Co-ensiling of cattle manure before biogas production: Effects of fermentation stimulants and inhibitors on biomass and methane preservation

International audienceThe impact of formic acid and glucose addition on the co-ensiling of cattle manure with straw was assessed during 4 months at laboratory scale. Feedstock deprived of additives lost 67% of its methane potential for prolonged ensiling. This was mainly due to the lack of water-soluble carbohydrates and to the high methanogenic activity of cattle manure. The use of co-substrates enhanced biomass and energy conservation during ensiling. The best storage performance was obtained for co-ensiling of cattle manure with glucose (100 g/kg of feedstock). For this condition, lactate production was extensive, which allowed biomass acidification, suppressed ammonia emissions and led to full preservation of methane potential after 4 months. Therefore, in field-scale storage, co-ensiling with a high easily fermentable sugar content co-substrate appears to be the most resourceful method to optimize cattle manure preservation. Application of this promising technique will have a major impact on the methane yield of agricultural biogas plants where cattle manure has to be stored for long periods

An improved procedure to assess the organic biodegradability and the biomethane potential of organic wastes for anaerobic digestion

International audienceIn this study a fractionation procedure was developed and applied to evaluate the potential of some organic wastes (2 cattle manures and 2 catch crops, fresh and after ensiling) for anaerobic digestion. This procedure was based on water extraction of the raw sample, which enabled to evaluate the contributions of water-soluble and particulate phases to the investigated properties. Biomethane potential (BMP) and chemical oxygen demand (COD) were determined and used to assess the anaerobic biodegradability of raw materials. Analysis of structural carbohydrates, total Kjeldahl nitrogen, water-soluble carbohydrates, volatile fatty acids and pH were also included to explain the main phenomena involved in methane production from the tested biomasses. Results show that the origin and the preparation mode had a significant impact on BMP distribution. Based on a COD balance, the biodegradability of the various feedstocks ranged from 45% to 75%. Biodegradability of fresh materials was negatively correlated with the sum of structural carbohydrates and lignin content. Among the feedstock used, the water-soluble phase represented 8-69% of the total COD and 7-46% to the total BMP. Solubilization of organic matter during ensiling was due to the production and accumulation of organic acids from particulate carbohydrates and organic nitrogen. This procedure detects kinetic and biodegradability differences among biomasses and thus it can be useful for the design of anaerobic digestion plants. Furthermore, it can be applied to evaluate the efficiency of biomass pretreatments

Evolution bio-physico-chimique des déchets enfouis au Centre de Stackage de Déchets Ultimes du SYDOM du Jura sous l'effet de la recirculation des lixiviats

Ce travail de thèse s'inscrit dans un programme de recherche ADEME sur la gestion d'un Centre de Stockage de Déchets Ultimes, CSDU, en mode bioréacteur. Le projet a été défini afin d'évaluer l'impact de la recirculation des lixiviats sur les lixiviats et le biogaz et la stabilisation de la fraction organique fermentescible présente dans le massif de déchets. Les travaux de recherche ont consisté tout d'abord à développer des tests de laboratoire de simulation des conditions de stockage et à mettre en œuvre une méthodologie de caractérisation bio-physico-chimique des déchets ménagers du SYDOM du Jura pour évaluer l'influence des facteurs physico-chimiques sur l'évolution et la biostabilité de la matière organique. Par ailleurs, une partie des travaux de recherche a été consacrée à l'étude sur site. Le taux d'humidité des déchets est le principal facteur d'influence sur l'activité méthanogène. Par ailleurs, la recirculation des lixiviats semble influer sur la mobilisation des éléments solubles vers la phase liquide, favorisant leur contact avec les micro-organismes, avec pour conséquence la stimulation de la production de biogaz. L'évolution des caractéristiques bio-physico-chimiques des déchets avant et après incubation confirme ces observations. Les déchets ayant subi une recirculation présentent une biodégradation et une humification avancée par rapport aux déchets sans recirculation. Le suivi réalisé sur le site laisse apparaître de nombreuses fluctuations sur les paramètres liés à la production de biogaz et de lixiviats. Toutefois, les résultats semblent également montrer l'influence de la recirculation sur la matière soluble des déchets.The bioreactor landfill is designed to optimize the humidity rate of the waste and the anaerobic biodegradation of the waste organic matter by leachate recirculation. The major interest of leachate recirculation is to increase the gas production rate under controlled moisture content and hence, to reduce the time period of leachate & biogas treatment. In partnership with the SYDOM of Jura and ADEME, leachate recirculation was performed in situ. In the same time, bioreactor cells at laboratory-scale were performed to determine the effect of several physico-chemical factors for the waste biostabilization and to determine the changes in waste organic matter. The bioreactor landfill increase the gas production rate and the waste biodegradation. At pilot with leachate recirculation, organic matter accumulate to much higher level in the leachate. In pilot with leachate recirculation, organic matter is more stable than organic matter of waste in pilot without leachate recycling.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Evaluation du rôle des activités microbiennes dans le devenir de déchets essentiellement minéraux en fonction du scénarion de valorisation ou de stockage

