Biofiltration systems like rain gardens and bioswales are an important tool for capturing andinfiltrating polluted runoff, but little data exists on their efficiencies within Mediterraneanclimates. A two-year study initiated in 2015 investigated water retention and pollutant loadingand retention in the Ballona Creek Rain Garden (BCRG). This 300 by 3 m biofiltration systemwas constructed by The Bay Foundation in 2011 along Ballona Creek in Culver City, Los AngelesCounty, California. The purpose of the garden was to capture and infiltrate runoff from lightindustrial and commercial operations bordering the Creek, thus reducing pollutants enteringthis waterway and flowing into Santa Monica Bay 9 km downstream. During storm events,runoff enters the garden via five inlets, and when filled, flows into the creek via two outlets.The goal of this study was to sample flows and pollutant concentrations in runoff entering andleaving the garden and then integrate these to calculate mass loading estimates. Flows weremeasured at all inlets and outlets using 90° V-notch weirs outfitted with Hobo water levelsensors to produce hydrographs. The following pollutants were measured at all flowing inletsand outlets two to three times per storm depending on its duration and intensity: fecalindicator bacteria (E. coli and enterococci), total suspended solids, metals (copper, zinc, andlead), and semivolatile hydrocarbons (polyaromatic hydrocarbons, diesel hydrocarbons, andmotor oil hydrocarbons). The summation of load method was used to calculate the mass ofcontaminants entering and leaving the garden for each storm event, and their percent capturewithin the garden. The BCRG was very effective at infiltrating runoff and sequesteringpollutants. The garden’s infiltration rates ranged from 73% to 100% (with 100% for many of thesmaller storms percent retentions were in the 80-90% range for all pollutants, with an average of 90% for allnine pollutants sampled. This suggests rain gardens and other Low Impact Development (LID)systems can be used successfully in urban Mediterranean climates like Los Angeles to promoteinfiltration, capture pollutants, and prevent polluted stormwater from reaching impaired waterbodies.

En concentration excessive, le phosphore rejeté à l'environnement favorise la croissance anormalement rapide de la flore aquatique. Des efforts doivent donc être faits pour développer des traitements qui permettront d'abaisser la concentration des rejets à des valeurs pouvant être aussi basses que 0,3 mgPtot/L. En ce sens, des travaux de recherche ont été réalisés. La méthodologie utilisée est basée sur l'utilisation d'un média filtrant constitué de broyure de bois activée imprégnée d'hydroxyde de fer à sa surface. Des essais en colonne ont été réalisés à partir de ce média filtrant. Opérées en immersion durant plus de 250 jours, des colonnes ont été alimentées avec une eau synthétique dopée en phosphore. Par ces essais, il a été mis en évidence que les colonnes opérées en milieu anaérobie sont plus efficaces que les colonnes opérées en aérobie. L'absence d'oxygène entraine une chute progressive du potentiel d'oxydoréduction. Lorsqu'il atteint des valeurs de l'ordre de -100mV, le fer en surface de la broyure se réduit et passe de la forme Fe³⁺ à la forme Fe²⁺. La forme Fe²⁺ étant plus soluble que la forme Fe³⁺, il y a donc une augmentation de la concentration en fer dissout. Appelé dissolution réductive, ce phénomène lent permet la complexation du fer solubilisé avec les ions phosphates en solution. C'est la combinaison de l'adsorption et de la complexation du fer qui permet d'obtenir un média performant. Sur une période de 291 jours, la colonne opérée en anaérobie a permis de maintenir à 85% l'enlèvement du phosphore. Puisque le phénomène de dissolution réductive entraine des relargages de fer et de phosphate ferrique à la sortie de la colonne, le contrôle de ces relargages par l'ajout d'une zone aérobie permet une hausse de la performance globale d'enlèvement du phosphore pour un % d'enlèvement global de 95%.

