Le premier volet de la présente étude vise à évaluer la performance du réacteur biologique à support fluidisé SMBRMD avec garnissage PEENOX MD pour l'épuration des eaux usées de la Municipalité de Mont-Saint-Grégoire (MMSG). Ce système comprend deux réacteurs à biomasse fixe disposés en série, suivis d'un décanteur. Conformément aux critères de suivi de démonstration du MDDEP, cette nouvelle technologie a été analysée sur une période d'un an (de juin 2009 à mai 2010). Le suivi a permis de mieux comprendre les processus impliqués dans le réacteur en fonction des conditions environnementales et de la qualité de l'affluent. Une fois le système stabilisé, il a été démontré que le premier réacteur était très efficace pour l'enlèvement de la matière organique, où des taux d'abattement de 78 ± 21 et 89 ± 18 % ont été observés pour la DCO S et la DBOC5S , respectivement. Aussi, les deux réacteurs SMBR ont permis un enlèvement de l'azote ammoniacal de 99 ± 1 %. La nitrification, présente dans les deux réacteurs, était responsable de l'enlèvement de l'azote ammoniacal à 67 ± 19 %. Globalement, la performance observée à l'usine depuis l'implantation des réacteurs SMBR est supérieure à celle mesurée avec le système précèdemment utilisé, soit les biodisques. De plus, les paramètres à l'effluent sont davantage constants. Le deuxième volet du projet aborde le traitement par coagulation et floculation de l'eau usée échantillonnées à l'usine de la MMSG. L'efficacité déphosphotante de l'alun a d'abord été évaluée en laboratoire, sous des conditions expérimentales contrôlées, et comparée à celle observée à la MMSG. Puis, l'influence des conditions de mélange et de la concentration en MES sur la performance de l'alun a été analysée. Par la suite, le pouvoir déphosphatant de deux solutions de chitosane, un polymère biodégradable et non toxique issu de la chitine, a été examiné. Toutefois, le chitosane ne permettant pas d'abattre les fractions dissoutes de phosphore, l'utilisation simultanée du chitosane et de l'alun a été considéré Ainsi, deux des trois solutions de chitosane utilisées permettent de diminuer les dosages d'alun requis pour l'atteinte des exigences de rejet, réduisant par le fait même la teneur en sulfates et en aluminium dans les biosolides. De plus, pour un dosage donné d'alun, ces solutions de chitosane permettent de réduire la concentration en aluminium du surnageant. Malheureusement, les tests ne permettent pas d'associer le pouvoir déphosphatant du chitosane à son degré de déacétylation ou à son poids moléculaire.

Dans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l’azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. L’approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d’agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L’opération d’un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l’azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d’une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. Dans le but d’évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l’azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d’oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d’hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d’une boue granulaire permet d’augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D’autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l’optimisation du traitement de l’azote.Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d’une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d’optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l’évaluation de l’effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l’azote et à l’augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l’oxygène dissous / In this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied.The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed.In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size.Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the process