Étude des procédés biologiques d’élimination d’azote appliqués à la phase liquide du lisier de porcs après séparation en bâtiment | Biological nitrogen removal processes applied to swine manure liquid phases after in-barn separation

French. La séparation de phase du lisier porcin en bâtiment permet d’exporter hors du plan d’épandage le phosphore excrété dans la phase solide et de valoriser la fraction organique sous forme de biogaz par digestion anaérobie. La valorisation par épandage de la phase liquide, chargée en azote ammoniacal, est limitée par la réglementation. Il est donc parfois nécessaire de réduire les concentrations en azote de cet effluent grâce à des procédés biologiques. Dans un premier temps, la caractérisation de cette phase liquide réalisée sur plusieurs élevages au cours de ce travail a mis en évidence des concentrations en sels importantes mais aussi des concentrations en matière organique élevées. De fortes variabilités inter-élevage et intra-élevage ont pu être observées. Par la suite, les travaux de modélisation effectués se sont appuyés sur le modèle PiwaT1 (Béline et al., 2007) modifié pour prendre en compte le pH. Les simulations numériques ont permis de montrer la faisabilité et l’intérêt du procédé de shunt des nitrates pour traiter les effluents avec un ratio DCO/N supérieur à 2. Pour les effluents à faible ratio DCO/N, le procédé de Nitritation Partielle–Anammox (PNA) apparaît comme une alternative intéressante. Les travaux expérimentaux réalisés au cours de cette thèse ont ainsi montré la faisabilité du traitement de cette phase liquide par le procédé PNA. Toutefois, les performances observées avec cette phase liquide mettent en évidence une baisse significative des performances du procédé Anammox par rapport à des effluents synthétiques. D’après les observations réalisées, les chutes de performances semblent être multifactorielles. La salinité composée d’un cocktail d’ions et les concentrations en matière organique couplées à un ratio « cations monovalents »/ « cations divalents » élevé ont été identifiés comme les principaux paramètres impactant l’activité des bactéries Anammox ; sans qu’il soit toutefois possible de les identifier spécifiquement et quantitativement.

English. In-barn swine manure separation enables to export the phosphorus contained in the solid phase out of the spreading plan. It also allows recycling the organic fraction through biogas production thanks to anaerobic digestion. The landspreading of the liquid phase, containing most of the ammoniacal nitrogen, is limited by the legislation. Therefore, biological nitrogen removal processes may be needed to reduce the nitrogen content of this effluent. First, the characterisation of this liquid phase performed on multiple farms brought out high salt and organic matter concentrations. High inter and intra-farm variabilities were noticed. Then, modelling studies were carried out with a model based on the PiWaT1 model (Béline et al., 2007) and modified to take the pH into account. The simulations demonstrated the feasibility and benefits of the nitrite shunt process to treat effluents with COD to N ratios higher than 2. For low COD to N ratio effluents, the Partial Nitritation-Anammox (PNA) process seems to be an interesting alternative. The experimentations conducted in this thesis demonstrated the feasibility of the treatment of this liquid phase through the PNA process. However, the Anammox process performances are significantly reduced with this effluent compared to the ones obtained with synthetic influents. From the findings in this thesis, the decrease of the process performances appears to be multifactorial. The salinity from a mixture of ions and the organic matter concentrations coupled with a high divalent to monovalent cations ratio were identified as the prominent factors affecting the Anammox bacteria activity ; without being able to specifically identify or quantify them.