Le surplus de production de lisier de porc dans certaines régions a mené au développement de technologies permettant de prendre en charge celui-ci, afin de réduire les risques de contamination pour l'environnement. La biofiltration à support organique, constitue une alternative au transport du lisier en traitant in situ ce polluant. Le désir d'optimiser l'enlèvement de l'azote par ce procédé et le besoin d'acquérir de meilleures connaissances au niveau des transformations de ce composant dans le système ont conduit à l'élaboration d'un projet d'envergure visant à mieux comprendre le comportement de l'azote. Ce projet de doctorat s'inscrit donc dans cette mission et avait pour objectifs principaux de développer des outils analytiques permettant de caractériser la biomasse nitrifiante et dénitrifiante présente sur le support du procédé et d'utiliser ces outils pour suivre la colonisation de biofiltres pilotes. La respirométrie azotée de type LSS et le blocage à l'acétylène ont donc été adaptés afin d'évaluer respectivement l'activité nitrifiante et dénitrifiante potentielle d'échantillons du milieu filtrant, tandis que le PCR en temps réel a été utilisé pour quantifier les microorganismes oxydant l'ammoniaque (AOB), Nitrobacter, Nitrospira, les bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS ainsi que les bactéries totales. Trois biofiltres pilotes ont été montés, alimentés avec du lisier de porc ayant des ratios DBOsrNTK différents (3, 6 et 9) et suivis durant 180 jours. Ceux-ci étaient constitués de milieu filtrant organique surmonté d'une couche grossière, principalement composée de pouzzolane. Un échantillonnage régulier des affluents et des effiuents gazeux et liquides des biofiltres, ainsi qu'à différentes hauteurs dans le procédé, ont permis d'observer le profil de la concentration des formes azotées dans les trois biofiltres et de déterminer, par bilan de masse, l'activité observée des couches de milieu filtrant. De plus, un échantillonnage du support a permis de caractériser la biomasse de l'azote dans chaque couche en évaluant son activité potentielle et en la quantifiant par PCR en temps réel. La présence de bactéries nitrifiantes, mise en évidence par leur activité potentielle, a pu être notée dès le début de la période de suivi, mais la nitrification n'a pu être observée qu'aux environs du 40e jour d'opération. Leur activité potentielle a augmenté graduellement jusqu'à la fin des essais. La dénitrification était présente durant toute la durée du suivi et semblait suivre un cycle de croissance-décroissance, particulièrement à partir du jour 80. Pour les trois conditions d'opération, le potentiel à nitrifier et à dénitrifier s'est retrouvé majoritairement en surface du procédé, dans les couches grossières des biofiltres, très peu de biomasse ayant colonisé le milieu filtrant organique. De plus, le potentiel à transformer l'azote, que ce soit par la nitrification ou la dénitrification, était toujours plus élevé que ce qui pouvait être observé dans le procédé. Ceci suggère qu'il serait possible d'optimiser l'enlèvement de l'azote en favorisant l'un ou l'autre des métabolismes. Il existe un lien très fort entre la nitrification et la dénitrification, particulièrement dans les couches grossières des biofiltres. Également, de très fortes concentrations de bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS et de bactéries nitrifiantes ont été retrouvées dans les échantillons environnementaux de milieu filtrant provenant des biofiltres, proposant que ceux-ci croissent à proximité les uns des autres. Ces deux observations appuient fortement l'hypothèse d'une nitrification et dénitrification simultanée (NDS) à l'intérieur du procédé. La quantification réalisée a permis de constater qu'on retrouve une plus forte concentration de Nitrobacter par rapport à Nitrospira, contredisant plusieurs études récentes ayant démontré la tendance inverse dans les procédés à biomasse en suspension traitant des effluents municipaux. De plus, il a été possible de démontrer que les bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS contribuent fortement à l'activité dénitrifiante potentielle mesurée à l'aide du blocage à l'acétylène. Par contre, la respirométrie azotée ne semble pas être en mesure de bien décrire l'évolution de chaque groupe impliqué dans la nitrification, mais de le faire plutôt pour le comportement global de cette biomasse. Finalement, très peu de différences ont pu être observées au niveau des performances et de la colonisation des biofiltres alimentés à des ratios de 3 et 6. Par contre, celui alimenté à un ratio de 9 a montré des divergences majeures comparées aux deux autres. En effet, une hausse importante du pH , une perte d'efficacité au niveau de l'enlèvement de la DCO et de l'alcalinité et une forte coloration ont pu être observées après seulement quelques semaines d'opération. De plus, la biomasse nitrifiante, quoique démontrant un potentiel important, semble avoir eu de la difficulté à s'établir dans le procédé à ce ratio. Les résultats obtenus pourront être utilisés pour mieux cibler les changements à apporter pour l'optimisation de l'enlèvement de l'azote. Également, ceux-ci permettent de mieux comprendre de quelle façon la biomasse impliquée dans les transformations de l'azote colonise le biofîltre ainsi que son comportement à l'intérieur du procédé. / Producing pig manure in excess in some regions has brought new technological advances allowing its treatment, in order to reduce contamination risks associated