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At a fermentation-industry wastewater plant, nitrogen normally follows a one-way route: microbes help convert it through several compounds until it becomes nitrogen gas. Researchers at Japan’s National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), working with Kirin Holdings, Tokyo University of Agriculture and Technology, and Kyoto University, have now shown a way to interrupt that route and retain the nitrogen as ammonium in scaled-down treatment processes.
Dans une station de traitement des eaux usées de l’industrie de la fermentation, l’azote suit normalement une voie à sens unique : les microbes contribuent à le convertir à travers plusieurs composés jusqu’à ce qu’il devienne de l’azote gazeux. Des chercheurs de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées du Japon (AIST), en collaboration avec Kirin Holdings, l’Université d’agriculture et de technologie de Tokyo et l’Université de Kyoto, ont montré une méthode permettant d’interrompre cette voie et de retenir l’azote sous forme d’ammonium dans des procédés de traitement à échelle réduite.
The lever is counterintuitive: low dissolved oxygen and low pH. The team used wastewater modeled on real industrial streams to acclimate the activated-sludge microbial community—the mix of microbes that performs the treatment—away from nitrogen removal and toward nitrogen recovery. Their work appears in Water Research.
Le levier est contre-intuitif : une faible teneur en oxygène dissous et un pH bas. L’équipe a utilisé des eaux usées modélisées à partir de flux industriels réels pour acclimater la communauté microbienne des boues activées — le mélange de microbes qui assure le traitement — afin de passer de l’élimination de l’azote à sa récupération. Leurs travaux sont publiés dans Water Research.
Today’s nitrification-denitrification process uses aeration to supply large amounts of oxygen. Nitrogen compounds are converted through ammonium, nitrite, nitrate, nitric oxide and nitrous oxide before ultimately being released as nitrogen gas. Holding the process at ammonium could preserve a compound useful in fertilizers and as a potential energy resource, rather than treating nitrogen only as something to eliminate.
Le procédé actuel de nitrification-dénitrification utilise l’aération pour fournir de grandes quantités d’oxygène. Les composés azotés sont convertis en ammonium, nitrite, nitrate, monoxyde d’azote et protoxyde d’azote avant d’être finalement rejetés sous forme d’azote gazeux. Maintenir le procédé au stade de l’ammonium pourrait préserver un composé utile dans les engrais et potentiellement exploitable comme ressource énergétique, plutôt que de traiter l’azote uniquement comme une substance à éliminer.
The proposed Microaerobic Activated Sludge process does not recover a commercial product on its own. It is designed to feed downstream separation and concentration technologies, which could extract ammonia from the treated stream. AIST says the approach may allow existing treatment plants to move from decomposition and removal toward energy recovery without major modifications.
Le procédé proposé, baptisé « Microaerobic Activated Sludge », ne permet pas à lui seul de récupérer un produit commercial. Il est conçu pour alimenter des technologies de séparation et de concentration en aval, qui pourraient extraire l’ammoniac du flux traité. L’AIST estime que cette approche pourrait permettre aux stations de traitement existantes de passer de la décomposition et de l’élimination à la récupération d’énergie sans modifications majeures.
So what changes in practice? If the microbial control can be transferred from the scaled-down systems to full-sized plants, fermentation and pharmaceutical wastewater facilities could use less oxygen-intensive treatment while retaining nitrogen for reuse. For now, the reported tests used scaled-down processes and simulated wastewater, so the process has not yet been demonstrated at full scale.
Qu’est-ce que cela change en pratique ? Si le contrôle microbien peut être transposé des systèmes à échelle réduite aux stations de taille réelle, les installations traitant les eaux usées de la fermentation et de l’industrie pharmaceutique pourraient utiliser un traitement moins gourmand en oxygène tout en conservant l’azote pour le réutiliser. Pour l’instant, les tests rapportés ont utilisé des procédés à échelle réduite et des eaux usées simulées : le procédé n’a donc pas encore été démontré à grande échelle.