La thèse vise à élaborer une méthodologie permettant d évaluer l évolution microbienne possible de déchets solides, majoritairement minéraux et contenant une certaine fraction de matière organique, en fonction de scénarios donnés. Le travail propose d abord une synthèse bibliographique des aspects fondamentaux de la biodétérioration de déchets essentiellement minéraux et la synthèse des procédures existantes d évaluation bio-physico-chimique des déchets. Dans une deuxième phase, l étude cherche à examiner la pertinence et l adaptabilité des tests existants d évaluation de la biodégradabilité et plus globalement de suivi du comportement des déchets dans différents scénarios de gestion (valorisation ou stockage). A partir de ces observations, des adaptations ou de nouvelles procédures ont été mises au point afin de proposer une méthodologie générale permettant d évaluer la biodégradabilité de déchets majoritairement minéraux contenant une fraction plus ou moins importante de matière organique. Pour cela, cinq déchets minéraux différents de part leur nature, leur process de fabrication, leur état de maturation, , ont été sélectionnés. De nombreuses analyses physico-chimiques (analyses élémentaires des majeurs et mineurs, analyses de la fraction carbonée, essais de lixiviation, essais ANC, ) et biologiques (analyses quantitatives de la microflore et de sa biodiversité, essais de comestibilité, de biodégradabilité intrinsèque et de biolixiviation) ont été effectuées afin de caractériser le plus largement possible ces déchets. Cette étude montre clairement que la réalisation de l ensemble de ces essais n est pas indispensable pour étudier le comportement d un déchet dans un scénario donné mais aussi que deux déchets a priori assez similaires peuvent se comporter différemment. Le choix des essais à réaliser doit donc être fait en fonction des objectifs recherchés et adapté à chaque déchet en fonction du scénario de gestion. La synthèse de ce travail montre que dans la plupart des cas, les essais de longues durées sont à privilégier car l activité microbienne nécessite des phases d adaptation parfois très longues (par exemple, une production de méthane a été mise en évidence après 500 jours d incubation). Bien que le temps est important dans le développement de l activité microbienne, l analyse statistique des données a montré qu il ne jouait pas le rôle principal dans la variabilité des résultats obtenus mais que les différences entre les déchets et principalement les conditions d incubation testées (incubations sur solide, en suspension, en aérobiose ou anaérobiose, avec ou sans ajout d éléments nutritifs, ) étaient prépondérants. Dans les déchets minéraux, l activité microbienne n est généralement pas favorisée par les conditions très alcalines du milieu et le manque de ressources nutritives (notamment de matière organique). Néanmoins, selon les conditions d incubation, l analyse moléculaire de l ADN des populations par DGGE montre que des populations sont très bien établies et se développent en fonction des modifications physico-chimiques des matrices. Ces modifications peuvent être liées directement ou indirectement à l activité des micro-organismes et entraîner une augmentation de la solubilisation des éléments métalliques polluants (Pb, Cu, Cr, Zn). L étude a en effet montré que l évolution physico-chimique de ces déchets influence leur évolution microbiologique et inversement.The aim of the thesis is to develop a methodology for evaluating potential microbial activities on solid waste, mainly mineral but containing a significant fraction of organic matter, according to possible scenarios of use. In a first time, a literature synthesis is proposed. It speaks about the fundamental aspects about the biodeterioration of mineral waste and realizes a synthesis of existing procedures about bio-physico-chemical evaluation of waste. Then, the study aims to see the relevance and adaptability of existing biodeterioration evaluation tests and overall the monitoring of the behavior of waste in various scenarios of management (reuse or storage). Using these observations, adaptations or new procedures were developed in order to propose a general methodology allowing to evaluate the biodeterioration of waste mainly mineral. [...]The waste of this work show that in most cases, tests with long durations of incubation are to be privileged because the microbial activity sometimes requires very long adaptation phases (for example, a production of methane was observed after 500 days of incubation). Although test duration is important in the development of microbial activity, data statistical analysis showed that it did not play the main part in the variability of the results obtained but that the difference between wastes and mainly the conditions of incubation tested (incubation conditions on solid, in suspension, aerobic or anaerobic conditions, with or without addition of nutritive elements ) were predominant. In mineral wastes, the microbial activity is generally not favored by the very alkaline conditions and the lack of nutritive resources (in particular organic matter). Nevertheless, according to incubation conditions, the DNA molecular analysis of the populations by DGGE shows that populations are very well established and develop according to the matrices physicochemical modifications. This alteration can be directly or indirectly related to the micro-organisms activities and involve an increase in solubility of the metallic pollutants (Pb, Cu, Cr, and Zn). Indeed, the study showed that the physicochemical evolution of the wastes influences their microbiological evolution and conversely. There are strong interactions between physiochemical and microbiological evolutions.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Biofiltration onto pine bark for the treatment of water contaminated with atrazine: influence of sorbent on Pseudomonas sp. strain adp