with its presence in natural ecosystems. BIOSOR™-Manure, an organic biofilter, is an interesting alternative to its transportation as it treats pig manure on site. The necessity to optimize nitrogen removal by this process and to get a better knowledge about its transformation inside the System has led to a scientific project aiming at those needs. This PhD project constituted a part of it and had as objectives to develop analytical methods to characterize nitrifying and denitrifying biomasses present on the biofilter media and to utilize them to monitor pilot biofilters colonization. LSS nitrogen respirometry and acetylene blockage technique were adapted to respectively evaluate potential nitrifying and denitrifying activities of media samples, while real-time PCR was realized to quantify ammonia oxidizing bacteria (AOB), Nitrobacter, Nitrospira, denitrifying bacteria containing nirS gene and total bacteria. Three pilot biofilters were installed, fed with pig manure having different BODs:TKN ratios (3, 6 and 9) and monitored during 180 days. They were all the same, being made with an organic layer surmounted by a coarse layer (pozzolana). Regular sampling of liquid and gaseous influents and effluents and at different depths allowed the observation of each section for its concentration of gaseous and aqueous nitrogen. Those data were used to calculate a nitrogen mass balance in order to determine the observed activity in each layer. Moreover, regular media sampling was made to characterize the nitrogen biomass by evaluating its potential activity and its quantity. Nitrifiers' presence, followed by potential nitrifying activity, was noted at the beginning of the monitoring period, but nitrification was only observed after approximately 40 days of operation. Its potential activity gradually increased until the end of the project. Denitrification was present ail along and seemed to follow a growth-decay cycle, particularly after 80 days. For the three operational conditions, almost ail of the potential nitrifying and denitrifying activities could be observed near the surface of the process, in the coarse layers, very little biomass being able to colonize the organic media. Moreover, nitrogen removal potential was always higher as that could be seen in the process, both for nitrification and denitrification. It suggests that it is possible to optimize nitrogen removal by promoting one or another of the metabolism. There was a strong correlation between nitrification and denitrification, particularly in the coarse layers. Also, we found high concentrations of nirS denitrifiers and nitrifying bacteria in the same environmental samples, proposing that those grow near each other. Both these observations support the hypothesis that there is simultaneous nitrification and denitrification (SND) inside this process. Quantification showed higher concentration of Nitrobacter compared to Nitrospira, contradicting previous recent studies that demonstrated the reverse trend in suspended biomass processes treating urban wastewaters. Also, it has been possible to fmd that nirS denitrifiers strongly contributed to the potential denitrifying activity, evaluated with the acetylene blockage technique. However, nitrogen respirometry did not seem to describe well each nitrifying group evolution, but only allowed to understand the global behavior of this biomass. Finally, very few differences could be observed between biofilters fed with 3 and 6 BODs:TKN ratios, both for performances and colonization. However, the biofilter fed with a higher ratio (9) showed important dissimilarities compared to the others. In fact, an important increased of pH, a decrease of efficiency for COD and alkalinity removal and a strong brown coloration could be observed only a few weeks after the start-up. Moreover, nitrifying biomass, while showing a good potential activity, seemed to have difficulties to colonize the System. Results could be used, in order to optimize nitrogen removal, to change operational conditions a better way, know knowing what the biomass is capable of and where it can be found in the process. Also, these data allow a better understanding of how the nitrifying and denitrifying biomass colonizes the biofilters and of its behavior inside the System.

Au Québec, l'enfouissement est la technique la plus répandue pour l'élimination des matières résiduelles. Bien qu'elle soit simple et économique, elle entraîne différentes problématiques, dont la production de lixiviats, des liquides très chargés en contaminants, et de gaz d'enfouissement contribuant à l'émission de gaz à effet de serre. Chez Investissement Québec - CRIQ (IQ-CRIQ), la biofiltration méthanotrophe a été étudiée dans les dernières années pour le traitement combiné de ces deux sources de polluants. Si cette technologie a montré une bonne capacité à traiter le méthane (CH₄) présent dans les gaz d'enfouissement, tout en assimilant de l'azote des lixiviats, la capacité du système biologique à résister aux fluctuations saisonnières de température peut être questionnée. L'objectif principal est donc de vérifier si le caractère exothermique de la réaction d'oxydation du CH₄ par les bactéries méthanotrophes permet de maintenir l'activité biologique au sein du biofiltre et donc la capacité épuratoire du CH₄ et de l'azote nitrate (NO₃-) des lixiviats en période hivernale. Pour ce faire, un montage expérimental comprenant quatre biofiltres avec un garnissage organique a été alimenté avec des lixiviats prétraités