Journée des chercheurs en HE - Projet aquafloc

1. AQUAFLOC
Journée des chercheurs en HE, le 23 novembre 2017
Présenté par Tricia Velghe
FIRST HAUTE ECOLE CONVENTION 1510497
Développement d’une nouvelle génération de filtres biologiques par voie
hétérotrophe appliquée aux eaux récréatives

2. Porteur du projet : Meurice R&D asbl
(centre de recherche associé à la HELdB)
Département : Unité de Biotechnologie
Domaines d’activités : développement de bioprocédés
- Propagation de microorganismes à l’échelle pilote (bactéries & levures)
- Purification de molécules issues du vivant
- Technologies de séchage (atomisation, lyophilisation, lit fluidisé)
- Génie environnemental
Partenaire industriel : Aquatic Science sa
Domaines d’activités : commercialisation d’équipements
et produits pour les eaux récréatives
- Développement d’équipements de traitements des eaux
- Formulation de consommables pour le traitement des eaux
et le soin des poissons.
Financement par la Région wallonne (DGO6)
Direction générale opérationnelle de l'Économie,
de l'Emploi et de la Recherche
1. PARTENAIRES
2

3. 2. CONTEXTE
3

4. Cycle naturel
Carbone dissous : CO2 > Corg
 Sélection de la flore autotrophe
• Bactéries et phytoplancton (microalgues)
Assimilation du N inorg (synthèse biomasse)
Activité nitrifiante (bactéries aérobies)
Oxydation du NH3/NH4
+- NO2
-  NO3
-
 Flore hétérotrophe peu abondante en
suspension
• Bactéries (aérobies – anaérobies)
Assimilation du N inorg (synthèse biomasse
bactérienne)
Activité dénitrifiante (anaérobies facultatives)
Réduction du NO3
-  NO2
-  N2
Biofloc (aquaculture)
+ Apport de Corg soluble (Corg > CO2)
+ Apport O2
 Sélection de la flore hétérotrophe aérobie
V croissance hétérotrophe > autotrophe
Assimilation du N inorg (synthèse biomasse bactérienne)
Biomasse bactérienne = FLOCS
Flocs consommés tels quels par certaines espèces de
poissons d’élevage
Elimination totale N inorg :
Ajustement du rapport C/N ≥ 10
60 % du carbone éliminé sous CO2
40 % du carbone assimilé dans biomasse bactérienne
4
3. OBJECTIFS :
TECHNOLOGIE BIOFLOC

5. 3. OBJECTIFS DU
PROJET
Adaptations technologiques pour les eaux récréatives
• Sélectionner des espèces sporulantes à forte assimilation N et P
• Maintien cette flore hétérotrophe aérobie/anaérobie facultatif
• Bactéries formatrices d’agrégats cellulaires (flocs)
• Confinement de la biomasse dans un filtre
• Biomasse récoltable et revalorisable
5

6. 4. ÉTAPE 1
6
But : Sélection d’un consortium bactérien parmi 14 souches.
Analyses
 Taux de croissance des souches à différentes températures (10-15-20°C)
 Utilisation des sources de carbone (test en Galerie api 50 CH)
 Caractérisation de l’assimilation des formes inorganiques d’azote et de
(étude du métabolisme)
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
µ(h-1)
10°C
15°C
20°C
Bactéries
formatrices de flocs
Bactéries
psychrophilesBacillus subtilis like
1
2
3
4
5
6

7. 4. ÉTAPE 1
7
Étude du métabolisme
 Echantillonnage 3x/j
 Mesure de DO (spectro) et pH
 Dosage NO2
-, NO3
-, NH4
+ et P
 Demande chimique en oxygène
 Dénombrement par étalements
Conditions expérimentales
Échelle
Fioles de 2 L
(volume liquide 1,5L)
Température 20°C
Agitation 0 RPM
Aération 1 VVM (1,6L/min)
Source de carbone Glucose
Souches
bactériennes
14
(testées individuellement)
Milieu SWP3
Compléments
Carbonate de Ca 0,80 g/L
+ Oligoéléments
Substrat carboné 3,33 g/L
Répétition duplicate
1
2
3
4
5
6

