Sujet : Optimiser l'hydrolyse et l'acidogénèse des déchets organiques pour dissoudre, recycler le phosphore en amont de la méthanisation H/F

De nombreux travaux ont été réalisés à ce jour concernant le cycle du phosphore (P) des effluents d’élevage pour des aspects de protection des ressources en eau et de préservation de la ressource minière. Ainsi, des procédés de séparation mécanique (centrifugeuses, filtres presse) ont été mis en œuvre sur les lisiers porcins pour extraire le P particulaire de la phase liquide et l’exporter des zones d’élevage intensif sensibles à l’eutrophisation. De même, un procédé de recyclage du phosphore a été développé à Irstea Rennes afin de solubiliser ce P particulaire par acidification chimique puis de le séparer et de le cristalliser sous la forme de struvite pour en faire un engrais minéral.
Les études réalisées à ce jour concernant le cycle du phosphore des digestats ne s’intéressent qu’à la fraction dissoute pour diminuer la surcharge liée aux retours en tête alors que la fraction résiduaire dans les boues peut être limitante pour le développement des unités de méthanisation. Dans le cas de la méthanisation des effluents d’élevage notamment, les effluents destinés à être méthanisés n’étant pas centrifugés pour conserver tout leur pouvoir méthanogène, le phosphore se retrouve dans le digestat. Il devient alors l’élément limitant la valorisation du digestat en agriculture dans les zones d’élevage intensif. Le phosphore est également à l’origine de nombreux problèmes de colmatage des installations car il précipite naturellement en conditions anaérobies.
Ce projet propose de développer un procédé de recyclage du phosphore permettant d’extraire à la fois le P soluble et la majeure partie du P particulaire des effluents organiques. Placé en amont des installations de méthanisation, il permettrait de recycler le phosphore et de réduire l’impact de ce dernier sur la filière. De plus, la substitution de l’étape de dissolution chimique, proposée actuellement, par une dissolution biologique provoquée par l’hydrolyse et l’acidogenèse des effluents organiques permettrait de lever le verrou économique et environnemental que constitue cette étape au développement du procédé. Les travaux réalisés dans la thèse auront donc pour objectifs d’optimiser cette étape d’hydrolyse et acidogenèse des effluents organiques pour dissoudre le P des boues de STEP ou des effluents d’élevage et de le recycler, en amont du méthaniseur, sous une forme minérale valorisable comme engrais (struvite). L’impact de cette étape biologique sur la cristallisation de la struvite et la méthanisation sera également évalué en comparaison avec la voie chimique actuelle.
Description des travaux : L’objectif principal de la thèse est d’étudier puis d’optimiser l’étape de dissolution du P particulaire par hydrolyse/acidification biologique des effluents organiques. La réalisation de cet objectif requiert plusieurs étapes :
La mise au point d’un test biologique permettant de mesurer la capacité d’un effluent organique à être hydrolysé/acidifié. L’optimisation des conditions d’hydrolyse/acidification, qui sera effectuée sur 3 critères :
• pH et dissolution du P au cours de l’hydrolyse/acidification
• aptitude à la cristallisation sous forme de struvite du liquide issu de l’acidification.
• potentiel méthanogène du mélange des boues issues de l’étape d’hydrolyse et du liquide issu de la cristallisation de la struvite