provenant d'un site d'enfouissement et un mélange synthétique de gaz composé de gaz naturel et d'air. Des isolants en uréthane et une chambre réfrigérée ont été utilisés afin de reproduire les conditions hivernales sur le terrain d'un biofiltre enfoui, soit une température avoisinant les 4 °C. En ce sens, la température d'alimentation liquide a aussi été diminuée à 4 °C pour deux des quatre biofiltres. L'effet d'une charge en CH₄ plus importante sur le traitement a aussi été exploré. Durant les expérimentations qui se sont étendues sur environ 300 jours, les gaz (CH₄, CO₂, N₂O entre autres) et les liquides (NO₃-, NO₂-, NH₄+, pH entre autres) ont été analysés deux à trois fois par semaine et la température interne des réacteurs a été suivie en continu à l'aide de capteurs. Les expérimentations ont permis de montrer que le maintien du traitement était possible même avec une baisse de la température du liquide d'alimentation : une capacité d'élimination de 98 à 112 gCH₄/m³/j et de 2,6 à 3,2 gN-NO₃-/m³/j a été observée pour le biofiltre à température ambiante (environ 21 °C) alimenté avec un lixiviat à 4 °C alors qu'elle a été de 113 gCH₄/m³/j et de 4,4 gN-NO₃-/m³/j pour le biofiltre témoin (température ambiante et d'alimentation liquide à environ 21 °C). Cependant, le biofiltre alimenté avec des lixiviats à 4 °C et placé dans un environnement avec une température ambiante à 4 °C a vu ses capacités à traiter le CH₄ et le NO₃- devenir nulles lors du changement drastique de température. Finalement, le biofiltre alimenté avec une concentration plus élevée en CH₄ n'a pas été en mesure de traiter davantage de contaminants, ce qui laisse croire qu'il pourrait y avoir un débalancement entre le CH₄, les NO₃- et les autres nutriments essentiels ou encore la présence d'inhibiteurs au sein du biofiltre. Une difficulté des gaz à pénétrer le biofilm a aussi pu limiter la capacité d'oxydation et donc l'enlèvement des NO₃-. Bien que des incertitudes persistent, les résultats obtenus montrent bien un potentiel de maintien des capacités épuratoires par les méthanotrophes en période froide d'opération.

Au Québec, l’industrie laitière est un secteur important de l’économie provinciale. Au Canada, près de 60 % des unités de fabrication de fromage sont situées dans la province de Québec et plus de deux milliards de litres de lait sont transformés en fromage à chaque année. En 2015, le nombre de fermes laitières québécoises s’élevait à 5 766. En moyenne, une ferme possède un cheptel de 60 vaches et livre près de 500 000 litres de lait par année. De plus, la production d’une vache sur cinq devient du lait de consommation, qui est simplement homogénéisé et pasteurisé. Le reste est transformé principalement en fromage, crème, yogourt et beurre. Une production très importante de déchets issus de cette industrie a été mise en évidence dans certaines régions du Québec à cause de l’augmentation de la production de fromage. Ces déchets entraînent des problèmes de pollution de l’eau, comme l’eutrophisation des plans d’eau par de charges élevées de polluants organiques, de matière en suspension et de nutriments liés à ce type de rejets industriels. Une solution envisagée est de traiter les eaux usées avant de les épandre dans les sources d’eau afin d’en réduire la charge polluante. Une forme de traitement in-situ est d’installer, à la ferme, un système de traitement biologique des effluents de fromagerie. Pour ce faire, cette étude propose un système par biofiltration. L’objet de la présente étude consiste donc à évaluer la performance du traitement des effluents de fromageries fermières par l’utilisation d’un biofiltre. Plus spécifiquement, ce projet de maîtrise comprend le démarrage, le développement et l’opération d’un biofiltre pilote où le lactosérum (composante des déchets) est séparé des effluents de fromagerie, pour alimenter (affluent) le système de biofiltration. Un deuxième objectif est l’évaluation du procédé de traitement. Des performances épuratrices satisfaisantes en terme de réduction de la demande chimique en oxygène (DCO), des matières en suspension (MES) et de l’azote total (TN) ont été confirmées. L’enlèvement de la DCO total par le biofiltre pilote a varié entre 94 % et 99 %, pour les MES entre 97 % et 99 % et par rapport à l’azote total entre 70 % et 90 %. La biofiltration s’avère donc, une bonne technique présentant beaucoup de potentiel, simple et efficace pour traiter les effluents liquides des fromageries fermières. De plus, la mise en place du biofiltre pilote est facile et son fonctionnement est autonome sans besoin de l’assistance régulière d’un technicien. Mots-clés : Biofiltre, biofiltration, lactosérum, effluents de fromageries fermières / In Quebec, the dairy industry is an important sector of the provincial economy. In Canada, near to 60 % of cheese fabrication unities are located in the province of Quebec and more than two billions of liters of milk are converted into cheese every year. In 2015, the number of Quebec’s dairy farms rose the number of 5 766. On average, a farm has got a livestock of 60 cows and delivers around 500 000 liters of milk per year. Furthermore, a cow’s production over five becomes milk for consumption, which is simply homogenised and pasteurized. What is left is converted essentially into cheese, cream, yogurt and butter. A very important production of wastes coming from this industry has been put forward in some areas of Quebec, due to the rising cheese production. Those wastes carry water contamination