Que mesurent les tests de CODB et de COA

Un des objectifs de cette recherche est d'examiner les differences entre les resultats obtenus par les tests de dosage des matieres organiques biodegradables (MOB). L'autre objectif est de determiner comment les resultats peuvent correspondre a la valeur vraie de la MOB. L'etude a ete menee en employant un mode le mathematique qui tient compte des principes cinetiques et stoechiometriques. Le tableau 1 presente les exemples des equations de bilan de masse qui entrent dans le modele. Celui-ci permet de suivre la croissance de la biomasse, la degradation du substrat (MOB), le carbone organique dissous (COD), ainsi que la production et la degradation des produits microbiens solubles (PMS). Les PMS, qui possedent des poids moleculaires allant de moyens a eleves, sont produits durant le metabolisme normal des cellules (RITIMANN et al., 1987). Les PMS peuvent etre divises en deux groupes de produits associes: les PAU qui sont le resultat direct de l'utilisation du substrat et les PAB qui sont produits proportionnellement a la biomasse (PAB). Certaines hypotheses sont a la base des equations du bilan massique. La biomasse n'est constituee que d'heterotrophes. La MOB est modelisee en tenant compte de substrats facilement et difficilement degradables. Chaque substrat se distingue par sa valeur K inscrite au tableau 3. La densite de biomasse en debut de test est de 1 mgA (2400 UFC/ml), sauf quand la densite est modifiee dans le modele. Pour les besoins de la modelisation, les valeurs de MOB, de CODB et de biomasse ont ete converties en demande chimique en oxygene (DCO). Les facteurs de conversion utilises sont: 1,42 mg de MOB exprimee en DCO/mg de MOB exprimee en solides volatils dissous, 4,16 x 10-7 mg DCO/cellule et 2,67 mg acetate exprime en DCO/mg de C-acetate. Un ensemble de courbes typiques pour le modele est presente aux figures 1 et 2. La figure 1 montre les resultats obtenus pour un substrat facilement degradable tandis que la figure 2 presente ceux obtenus pour un substrat difficilement degradable. Dans les deux cas, la biomasse s'accroit graduellement pour atteindre un maximum, puis rediminue. Les vitesses et intensites de reaction dependent toutefois beaucoup des cinetiques de degradation de la MOB. Les deux figures traduisent l'accumulation continue des PMS, qui representent des proportions respectives de 43% et 30% de la MOB d'origine pour les substrats facilement et difficilement degradables. L'accumulation des PMS est importante, car la courbe de decroissance du COD est le resultat net de la MOB consommee moins les PMS accumules. Ceci implique que le changement dans le niveau de COD, qui represente le parametre de controle pour les tests CODB, n'egale pas la MOB vraie. Le CODB mesure ne representerait plutot que 50 a 60 % de la MOB d'origine. La figure 3 montre la relation qui existe entre le CODB et la MOB pour les deux types de substrats. Le CODB n'est pas egal a la MOB, ce qui est demontre par l'ecart observe par rapport a la droite d'equivalence de pente 1. Cette difference est due a deux phenomenes: I'accumulation des PMS depend de la MOB, tandis que l'ecart entre les deux types de substrat est le resultat des courbes s'approchant de Smin sur l'axe de la MOB, lorsque le CODB tend vers zero. Ce resultat est significatif, car des etudes ont demontre que la MOB dans les eaux brutes contient surtout des substrats difficilement degradables (LECHEVALLIER et al., 1991). Ainsi, faire l'hypothese que le CODB soit egal a la MOB pour les substrats difficilement assimilables se traduirait par une importante sous-estimation de la MOB dans l'echantillon. La figure 4 montre la relation observee entre la biomasse maximum, employee avec les tests COA (carbone organique assimilable), et la vraie MOB pour les deux substrats. Cette figure presente aussi l'etalon de calibration propose par van ter Kooij et al (1982), qui convertit le nombre de cellules en C-acetate (4,1 x 10 6 cellules par mg C-acetate). Ni le substrat facilement utilisable ni le substrat difficilement utilisable, ne s'approche de la courbe de calibration. Ces ecarts sont causes par la variation du premier ordre en ordre zero de l'equation de Monod et aussi parce que les courbes approchent le Smin ou la croissance des cellules est presque nulle. Lorsque la MOB dans l'echantillon est principalement constituee d'un substrat difficilement degradable, I'usage d'un etalon d'acetate produit une forte sous-estimation de la MOB vraie. La figure 5 montre la relation directe entre le CODB et le COA pour les deux types de substrats. L'augmentation du rapport CODB/COA avec la diminution de la MOB s'explique par le fait que la biomasse tend vers une croissance zero lorsque la MOB s'approche de Smin. Cette figure demontre clairement qu'il existe une difference fondamentale entre les mesures des tests CODB et COA, lorsque la MOB tend vers Smin. Toutefois, le rapport CODB/COA est presque unitaire dans le cas du substrat facilement degradable, quand la MOB se situe a l'interieur des limites de detection pour le dosage du CODB (environ 100 mg/l a la figure 5). Ainsi, il est possible d'obtenir le meme resultat avec les deux types de tests. Le modele permet aussi d'examiner l'effet des concentrations en biomasse initiale pour une [MOB] fixee. Pour un substrat facilement degradable, qui est entierement consomme en presence d'un faible inoculum, la modelisation montre que le CODB et la biomasse maximum ne sont pas affectes. Cependant, le resultat differe pour un substrat difficilement degradable qui n'est pas entierement consomme avec un inoculum de faible densite. Tel que presente a la figure 6, le CODB et la biomasse maximum augmentent fortement avec la densite de l'inoculum. Cet effet est du a la faible croissance de la biomasse qui survient en presence d'un inoculum de faible densite; la biomasse maximum et le COD minimum sont atteints apres 30 jours. Avec un inoculum important, la biodegradation survient plus rapidement et le CODB maximum est atteint avant 30 jours.