Volume 3, numéro 3, 1990

FR :

Les procédés d'épuration biologique à culture libre (boues activées) comprennent habituellement un décanteur qui permet de concentrer les solides biologiques en vue de leur recirculation en tête du réacteur biologique. Lorsque ce décanteur fonctionne mal on observe une perte de solides biologiques (SB), ce qui se traduit par une augmentation de la concentration des matières en suspension (MES) dans l'effluent du décanteur secondaire et par une baisse des performances du procédé d'épuration. Lorsque la concentration de MES dans l'effluent du décanteur secondaire est trop élevée on mesure l'indice de volume des boues (IVB). Un IVB faible indique que les solides biologiques ont de bonnes caractéristiques de décantation de sorte que la cause de la mauvaise efficacité du décanteur est d'ordre physique et peut être identifiée facilement. Lorsque l'IVB est élevé, la mauvaise décantation est alors causée par un désordre de l'écosystème qui se traduit le plus souvent par une croissance excessive d'organismes filamenteux. Les causes et les solutions d'un tel problème sont alors difficiles à identifier. Pour ce travail, les auteurs ont réalisé une importante revue bibliographique dont les résultats sont présentés sous la forme d'un cheminement critique (fig. 1). Dans cette figure, les cases numérotées de 1 à 48 sont liées par des énoncés logiques. Ainsi, en répondant à des questions simples, il est possible de cheminer dans la figure 1 et d'identifier les causes les plus probables du déséquilibre microbiologique ainsi que les solutions qui ont déjà été apportées avec succès. De plus les auteurs ont associé à chaque case une fiche technique (portant le même numéro que la case) sur laquelle sont présentées des explications et la liste des références consultées.

EN :

Activated sludge is a microbiological aerated sewage treatment process which includes a secondary clarifier to separate the treated effluent from the biological solids. Part of the concentrated solids is recirculated to maintain an adequate concentration of mixed liquor suspended solids (MLSS) In the aerated basin. When the secondary clarifier malfunctions, some biological solids are lost to the effluent : the process efficiency drops and the concentration of suspended solids (SS) increases. When the SS in the effluent is too high the sludge volume index (SVI) must be measured. A low SVI means that the biological solids have good sedimentation characteristics : the problem is thon physical in nature and is easily identified. When the SVI is high, the problem is due to a disturbance of the microbiological ecosystem, which is at the origin of excessive filamentous organism growth. The origins and solutions of such a problem are much harder to find. To this end the authors proceeded with an important review of the literature, the results of which are summarized through a critical path, in figure 1. Files from 1 to 48 are linked by logical statements in such a way that by answering simple questions, one can proceed through the files and identify the must probable cause of the biological disturbance as well as the solution which has already proven successful. Furthermore, the authors have linked each file to a technical file which bears the same number and on which an explanation and references are found.

Before proceeding with figure 1 to identify a problem in real life, one must obtain information, resulting from an analysis and observations, with regard to plant effluent, primary clarifier effluent and activated sludge characteristics, including the MLSS concentration. One must also know the chemical oxygen demand (COD), the soluble and total biochemical oxygen demand (BOD₅), as well as the nitrogen and phosphorus concentrations in the plant influent. Furthermore, one must also be told of the presence of toxic material or industrial wastes in the sewage and of the fraction of pollution load which is in the form of particulates. Whether sudden changes in the quality of the plant influent have occurred is worth knowing. The concentration of oxygen or hydrogen sulfide in the primary clarifier is also important. One must also gather data related to the activated sludge treatment itself : type of reactor (completely mixed or plug flow), mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS) concentration, dissolved oxygen concentration, rate of oxygen uptake and pH. Finally, the results of a microbiological analysis of the sludge are very useful.

To illustrate the use of figure 1, let us say that we have the following data :

a) Many filamentous microorganisms are present in the MLSS, in particular Microthrix parvicella, type 0092, and Thiothrix sp;

b) The rate of dissolved oxygen uptake is 12 mg O₂/g of SS - h;

c) The rate of COD removal is 0,48 K_g/K_g of SS -d;

d) There are no toxic substances in the plant influent;

e) There are no abrupt changes in plant influent quality;

f) The pHs of the plant influent and of the MLSS are 7,0 and 6,8 respectively;

g) The ammonia nitrogen concentration of the plant influent is 1,2 mg/L (N);

h) The phosphorus concentration of the plant influent is 4,4 mg/L (P);

i) The total and soluble BOD₅ concentrations of the plant influent are 400 and 80 mg/L respectively.