A combination of adsorption and biodegradation processes was studied as a potential for the treatment of water contaminated with atrazine. Pine bark was used as a cheap and readily available sorbent, and Pseudomonas sp. strain ADP as atrazine degrader. Pseudomonas sp. strain ADP was found to be able to grow in the aqueous bark extract and to use the soluble bark organics as carbon sources. However, a lag period of about 25 hours was observed in cultures in sterile bark extract for the growth and atrazine biodegradation as compared with the cultures grown in a mineral medium. In pine bark aqueous extract, Pseudomonas sp. strain ADP was shown to mineralize 75% of atrazine in 330 hours (initial concentration of 44.2 mg·L–1). The presence of sterile pine bark particles (liquid to solid ratio of 20) in mineral medium reduced the yield down to 50% due to atrazine sorption onto bark

Biodétérioration microbienne des déchets : définitions, principes et méthodes d'évaluation.

International audienc

Apport de la recherche universitaire à la compréhension du stress qualitatif et quantitatif de l’eau en Haïti

International audienceThis work provides a brief overview of the contribution of university research to the understanding of qualitative and quantitative water stress in Haiti. It focuses on the fragility of the aquatic ecosystems as well as the threats to which are exposed the water resources of the country. The works presented in this plenary, allow concluding that the water scarcity in Haiti is not only linked to the availability of resources. This scarcity seems to be primarily a management problem that the majority of the Haitian population and the general geophysical environment of the countries are confronted. These works are articulated around four main axes. The first axis concentrates on the problem of the water in the precarious districts of the metropolitan region of Port-au-Prince. The second axis approaches the question of the microbiological and physicochemical quality of the water intended for the human consumption. The third axis presents the impacts of the urban effluents on the aquatic ecosystems. The fourth axis is dedicated to the treatment of the urban effluents and the management of environmental risks. This organization is important because it facilitates a better interpretation of the various data collected and processed in these works on the water in Haiti. It again raises the need to approach the management of the country environment in a holistic and multidisciplinary approach. The verification of the results presented in this plenary, and their application in different temporal and spatial scales, can considerably contribute to the reduction of the hydrosocial and environmental risks, and ultimately improve the health and the living conditions of the population.Este trabajo ofrece una breve visión general de la contribución de la investigación universitaria a la comprensión de la escasez cualitativa y cuantitativa de agua en Haití. Se centra en la fragilidad de los ecosistemas acuáticos, así como las amenazas a las cuales están expuestos los recursos hídricos del país. Los trabajos presentados en este plenario, permiten a la conclusión que la escasez de agua en Haití no sólo está ligada a la disponibilidad de los recursos. Esta escasez parece ser principalmente un problema de gestión que la mayoría de la población de Haití y el ambiente geofísico general del país tienen que hacer frente. Estos trabajos se articulan alrededor de cuatro ejes principales. El primer eje se centra en el problema del agua en los barrios precarios de la región metropolitana de Puerto Príncipe. El segundo eje se acerca a la cuestión de la calidad microbiológica y fisicoquímica del agua destinada al consumo humano. El tercer eje presenta los impactos de los efluentes urbanos sobre los ecosistemas acuáticos. El cuarto eje está dedicado al tratamiento de los efluentes urbanos y la gestión