problems, such as the eutrophication of water bodies by high loads of organic pollutants, suspended solids and nutriments linked to this kind of industrial waste. A considered solution is to treat wasted water before spreading them into water sources in order to reduce the contaminating loads. A form of treatment in-situ is to install, at the farm, a biological treatment system of cheese dairy effluents. To do this, the present study suggests a system by biofiltration. The purpose of this study is therefore to evaluate the performance of the treatment of effluents from cheese dairies by the use of a biofilter. More specifically, this master degree’s project involves the star-up, the development and the operation of a pilot biofilter where the whey (waste component) is separated from cheese dairy effluents to feed (affluent) the biofiltration system. A second objective is the treatment process evaluation. Satisfying removal performances were confirmed in terms of chemical oxygen demand (CDO), total suspended solids (TSS) and total nitrogen (TN). This biofilter is capable of operating with positive removal efficiencies of above 90 %. Biofiltration is therefore a good technique with a lot of potential, simple and effective to treat the liquid effluents of the cheese dairies. Moreover, the installation of the pilot biofilter is easy and its operation is autonomous without the need of the regular assistance of a technician. Key-words: biofilter, biofiltration, whey, cheese dairy effluents

Les rejets de phosphore en milieux aquatiques ont le potentiel de conduire à l’eutrophisation d’un plan d’eau et sont la principale cause des proliférations de cyanobactéries (algues bleues), dont la dégradation entraîne la libération de toxines (cyanotoxines), nocives pour la santé humaine et animale. Le phosphore contenu dans les eaux usées municipales est donc particulièrement visé par un resserrement des exigences de rejet qui risque de rendre inadéquats certains systèmes épuratoires actuellement utilisés. Des travaux ont été réalisés afin de développer un traitement simple au niveau opérationnel tout en étant assez performant pour abaisser la concentration en phosphore d’une eau usée municipale concentrée à 5,0 mg Ptot/l à des valeurs de 0,3 mg Ptot/l. L’approche retenue consiste en l’utilisation d’un média filtrant innovateur permettant une prise en charge passive du phosphore. Ce média filtrant est constitué de sous-produits du bois activés par une imprégnation d’hydroxyde de fer, substance qui possède une forte affinité chimique avec le phosphore. Des travaux ont d’abord permis de cibler un procédé permettant d’activer efficacement les sous-produits du bois selon une procédure qu’il a fallu mettre au point. Par la suite, différents montages ont été élaborés afin d’être en mesure d’activer des quantités suffisantes de médias filtrants permettant de mener des essais en colonnes. Une première série d’essais a été réalisée sur des colonnes de biofiltration. Les performances observées ont été intéressantes, mais non suffisantes pour atteindre la valeur cible de 0,5 mg Ptot/l. Une série d’essais supplémentaires a donc été réalisée dans le but d’optimiser l’utilisation du média filtrant. À partir des connaissances acquises lors de ces essais d’optimisation, des essais en colonnes ont permis d’abaisser la concentration d’une solution contenant 5 mg/l de phosphore à des valeurs inférieures à 0,2 mg Ptot/l sur une période de 80 jours. Ces essais ont démontré que le média filtrant était en mesure d’accumuler une quantité de phosphore minimale de 13,5 mg Ptot/gsec, ce qui est très performant pour ce type de procédé. / Phosphorus discharges in aquatic systems have the potential to lead to eutrophication of a waterbody. Moreover, this nutrient is the main cause of cyanobacteria’s bloom (blue-green algae), whose degradation liberates toxic compounds (cyanotoxins), harmful to animal and human’s health. Phosphorus contained in municipal wastewater will soon be subject to a tightening of discharge requirements which will make unsuitable a lot of currently used wastewater treatment plant. Researches have been realized to develop a simple treatment on the operational aspect is effective enough to reduce wastewater’s phosphorus concentration from 5.0 mg Ptot/l to 0.3 mg Ptot/l. The principle of the chosen method consists in the use of a filter media that allows passive phosphorus entrapment. This filter media is made of wood’s by-products which are activated by impregnation of iron hydroxide, a substance having a strong chemical affinity with phosphorus. Works were first allowed to target a process to effectively activate wood’s by-products according to a procedure that has been developed. Thereafter, different experimental settings have been developed in order to be able to activate sufficient amounts of filter media to perform column tests. A first series of tests was performed on biofiltration columns. Observed performances were interesting, but not sufficient to achieve the target value of 0.5 mg Ptot / l. Additional tests were therefore performed in order to optimize the use of the filter media. Based on the knowledge gained from these optimization tests, column trials have lowered the phosphorus concentration of a solution containing 5 mg Ptot/l to values below 0.2 mg Ptot/l over a period of 80 days. These tests showed that the filter media was able to accumulate an amount of phosphorus in the range of 13,5 mg Ptot/gdry, which is very effective for this kind of process.