With this information, we are ready to proceed through figure 1. From file one, one goes to file 2, since the rate of oxygen uptake is sufficient. Otherwise, we would have proceeded to file 32. The reactor being completely mixed, the next step is file 3, where it is said that, because of the low soluble BOD₅ concentration one must go to file 9, where we find a fast of filamentous microarganisms which may be responsible for the disturbance. Since two of these microorganisms are effectively present in the mixed liquor suspended solids (MLSS), Microthrox parvicella and type 0092, we are invited to go to file 35, where it is stated that someone has already solved a similar problem by creating a modified contact zone to increase the substrats (organic matter) concentration around the microbiological flocs. The third filamentous microorganism is not identified in file 9. As a second possibility one may assume, in file 2. That the mixing is not complete, which is often the case. With the help of information and results of analyses already available, we proceed, through file 4, 14, 15 and 16, to file 20 where Thiothrix sp is included in the microorganisms listed. File 20 is linked to file 41, where it is said that the controlled addition of nitrogen in the plant influent has already been used to solve this type of problem.

The critical path presented in this article is the result of an elaborate study. It may be used as a tool to identify the causes of bad biological flocs sedimentation in the secondary clarifier and select solutions that have already been used successfully.

FR :

Les valeurs du produit de solubilité de la calcite et des constantes de dissociation de CaHCO₃⁺ et CaCO₃⁰, notées K₃ et K₄, ont été déterminées à différentes températures comprises entre 5 et 75 °C (la calcite est instable aux températures plus élevées) à partir des mesures [(Ca²⁺)_T, pH] de solubilité de ce sel dans l'eau carboniquement pure. Les résultats obtenus ont permis d'établir les relations empiriques suivantes :

pK_s= 7,8156 + 0,03111 T + (1 502/T) - 5,518 log T

pK₃= 6,2447 + 0,00437 T + (864,479/T) - 0,363 log T

pK₄= 2,89636 + 0,00707 T + (102,87/T) - 0,44176 log T

expressions dans lesquelles T désigne la température absolue (K) et log le logarithme décimal.Des variations de pK_S avec la température nous avons déduit, à 25 °C, les grandeurs thermodynamiques relatives à la dissolution de la calcite :

∆H⁰ = -2510 cal. mol^-1, ∆S⁰ = -47,2 cal. mol^-1. K^-1

et ∆C^∘_p = -73,9 cal. mol^-1. K^-1

EN :

The values of the solubility product of calcite and dissociation constants of CaHCO₃⁺ and CaCO₃⁰, K₃ and K₄ respectively, were determined at several temperatures between 5 and 75 °C (calcite becomes unstable at higher temperatures) from measurements [(Ca²⁺)_T, pH] of calcite solubility using carbonically pure water. The results obtained lead to the following empirical expressions for the dependence of equilibrium constants on the temperature :

pK_s= 7,8156 + 0,03111 T + (1 502/T) - 5,518 log T

pK₃= 6,2447 + 0,00437 T + (864,479/T) - 0,363 log T

pK₄= 2,89636 + 0,00707 T + (102,87/T) - 0,44176 log T

where log T is the common logarithm of the absolute temperature T(K).Using this expression of pK_S, the calculated thermodynamic properties of the calcite dissolution reaction at 25 °C are :

∆H⁰ = -2510 cal. mol^-1, ∆S⁰ = -47,2 cal. mol^-1. K^-1

et ∆C^∘_p = -73,9 cal. mol^-1. K^-1

FR :

