precipitation del'orthophosphate, est attribue a Phormidium etnon pas a la microflore presente dans l'affluent.En effet, des cultures de Phormidium compareesa des cultures-temoin (i.e. effluent secondaireseul, sans ajout de Phormidium), effectuees enmode vrac et continu ont permis de demontrerque revolution des parametres physico-chimiques (augmentation du pH et des MeS etreduction de Nj et Pj) est attribuable a l'action dePhormidium (concentration initiale 50 mg m.s.I'1) et non pas due aux microorganismes (MeS: 2-9 mg m.s. I'1) (r^sultats non publics). L'effluentdomestique utilise est un effluent secondairedecante dont la DCO et la DBO5 sont faibles(effluent stabilise).

Les vitesses d'enlevement de l'azote (NH4+,N<V, NO3 ') et du phosphore (P-PO4-3)inorganiques obtenues avec Phormidium serevelent a prime abord superieures a cellesrapport6es pre'cedemment pour Scenedesmusobliquus (20), cultivee sur le meme effluentsecondaire (epuration 95% N;; 5 jours). Parcontre, la biomasse de Scenedesmus maintenueen culture etait deux a trois fois inferieure acelle de P. bohneri, ce qui fait que, sur une baseponderale, l'efficacite epuratoire estcomparable pour les deux especes.

A partir des resultats d'enlevement del'azote et du phosphore inorganiques par P.bohneri, on peut deduire qu'il est preferable demaintenir la culture de Phormidium dans un etat

de croissance maximale, par un soutiragecontinuel ou periodique de la biomasseexcedentaire, plutot que de chercher a maintenirune biomasse maximale. A tres forteconcentration, Phormidium est sans douteconfronted a des conditions de culturedefavorables (ex. auto-ombrage), amplifiees lanuit par l'absence de lumiere et par une teneurrSduite du milieu en oxygene. Ceci va quelque peua l'encontre des resultats obtenus avec descultures hyperconcentrees {Scenedesmus), aussiqualifiers de systeme "d'algues activees" (26) etqui possede un potentiel Sieve1 pour l'enlevementde l'azote et du phosphore inorganiques, lesquelspeuvent etre e'limine's en moins d'une heure (14,19).

Composition de P. bohneri

Les utilisations potentielles desmicroalgues et des cyanobacteries sont varies,notamment comme aliment (prot6ines,pigments, ...), source energelique et produits dechimie fine (10). Les resultats obtenues sur lacomposition de P. bohneri cultivee sur l'effluentsecondaire montrent une teneur en protSinesbrutes de 53,5% (base seche). Cette teneurapparait relativement SlevSe, comparee a cellemesuree sur des biomasses de Phormidiumproduites sur milieu synthetique (42,9%) et acelles de la microalgue Scenedesmus obliquus(38,6%) produite sur l'effluent domestiquesecondaire de Valcartier (20) et deStegeoclonium (42%) produite sur effluent defosse septique (21). D'autres analyses, portantnotamment sur les acides amines et les acidesgras, devront etre re'alise'es afin d'etablir lavaleur nutritive potentielle des biomasses dePhormidium.

CONCLUSION

L'utilisation de Phormidium bohneri a desfins de traitement tertiaire d'effluentdomestique ouvre une voie originale. En effet, depar sa propension a decanter rapidement, cettecyanobacterie benthique offre une solutioninteressante au probleme de la recolte desmicroalgues qui constitue une etape couteuse etcomplexe de la biotechnologie solaire. Lesresultats de croissance et d'efficacited'epuration obtenus lors de cette experiencedemontrent la possibilite de traiter efficacementun effluent domestique secondaire. Une foisoptimise, ce procede devrait se compareravantageusement a d'autres procedes biologiques

456

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

de t rai tement ter t iaire des eaux usees ...) et, notamment, en fonction de la compositiondomestiques, tels que la nitrification/ en nutriments de l'effluent a traiter.denitrification et la dephosphatation biologique.La commerc ia l i sa t ion eventuel le de REMERCIEMENTSPhormidium cultive'e sur effluents domestiquesdevra etre prece'de'e d'une 6tude exhaustive sur la Les auteurs remercient la direction et lescomposition biochimique et chimique des employes de l'usine de traitement des eaux us6ebiomasses et sur la recherche d'organismes de la Base militaire de Valcartier pour leurpathogenes et de substances toxiques (27). La collaboration et Mme Renee Paradis pour sonConstance de la composition biochimique des assistance technique. Le support financier a it6biomasses devra etre evaluee en fonction des procure par le CRSNG (Strategique) et le Fondsconditions de production (lumiere, temperature, FCAR (fiquipe) qui sont ici remercies.

RÉFÉRENCES

1. Guterstam B. and Todd J., Ecological engineering for wastewater treatment and its application inNew England and Sweden. Ambio, 19, 173-175 (1990).

2. Etnier C. and Guterstam B. (eds), Ecological engineering for wastewater treatment. In:Proceedings of the International Conference at Stensund Folk College, Bokskogen, Gothenburg,Sweden, 365 p. (1991).

3. Oswald W.J., Micro-algae and waste-water treatment. In: Micro-Algal Biotechnology.Borowitzka M.A. and Borowitzka L.J. (eds), University Press, Cambridge, pp. 357-328 (1988).

4. Oswald W.J., Large-scale culture systems (engineering aspects). In: Micro-AlgalBiotechnology, Borowitzka M.A. and Borowitzka L.J. (eds), University Press, Cambridge, pp.357-394 (1988).