Os efluentes gasosos industriais têm sido tradicionalmente tratados por processos físico-químicos, como lavadores, adsorção, condensação e oxidação. Embora essas técnicas tenham altas eficiências, a necessidade de adição de produtos químicos e a substituição do adsorvente resulta em custo de operação relativamente alto quando comparados com técnicas de tratamento biológico. O objetivo deste trabalho foi: aprimorar uma unidade experimental de biofiltração para depuração de uma corrente gasosa contendo \'H IND.2\'S\' utilizando como material suporte a espuma de poliuretano, analisar a fluidodinâmica do leito através de ensaios de perda de carga em função da vazão de ar e da umidade do leito e analisar o desempenho do biofiltro na depuração do \'H IND.2\'S\' com o aumento progressivo da concentração de entrada. O biofiltro foi construído com uma coluna de acrílico, dividida em 3 módulos, 2 com 13 cm de altura e um central com 50 cm, totalizando uma altura do leito de 76 cm e o diâmetro interno era de 5,2 cm. Nas extremidades superiores e inferiores do biofiltro foram acoplados módulos para a distribuição e captação da corrente gasosa e também para a recirculação da fase líquida. O inóculo utilizado foi lodo de uma unidade de lodos ativados, que trabalha como pós-tratamento de um reator UASB tratando esgotos domésticos. A adaptação do inóculo foi realizada por 7 dias com tiossulfato e 7 dias com o \'H IND.2\'S\'. As concentrações médias de sulfeto estudadas foram subdivididas em sete fases com concentrações médias de 141, 271, 514, 532, 581, 878 e 1303 ppm. A vazão utilizada foi de 100 L/h resultando em um tempo de detenção de aproximadamente 58 segundos. As perdas de carga obtidas no sistema foram inferiores a 0,8.\'10 POT.-2\' mca. A espuma de poliuretano se apresentou um bom meio suporte para a fixação dos microrganismos. O lodo ativado se apresentou um bom inóculo para o tratamento de \'H IND.2\'S\' por necessitar de um curto período de tempo para sua adaptação. A eficiência média do biofiltro se manteve acima dos 96%. A umidade do leito se manteve acima de 92%, atingindo uma capacidade de eliminação máxima (ECmáx) de aproximadamente 155 g/\'M POT.3\'.h e uma capacidade de eliminação ótima (ECótimo) de aproximadamente 139 g/\'M POT.3\'.h. O principal produto da degradação do \'H IND.2\'S\' encontrado foi o enxofre elementar. / Traditionally the industrial waste gases have been treated by physical-chemical processes, such as scrubbers, absorption, condensation and oxidation. Although these techniques presented great efficiency, the need to add chemical products and the replacement of adsorbent results in relatively high operational costs compared to biological treatment techniques. The objective of this study is to improve an experimental biofiltration unit to remove air steam containing \'H IND.2\'S\', using polyurethane foam as filter bed, to analyze the bed dynamic flow through pressure drop and the bed moisture, and to analyze the biofilter behavior during the \'H IND.2\'S\' depuration with the progressive increase of input concentration. The bio-filter has an acrylic column, divided into 3 parts, from which two are 13 cm high and the central one is 50 cm high, adding up to a 76 cm high column with an inner diameter of 5.2 cm. Modules were attached on the top and bottom biofilter extremities to distribute and collect the air stream and also to recirculate the liquid phase. The inoculum used was a sludge from a activated sludge unit, which works as post-treatment for domestic sewer treated by a UASB reactor. The inoculum acclimatizing was done for 7 days with thiosulphate and 7 days with \'H IND.2\'S\'. The studied measured hydrogen sulphide concentrations were divided into seven average concentration levels, which are 141, 271, 514, 532, 581, 878 e 1303 ppm. The used ratio was 100 L/h resulting in hydraulic retention time of approximately 58 seconds. The head losses obtained in the system were below 0.8 \'10 POT.-2\' mca. The polyurethane foam presented to be a good support manner to the microorganisms attach. The activated sludge presented to be a good inoculum for the treatment of \'H IND.2\'S\' because it required a short time to adapt. The average efficiency of the biofilter kept above 96% and the bed humidity above 92%, reaching the maximum elimination capacity (ECmáx) of approximately 155 g/\'M POT.3\'.h and a optimum elimination capacity of approximately 139 g/\'M POT.3\'.h. The main \'H IND.2\'S\' degradation product found was the elemental sulfur.