Nous avons réalisé, pour de faibles concentrations, l'étude de l'adsoprtion d'un pesticide le pentachlorophénol, sur plusieurs matériaux adsorbants : le charbon actif, la kaolinite et la bentone. Les résultats montrent que l'adsorption du pentachlorophénol sur la kaolinite reste négligeable tandis que la bentone SD-3 (argile traitée) permet d'obtenir des résultats intéressants avec toutefois une capacité maximale d'adsorption 10 à 100 fois plus faible que celle du charbon actif. Le charbon actif reste le meilleur matériau adsorbant pour le pentachlorophénol. La solubilité de ce composé étant très variable en fonction du pH du milieu on constate que l'adsorption du pentachlorophénol-pentachlorophénate (5 mg.l^-1) diminue pour des valeurs de pH supérieures au pKa du couple acide-base que nous avons déterminé expérimentalement, égal à 5,9 ± 0,1. L'adsorption du pentachlorophénol n'est pas affectée par la présence d'acides humiques (obtenus à partir de substances commerciales) utilisés comme coadsorbats (10 mg.l^-1) alors que les acides fulviques (20 mg.l^-1) extraits de sols semblent provoquer une promotion de l'adsorption. On observe d'autre part que le pentachlorophénol n'affecte pas l'adsorption des acides humiques mais augmente légèrement celle des acides fulviques. Ces remarques suggèrent la possible formation d'un complexe acides fulviques-pentachlorophénol. Lorsqu'on utilise le lindane, pesticide hydrophobe comme coadsorbat (165 mg.l^-1), on observe encore d'une façon systématique pour tous les nombreux essais une légère promotion de l'adsorption.

EN :

Adsorption studies for the removal of the pesticide pentachlorophenol found in a number of water supplies (BELAMIE and GIROUD, 1986) were carried out using various materials including kaolinite, bentone SD-3 and powdered activated carbon (WEBER and GOULD, 1966; WEBER and JODELHAH, 1985). It was found that adsorption on kaolinite was negligible, whereas bentone SD-3 presented and adsorption efficiency from 10 to 100-fold less than equivalent quantities of powdered activated carbon (LOTSE et al., 1968; SHAROM et al., 1980). The effect of the pH on the removal of pentachlorophenol by activated carbon was studied. The removal efficiency of pentachlorophenol by activated carbon is better in acidic media. A clear dependence of adsorption on the pH appeared to be the result of a marked variation of the pesticide solubility as a function of the pH (fig. 3). Adsorption of pentachlorophenol/phenate (5mg.l^-1) diminishes markedly at pH values above the pKa of this weak acid (that we found equal to 5,9 ± 0,1) when the pentachlorophenol exists almost entirely in ionic form in aqueous solution, and is enhanced at low pH when the percentage of molecular species (whose concentration can be determined from pKa value) becomes significant (WARD and GETZEN, 1970). These remarks and the adsorptive capacities (163 mg.g^-1= 0,6 mmol.g^-1 at pH = 5,2 and 79 mg.g^-1 0,3 mmol.g^-1 at pH =12,7), suggest a П-П interaction between pentachlorophenol and activated carbon which seems to be confirmed by the results with bentone SD-3 (tables 1 to 4), and the values of the electrokinetic potential of these materials. This study emphasizes the effect of organic coadsorbates (e.g., dissolved humic substances and the pesticide lindane) on the adsorption capacity of activated carbon for pentachlorophenol. Two different natural organic matters were studied as coadsorbates : purified humic acids from a commercial source (at 10 mg.l^-1) and fulvic acids extracted from a top soil horizon (et 20 mg.l^-1) (SCHNITZER and SKINNER, 1963; THURMAN and MALCOLM, 1981). Pentachlorophenol adsorption was not affected by humic acids, whereas an increase of adsorption seemed to be observed in the presence of fulvic acids (fig. 6). Pentachlorophenol does not affect the adsorption of humic acids, but improves slightly the removal of fulvic acids. This suggests an association between the two kinds of organic compounds (WERSNAW et al., 1969; KHAN, 1972; OGNER and SCHNITZER, 1970), the resulting « complex », fulvic acids/pentachlorophenol, being more adsorbed than the compounds themselves. The coadsorbate lindane (0,65 mg.l^-1) which is easily adsorbed by activated carton (GOMELLA and BELLE, 1975...) seemed also to Improve slightly the removal efficiency of pentachlorophenol by activated carton (fig. 7).

