Caractérisation de la fraction métallique labile dans des matrices complexes contenant des microbes

Discipline

Eau, sol, environnement

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Dgt, Métal labile, Digestion anaérobie

Mots-clés

Éléments traces,

Engrais organiques,

Sols -- Pollution

Les éléments traces (TE) sont nécessaires à la digestion anaérobie car plusieurs d'entre eux jouent un rôle essentiel dans les voies métaboliques des micro-organismes. Cependant, leur concentration peut également avoir des effets inhibiteurs ou toxiques. Le digestat, un sous-produit de la digestion anaérobie, peut être utilisé comme engrais, mais la présence d'TE pourrait en limiter l'utilisation en raison d'une contamination potentielle du sol et des cultures. Ces TE peuvent être présents sous différentes formes chimiques et seule la fraction biodisponible est responsable de la réponse biologique. La technique de gradients de diffusion en couches minces (DGT) est une méthode d'échantillonnage passif qui permet de quantifier la fraction labile, pouvant être reliée à la fraction biodisponible. Son application aux digestats anaérobies pourrait s’avérer pertinente mais la méthodologie doit être soigneusement adaptée. Les principaux objectifs de cette recherche étaient d'analyser l'impact de la présence d'un TE sur le fonctionnement d'un réacteur anaérobie et d'évaluer la faisabilité de l'utilisation de la technique DGT dans le contexte de la digestion anaérobie : dans les digestats et directement à l'intérieur d'un bioréacteur. L'effet de l'ajout continu de différentes concentrations de cobalt (Co) dans un réacteur à lit de boues anaérobies ascendant (UASB) a été étudié. Les performances de l'UASB ont été suivies à trois positions différentes le long du réacteur : boues de fond, boue de surface et zone liquide. Les concentrations en Co des fractions solides (granules), liquide soluble et substances polymériques extracellulaires (EPS) ont été mesurées. La production de biogaz a été affectée positivement pour des doses de Co < à 50 µM et négativement pour des doses > à 100 µM. Une diminution générale des EPS a été observée en raison de la dose de Co, ce qui a compromis la stabilité des granules. Aucune différence significative n'a été observée dans le profil de Co en fonction de la profondeur dans le réacteur pour les fractions solide et liquide soluble. La concentration en Co particulaire était environ 1000 fois plus élevée que les concentrations solubles, indiquant une forte accumulation de Co dans les granules. Cependant, le Co accumulé s'est avéré être sous des formes inertes. Des dispositifs DGT de type Chelex, Zirconium et Thiol ont été déployés dans deux digestats différents pour évaluer l'applicabilité de la technique. Des déploiements de durées variables ont été réalisés en présence et en absence d'air afin de déterminer si le maintien de conditions anaérobies était nécessaire. Le profil d'accumulation linéaire théoriquement attendu n'a été observé que pour certains TE (Fe, Mn, Ni ou As(III)), selon le digestat, tandis que d'autres éléments ont été détectés sans tendance cohérente (Al, As et Cu). La fraction labile de Co, Cu, Fe et Mn a montré des variations sur une période de 72 h lorsque les déploiements ont eu lieu en présence d'air. Des dispositifs DGT ont été déployés à l'intérieur de l'UASB supplémenté en Co pour évaluer la faisabilité de l'utilisation des DGT directement à l'intérieur d'un réacteur. Problèmes de reproductibilité et une accumulation de biogaz à l'intérieur des DGT ont été observée, ce qui a invalidé leur utilisation. Différentes configurations de déploiement ont été évaluées pour limiter ce phénomène. Un déploiement considéré valide a été obtenu pour un flux perpendiculaire pendant une durée maximale de 4 h dans la zone liquide et de 8 h dans les boues. La DGT semble donc applicable pour évaluer la fraction labile de certains TE dans les digestats, mais nécessite une vérification minutieuse. Il est recommandé d'effectuer des déploiements de durées variables pour identifier uniquement les TE présentant une accumulation linéaire. Les conditions anaérobies doivent être maintenues pendant le déploiement. Le déploiement direct des DGT dans un UASB a induit des problèmes qui doivent encore être résolus.