Biological filtration (biofiltration) of drinking-water is gaining popularity due the potential for biodegradation of an array of contaminants not removed by traditional drinking-water processes. However, previous research has suggested that biomass growth on biofilter media may lead to increased headloss, and thus, greater energy and water requirements for backwashing. Research has suggested that the main cause of headloss might be due to extracellular polymeric substances (EPS) rather than the bacterial cells themselves. As EPS production has been shown to increase under nitrogen- and phosphorus-limited or -depleted conditions, the goal of this research was to add to the body of knowledge regarding biofiltration by studying the relationship between EPS production and nutrient limitations in drinking-water. Batch experiments with a synthetic groundwater were run with a mixed community of drinking-water bacteria under nutrient-balanced (a molar carbon to nitrogen to phosphorus ratio [C:N:P] of 100:10:1), nutrient-limited (e.g., C:N:P of 100:10:0.1), and nutrient-depleted conditions (C:N:P of 100:0:1 or 100:10:0). After 5 days, growth was measured as the optical density at 600 nanometers (OD600), and the concentrations of free and bound carbohydrates and proteins, the main components of EPS, were measured. In batch experiments with 2.0 and 0.2 g/L as carbon (mixture of acetic acid, mannitol and sucrose) increases in EPS production per OD600 and decreases in growth were noted under nutrient-depleted conditions. When the same experiments were conducted with a pure culture of Bacillus cereus, bound polysaccharides normalized to OD600 increased under nitrogen- and phosphorus-depleted conditions. Since previous research suggested that Bradyrhizobium would be an important player in EPS production in drinking-water biofilters, similar batch experiments were conducted with Bradyrhizobium. However, due to experimental challenges with Bradyrhizobium japonicum USDA 110, differences in EPS production under nutrient limitations could not be reliably assessed. Additional work is required with Bradyrhizobium. Recommendations for future work include the replication of these batch conditions in steady-state chemostats containing biofilm attachment media and in bench-scale columns. Additionally, future work should include experiments at carbon concentrations as low as 2 mg/L to match typical carbon concentrations in drinking-water biofilters. / text

Ce travail s'est focalisé sur le devenir des polybromodiphényléthers (PBDE) et des alkylphénols (AP) dans les filières de traitement des eaux usées des stations d'épuration Seine-Centre et Seine-Amont, en agglomération parisienne. Des prélèvements effectués par temps sec et par temps de pluie ont permis de déterminer la qualité des eaux brutes vis-à-vis des paramètres globaux, des PBDE et des AP, ainsi que l'efficacité des ouvrages de traitement primaire et secondaire. Par temps sec, les concentrations dans les eaux brutes de Seine-Amont sont en moyenne 6 et 2 fois plus élevées pour ∑6AP et ∑4PBDE respectivement. Un bassin-versant plus industrialisé sur Seine-Amont et une forte dilution dans le réseau de Seine-Centre expliquent ces différences. Par temps de pluie, la pollution est diluée sur Seine-Amont. A l'inverse, la pollution particulaire augmente sur Seine-Centre, à cause de l'érosion des dépôts présents dans le réseau. En traitement primaire, la décantation physico-chimique lamellaire sur Seine-Centre favorise nettement l'abattement des pollutions particulaires et organiques. Ses performances sont stables et bien plus élevées que la décantation classique sur Seine-Amont. Par temps de pluie, les performances des deux ouvrages sont conservées, voire améliorées, malgré une hausse des charges polluantes et des vitesses ascensionnelles. Aucun de ces ouvrages n'est adapté au traitement de la pollution dissoute. En traitement secondaire, des abattements élevés pour la biofiltration et les boues activées ont été obtenus. Les traitements des deux stations étudiées conduisent à des effluents secondaires de qualité globalement similaire, même si les concentrations en pollution particulaire et en PBDE restent plus élevées sur Seine-Amont. Par temps de pluie, le 3ème étage de la biofiltration est dérivé et aéré sur Seine-Centre. Cette configuration impacte principalement les nitrates et le BDE-209. Sur Seine-Amont, les performances des boues activées sont légèrement affectées mais restent généralement supérieures à 80 %. Ceci conduit à des concentrations dans les effluents secondaires par temps de pluie 1,4 à 3 fois plus élevées en moyenne pour la pollution particulaire et les PBDE