FR :

L'effluent de fabrication à partir de bois de résineux d'une Pâte Chimico-Thermo-Mécanique (CTMP) contenant des dérivés soufrés organiques et des sulfates, est très difficilement épuré par voie anaérobie. La présente étude montre qu'il est indispensable d'acclimater la biomasse à de fortes concentrations en soufre dans l'effluent. Ceci est réalisé en alimentant un réacteur à biomasse fixée (pilote de laboratoire), en fonctionnement continu, par des mélanges d'un effluent de distillerie et de l'effluent CTMP, dans lesquels la proportion du second est augmentée par paliers successifs jusqu'à 100 %.

On peut alors finalement obtenir une épuration convenable de l'effluent CTMP à des teneurs en soufre jusqu'à 500 mg/l (pourvu que le rapport DCO/S soit supérieur à 10 environ).

EN :

Anaerobic treatment of wastewater from chemico-thermomechanical pulping (CTMP) of softwoods was inhibited by sulphur containing compounds. Distillery skips are characterized by a high sulphur content and a more appropriate COD/sulphur ratio than CTMP wastewater. Using CTMP wastewater together with distiliery stops during initial starting up resulted in successful acclimatation of microorganisms to significant sulphate contents.

Provided the COD/Sulphur was aboue 10 reasonably good treatment efficiency was obtained with CTMP wastewater containing to 500 mg total sulphur per liter.

FR :

La température dans un lit bactérien a une influence prépondérante sur les réactions biologiques qui s'y déroulent.

Le modèle développé ici présente une formulation qui permet de calculer un profil de température, et donc une température moyenne de l'eau à l'intérieur du lit bactérien, à partir des grandeurs suivantes : débit et température d'entrée du liquide, température et humidité de l'air extérieur et caractéristiques d'échange thermique de la tour. De plus, il permet d'appréhender la circulation de l'air induite par tirage naturel dans la tour, moyennant la connaissance des coefficients de pertes de charge associés au garnissage utilisé, ainsi qu'aux ouïes d'aération.

En sus de la formulation du modèle, les tout premiers résultats d'ajustement du modèle obtenus sur installations pilotes sont présentés. Le développement de la méthode devrait permettre d'optimiser la température de fonctionnement du lit tout en garantissant une circulation suffisante de l'air dans l'appareil.

EN :

The temperature is one of the main parameters governing the biological reactions in a trickling filter.

The present model proposes a set of equations applicable for the determination of a temperature profile, and therefore of an average temperature, inside the trickling filter, when the flowrate and the temperature at entry of the liquid, the ambient air conditions (temperature and humidity) and the thermal exchange coefficients of the tower are known. Moreover, the airflow induced by natural draft is also computed when the head loss coefficients in the media and at entry are known.

Beside this formulation, the first results of modal fitting on pilot plants are discussed. With few further developments, the method could be useful for the optimization of the operating temperature in a trickling filter which guarantees a sufficient airflow rate in the tower.

FR :

L'influence des anions minéraux sur la décomposition de l'ozone est étudiée. Les expériences mettent en oeuvre les anions SO₄^2-, PO₄^3-, BO₃^3-, SiO₂^2-, NO3-, HCO₃-+ CO₃^2- à des concentrations identiques à celles habituellement rencontrées dans le domaine des eaux potables. Un plan d'expérience simple qui permet d'attribuer ou non une influence à chaque espèce minérale et de voir l'interaction éventuelle avec le pH est utilisé. Les manipulations sont réalisées sur un pilote de laboratoire conçu pour éliminer toutes traces de matières organiques.

L'étude fait apparaître que seuls les carbonates et les bicarbonates ont une influence notable sur cette décomposition et que le pH interfère en jouant sur l'équilibre carbonates-bicarbonates. Ceci permet de vérifier l'équation théorique établie par YURTERI et GUROL (1988) en l'absence de matières organiques. L'ordre apparent de la réaction varie entre 1 et 2 : ordre 2 pour les teneurs en bicarbonates faibles (30 mg.l^-1) et ordre 1 pour une teneur forte (300 mg.l^-1) lorsque le pH basique déplace l'équilibre vers les carbonates. Pour 300 mg.l^-1 et des pH neutres l'ordre de la réaction oscille entre 1,5 et 2. Pour un ordre 1, on peut calculer la constante d'initiation de la décomposition de l'oxydant par l'ion hydroxyle OH- (k = 80 l.mol^-1 s^-1).