5. Richmond A. (ed.), Algal Mass Culture. CRC Press, Boca Raton, Fla. (1986).6. Rai L.C., Gaur J.P. and Kumar H.D., Phycology and heavy metal pollution. Biol. Rev., 56, 99-151

(1981).7. Redalje D.G., Duerr E.O., de la Noüe J., Mayzaud P., Nonomura A.M. and Cassin R.C., Algae as

ideal waste removers: biochemical pathways. In: Biotreatment of Agricultural Wastewater,Huntley M.E. (ed.), CRC Press, Boca Raton, Fla, pp. 91-110 (1989).

8. Benemann J.R., The future of microalgal biotechnology. In: Algal and CyanobacterialBiotechnology, Cresswell R.C., Rees T. and Shah N. (eds), Longman Scientific and Technical, pp.317-337 (1989).

9. Beneman J.R., Koopman B., Weissman J., Eisenberg D. and Goebel R., Development ofmicroalgae harvesting and high-rate pond technology in California. In: Algae Biomass, Shelef G.and Soeder C.J. (eds), Elsevier/North-Holland Biomedical Press, Amsterdam (1980).

10. de la Noüe J. and De Pauw N., The potential of microalgal biotechnology: a review of productionand uses of microalgae. Biotechnol. Adv.,6, 725-770 (1988).

11. Talbot P. and de la Noiie J., Evaluation of Phormidium bohneri for solar biotechnology. In: Algalbiotechnology. Stadler T., Mollion J., Verdus M.C., Karamanos Y., Morvan H. and Christaen D.(eds), Elsevier, London, pp. 403-411 (1988).

12. Talbot P., Thébault J.-M., Dauta A. and de la Noiie J., A comparative study and mathematicalmodeling of temperature, light and growth of three microalgae potentially useful for wastewatertreatment. Water Res., 25, 465-472 (1991).

13. Talbot P. and de la Noiie J., Tertiary treatment of wastewater with Phormidium bohneri(Schmidle) under various light and temperature compositions. Water Res., 27, 153-159 (1993).

14. de la Noiie J. and Proulx D., Biological tertiary treatment of urban wastewater with chitosan-immobilized Phormidium. Appl. Microbiol. Biotechnol., 29, 292-297 (1988).

15. Dauta A., Conditions de développement du phytoplancton. Etude comparative du comportement dehuit espèces en culture. I. Détermination des paramètres de croissance en fonction de la lumièreand de la temperature. Annls Limnol., 18, 217-262 (1982).

16. APHA, AWWA and WPCF, Standard methods for the examination of water and wastewater.17ième édition. American Public Health Association, Washington DC (1989).

457

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014

17. Lees R., Food Analysis: Analytical and Quality Control Methods for the Foods Manufacturer andBuyer. 3 rd Edition, London, Leonard Hill book (1975).

18. Goldman J., Physiological aspects in algal mass cultures. In: Algae Biomass, Shelef G. andSoeder C.J. (eds), Elsevier/North-Holland Biomedical Press, Amsterdam, pp. 343-359 (1980).

19. Lavoie A. and de la Noüe J., Hyperconcentrated cultures of Scenedesmus obliquus. A newapproach for wastewater biological tertiary treatment? Water Res., 19, 1437-1442 (1985).

20. de la Noiie J., Thellen C. and Van Coillie R., Traitements tertiaires d'eaux usées municipalespar production de biomasses d'algues. Rapport de Recherche (Contrat: 34SZ. 01332-2-0007),Agriculture Canada, 165 p. (1983).

21. Wood A., Scheepers J. and Hills M., Combined artificial wetland and high rate algal pond forwastewater treatment and protein production. Wat. Sci. Tech., 21, 659-668 (1989).

22. Kerby N.W., Rowell P. and Stewart W.D.P., The transport, assimilation and production ofnitrogenous compounds by cyanobacteria. In: Algal and Cyanobacterial Biotechnology. CresswellR.C., Rees T.A.V. and Shah N. (eds), Longman Scientific & Technical, New York, pp. 50-90(1989).

23. Sérodes J.-B. and Waligora J.J., Traitement tertiaire des eaux usees domestiques parmicroalgues. In: Comptes-Rendus 9e Symposium sur le Traitement des Eaux Usées au Canada, 11-12 novembre 1986, Montreal, pp. 237-249 (1986).

24. Sylvestre S., Enlèvement de l'azote and du phosphore par une culture de cyanobactérie sousconditions naturelles. Mémoire de maîtrise, Département de Génie civil, Université Laval, (encours).

25. Doran M.D. and Boyle W.C., Phosphorus removal by activated algae. Water Res., 13, 805-812(1979).

26. McKinney R.E., McGriff E.C., Sherwood R.J., Wahbeh N.V. and Newport D.W., Ahead: Activatedalgae? Water Wastes Eng., 8, 51-52 (1971).

27. de la Noiie J., Proulx D., Guay R., Pouliot Y. and Turcotte J., Algal biomass production fromwastewaters and swine manure: nutritional and safety aspects. In: Proceedings of theInternational Symposium "Microbial Biomass Protein (MBP): Nutritional, Safety and EconomicAspects", held at the University of Waterloo, Ontario, June 18-20, 1985. Moo Young M. (ed.),Elsevier Applied Science, New York, pp. 141-165 (1986).

458

Dow

nloa

ded

by [

The

Aga

Kha

n U

nive

rsity

] at

17:

51 1

6 O

ctob

er 2

014