de riesgos ambientales. Esta organización es importante porque facilita una mejor interpretación de los diversos datos recogidos y tratados en estos trabajos sobre el agua en Haití. Se plantea de nuevo la necesidad de abordar la gestión del medio ambiente del país el país de una manera holística y multidisciplinaria. La verificación de los resultados presentados en este plenario, y su aplicación en diferentes escalas temporales y espaciales, pueden contribuir considerablemente a la reducción de los riesgos hidrosociales y ambientales, y en última instancia, mejorar la salud y las condiciones de vida de la población.Ce travail présente une synthèse de l’apport de la recherche universitaire à la compréhension du stress qualitatif et quantitatif de l’eau en Haïti. Il met l’accent sur la fragilité des écosystèmes aquatiques ainsi que sur les menaces auxquelles sont exposées les ressources en eau du pays. Les travaux présentés dans cette plénière permettent d’avancer que la rareté de l’eau en Haïti n’est pas uniquement liée à la disponibilité de la ressource. Elle semble être avant tout un problème de gestion auquel la majorité de la population haïtienne et l’environnement géophysique général du pays sont confrontés. Ces travaux sont articulés autour de quatre axes principaux. Le premier axe se concentre sur la problématique de l’eau dans les quartiers précaires de la région métropolitaine de Port-au-Prince. Le deuxième axe touche la question de la qualité microbiologique et physicochimique de l’eau destinée à la consommation humaine. Le troisième axe présente les impacts des effluents urbains sur les écosystèmes aquatiques. Le quatrième axe est consacré à l'épuration des effluents urbains et la gestion des risques environnementaux. Cette organisation est importante puisqu’elle facilite une meilleure interprétation des différentes données collectées et traitées dans ces travaux sur l’eau en Haïti. Elle pose à nouveau la nécessité d’aborder la gestion de l’environnement du pays selon une approche holistique. La vérification des résultats présentés dans cette session, et leur application à des échelles temporelles et spatiales différentes, peuvent considérablement contribuer à la réduction des risques hydrosociaux et environnementaux, et in fine améliorer la santé et les conditions de vie de la population

Operational fractionation of arsenic in a mining soil

International audienceThe environmental assessment of historical mining sites contaminated with various inorganic species, as also the determination of remediation targets require a better knowledge of pollutant-bearing phases. The objective of this paper was to investigate the operational fractionation of arsenic (As) in an As contaminated (ca. 3 wt%) soil collected from a gold mining site in France, where mining activities and smelting processes of gold ores took place until 2004. Single and sequential chemical extraction procedures wereperformed to evaluate the potential mobility of As according to the fractions to which it was associated in the contaminated soil, and also the part of As sorbed onto soil particles. These procedures used provided information on the nature of arsenic fixation processes in the mining soil studied. Results showed that As appeared mainly sorbed (ca. 72%) with iron on the soil particles, in particular amorphous iron oxyhydroxides. These results confirmed a potential risk of arsenic mobilization under acidic and/or reducing conditions, which frequently occur in mining environment. This research evidenced the importance of the knowledge of As-bearing phases to better predict the mobility of this pollutant and in turn improve the management of arsenic contaminated sites

Influence of the presence of PAHs and coal tar on naphthalene sorption in soils

International audienc

Influence of the presence of PAHs and coal tar on naphthalene sorption in soils

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