EN :

The influence of anionic mineral species on the decomposition of ozone in water was studied. The experiments involved the anions SO₄^2-, PO₄^3-, BO₃^3-, SiO₂^2-, NO3-, HCO₃-+ CO₃^2- at concentrations identical to those usually found in drinking water. The manipulations were carried out with a simple experimental procedure which allowed to determine whether or not the mineral species had an influence on this decomposition and to observe thereof the effect of the pH. A laboratory pilot made of glass and teflon, in order to eliminate any traces of organic compounds, was used.

Results of this work prove that only the carbonates and bicarbonates have a notable influence on this decomposition and that the pH interferes by disrupting the bicarbonate-carbonate equilibrium. The theoretical equation established without organic compounds by YURTERI and GUROL (1988) is verified.

The order of the reaction varies from 1 to 2. The order is 1 when the amount of bicarbonates is weak (30 mg/l). The order is 2 in the case of a 300 mg.l^-1 concentration when the basic pH changes the equilibrium towards the carbonates. For 300 mg.l^-1 concentrations and a neutral pH, the order of the reaction reaches values from 1,5 to 2. In the case of an order 1, the constant rate of the oxidant decomposition by hydroxyle ion OH¯ is calculated. Its value is 80 l.mol^-1 s^-1.

FR :

Une nouvelle méthode de dosage du radon dans l'eau a été mise au point. Elle consiste à purger le radon par l'argon, à le dissoudre dans l'o-xylène contenant les scintillateurs organiques 2,5 diphényloxazole (PPO) et 2,2' p-phénylènebis-5-phényloxazole (POPOP) et à compter les particules alpha et bêta par scintillation induite. La méthode est rapide, relativement simple, reproductible et sans interférences. Elle est très sensible; la limite de détection est de 0,01 Bq/L pour un échantillon de 2 litres et un temps de comptage de 1 heure. La méthode a été utilisée pour mesurer les concentrations du radon dans l'eau de certains puits au Québec. Celles-ci varient de 1,6 à 627 Bq/L. Ces concentrations sont similaires à celles mesurées dans d'autres pays.

EN :

A new method for the determination of radon in ground water has been developed. It consists of purging radon with argon and dissolving it in 180 mL of ortho-xylene containing the organic scintillators 2,5 diphenyloxazole (PPO) and 2,2' p-phenylenebis-5-phenyloxazole (POPOP). The scintillation yield of radon in o-xylene, toluene, benzene and hexane has been measured at - 20, 0 and + 20 °C and the highest efficiency was obtained in o-xylene at - 20 °C.

The concentration of PPO in o-xylene was varied and the maximum yield occurs at a concentration of 4 g/L. The optimal purging volume of argon was Pound to be 3 liters. The counting efficiency increases from 2.7 to 3.9 counts per disintegration after 3 hours decay time due to the build-up of radon daughters and then Starts to decrease with the hall-life of radon (3.824 days). The detection limit at 95 % confidence level for a 2 liter sample and for 1 hour counting time is 0.01 Bq/L.

The method is virtually interference free. Due to the argon purging only radioactive gases can interfere with the measurement. Among these, thoron (Rn-220) and action (Rn-219) will decay before counting due to their short hall-lifes (56s and 4s resp.). The concentration of Kr-85 in air is low (0.0006 Be) when compared with radon, and only 0.05 % of the Kr-85 is transfered to soil and ground water. Kr-85 is also 35 times less soluble than Rn-222 in toluene. The decay products of radon will remain in the water and it is not necessary to know the degree of equilibrium between them and Rn-222. Consequently the counting can begin soon (10 minutes) after the purging of radon and it is not imperative to wait for equilibrium.

The method was used to determine the concentration of radon in ground water in Quebec. The activities Pound ranged tram 1.6 to 627 Bq/L; they are similar to these measured in other countries.