8. Sélection d’un consortium parmi 14 souches
2 souches sporulantes intéressantes
• Souches A
• Souches B
8
Taux de croissance à 3 températures 10 – 15 – 20 °C (milieu 2xSG)
Utilisations des substrats carbonés (Galerie Api 50 CH)
Caractérisation du métabolisme à 20°C (milieu SWP 3 + glucose)
CONCLUSION DE
L’ÉTAPE 1
1
2
3
4
5
6

9. 4. ÉTAPE 2
But : Utilisation de différentes substrats carbonés par le
consortium bactérien de 2 souches.
9
1
2
3
4
5
6
Monocomposites Multicomposites
 7 substrats carbonés
• Solubles partiellement
ou totalement (2+2):
glucose, amidon,
cellulose soluble
• Insolubles(3):
bases constitutives de
biopolymères
 5 substrats carbonés
• Conçus sur-mesure,
hydratation lente
Faible résistance mécanique des substrats assimilés
Carbones insolubles non accessibles pour les microorganismes
=> Combinaison des avantages en développant des substrats
multicomposites car pas de substrat idéal parmi les monocomposites

10. Les performances évaluées des multicomposites :
- Disponibilité du carbone
- Abattements N & P
- Tenue mécanique
- Production de biomasse bactérienne
=> Sélection d’un multicomposite
fournissant des performances optimales
Aspects à valider :
- Biodégradation de la fraction de
carbone insoluble sur le long terme
- Compatibilité du carbone résiduel
avec l’alimentation des poissons
10
1
2
3
4
5
6
CONCLUSION DE
L’ÉTAPE 2

11. 4. ÉTAPE 3
But : Test en aquarium de 18L avec l’eau d’élevage de
poisson enrichie par de fréquentes doses de N et P.
11
• Apport d’une dose : Charge initiale en substrat carboné :
- 2 ppm de N (NH4
+) - 12 g de susbtrat pour 18L
- 0,12 ppm de P (PO4
3-)
• Traitements appliqués aux 12 aquariums :
• témoins négatifs sans carbone et sans bactérie
• monocomposites sans bactérie
• multicomposites sans bactérie
• multicomposites avec bactéries
1
2
3
4
5
6

12. 0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350
Conc.(Nppm)
Durée (h)
DOSAGE DES 3 FORMES AZOTÉES (N TOT)
12
Somme des
ajouts azotés
Groupe défavorable
proche du témoin négatif
Groupe favorable montre des
abattements intéressants

13. 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350
Conc.(Pppm)
Durée (h)
13
DOSAGE DU PHOSPHORE
Somme des ajouts
de phosphore
Groupe défavorable
proche du témoin négatif
Groupe favorable montre des
abattements intéressants

14. 4. ÉTAPE 4
But : Upscaling en bassins de 2400L avec l’eau d’élevage de
poissons enrichie par de fréquentes doses de N et P.
14
• Apport d’une dose : Charge initiale en substrat carboné :
- 1 ppm de N (NH4
+) - 315 g de substrat pour 2400L
- 0,06 ppm de P (PO4
3-)
• Traitements appliqués aux 2 bacs :
• multicomposite sans bactérie
• multicomposite avec bactéries
1
2
3
4
5
6

15. 4. ÉTAPE 5
15
But : Optimiser la propagation et la formulation des souches
bactériennes.
- Définir les conditions optimales de culture pour
obtenir de hautes concentrations de spores
- Propagation des souches en bioréacteur
- Récupération des spores par centrifugation
- Formulation et séchage par atomisation
=> Concentré de spores sous forme de poudre
applicable au sein du biofiltre
1
2
3
4
5
6

16. 5. CONCLUSIONS ET
PERSPECTIVES
Conclusions
• La technique est efficace pour réduire rapidement N et P tant au
laboratoire qu’à plus grande échelle (aquariums 18L)
• La formation des flocs est favorisée par la sélection des espèces
bactériennes et du support carboné (multicomposite)
Perspectives
• La validation et l’optimisation du prototype de filtration :
Colonisation et confinement des flocs dans le filtre
• La récupération et valorisation des flocs
- Amendement pour le sol
- Aliment pour poisson
16

17. Merci de votre attention
et
bonne journée