Os efluentes gasosos industriais têm sido tradicionalmente tratados por processos físico-químicos, como lavadores, adsorção, condensação e oxidação. Embora essas técnicas tenham altas eficiências, a necessidade de adição de produtos químicos e a substituição do adsorvente resulta em custo de operação relativamente alto quando comparados com técnicas de tratamento biológico. O objetivo deste trabalho foi: aprimorar uma unidade experimental de biofiltração para depuração de uma corrente gasosa contendo \'H IND.2\'S\' utilizando como material suporte a espuma de poliuretano, analisar a fluidodinâmica do leito através de ensaios de perda de carga em função da vazão de ar e da umidade do leito e analisar o desempenho do biofiltro na depuração do \'H IND.2\'S\' com o aumento progressivo da concentração de entrada. O biofiltro foi construído com uma coluna de acrílico, dividida em 3 módulos, 2 com 13 cm de altura e um central com 50 cm, totalizando uma altura do leito de 76 cm e o diâmetro interno era de 5,2 cm. Nas extremidades superiores e inferiores do biofiltro foram acoplados módulos para a distribuição e captação da corrente gasosa e também para a recirculação da fase líquida. O inóculo utilizado foi lodo de uma unidade de lodos ativados, que trabalha como pós-tratamento de um reator UASB tratando esgotos domésticos. A adaptação do inóculo foi realizada por 7 dias com tiossulfato e 7 dias com o \'H IND.2\'S\'. As concentrações médias de sulfeto estudadas foram subdivididas em sete fases com concentrações médias de 141, 271, 514, 532, 581, 878 e 1303 ppm. A vazão utilizada foi de 100 L/h resultando em um tempo de detenção de aproximadamente 58 segundos. As perdas de carga obtidas no sistema foram inferiores a 0,8.\'10 POT.-2\' mca. A espuma de poliuretano se apresentou um bom meio suporte para a fixação dos microrganismos. O lodo ativado se apresentou um bom inóculo para o tratamento de \'H IND.2\'S\' por necessitar de um curto período de tempo para sua adaptação. A eficiência média do biofiltro se manteve acima dos 96%. A umidade do leito se manteve acima de 92%, atingindo uma capacidade de eliminação máxima (ECmáx) de aproximadamente 155 g/\'M POT.3\'.h e uma capacidade de eliminação ótima (ECótimo) de aproximadamente 139 g/\'M POT.3\'.h. O principal produto da degradação do \'H IND.2\'S\' encontrado foi o enxofre elementar. / Traditionally the industrial waste gases have been treated by physical-chemical processes, such as scrubbers, absorption, condensation and oxidation. Although these techniques presented great efficiency, the need to add chemical products and the replacement of adsorbent results in relatively high operational costs compared to biological treatment techniques. The objective of this study is to improve an experimental biofiltration unit to remove air steam containing \'H IND.2\'S\', using polyurethane foam as filter bed, to analyze the bed dynamic flow through pressure drop and the bed moisture, and to analyze the biofilter behavior during the \'H IND.2\'S\' depuration with the progressive increase of input concentration. The bio-filter has an acrylic column, divided into 3 parts, from which two are 13 cm high and the central one is 50 cm high, adding up to a 76 cm high column with an inner diameter of 5.2 cm. Modules were attached on the top and bottom biofilter extremities to distribute and collect the air stream and also to recirculate the liquid phase. The inoculum used was a sludge from a activated sludge unit, which works as post-treatment for domestic sewer treated by a UASB reactor. The inoculum acclimatizing was done for 7 days with thiosulphate and 7 days with \'H IND.2\'S\'. The studied measured hydrogen sulphide concentrations were divided into seven average concentration levels, which are 141, 271, 514, 532, 581, 878 e 1303 ppm. The used ratio was 100 L/h resulting in hydraulic retention time of approximately 58 seconds. The head losses obtained in the system were below 0.8 \'10 POT.-2\' mca. The polyurethane foam presented to be a good support manner to the microorganisms attach. The activated sludge presented to be a good inoculum for the treatment of \'H IND.2\'S\' because it required a short time to adapt. The average efficiency of the biofilter kept above 96% and the bed humidity above 92%, reaching the maximum elimination capacity (ECmáx) of approximately 155 g/\'M POT.3\'.h and a optimum elimination capacity of approximately 139 g/\'M POT.3\'.h. The main \'H IND.2\'S\' degradation product found was the elemental sulfur.