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The aim of this project was to measure green house gas (GHG) emissions from manures in covered and uncovered slurry stores and solid manure (FYM) heaps. The tracer ratio method, using SF6 as the tracer gas, was the chosen method of measurement although the limitations of this method prevented successful measurements being made on some of the stores. The difference in concentration of the upwind and downwind samples and interfering sources were limiting factors. Only when the solid manure was stored indoors were emission measurements successful. Methane emissions measured from the organic FYM in summer were 17.1 gC m-3.d-1 and N2O of 411 mgN.m-3d-1Emissions were successfully measured from the uncovered slurry stores. Emission rates from the uncovered slurry stores on the conventional farm and the organic farm ranged from 14.4 to 49.6 and from 12.4 to 42.3 gC.m-3.d-1 respectively and the mean CH4 emission rates were 35 and 26 gC.m-3.d-1. On both farms, N2O emissions were close to 0.The covered slurry stores were in such close proximity to other GHG sources that the tracer ratio method was unsuitable and another method was adopted. The measured emissions from covered slurry stores of CH4, CO2 and NH3 were respectively 14.9 gC m-3d-1, 12.9 gC m-3d-1 and 18.6 mg NH3 m-2d-1of slurry in February and 12.0 gC m-3d-1, 9.5 gC m-3d-1 and 335 mg NH3 m-2d-1slurry in March. No N2O production could be measured.

Biological aerobic treatment of pig slurry is one of the measures to limit land-application of manure. This treatment transforms the nitrogen compounds into N2 by nitrification and denitrification. However, this treatment may be a source of other gaseous emissions (NH3, CH4, N2O, CO2) emitted during the treatment and the following management of the treatment by-products. Within this framework, NH3, N2O, CH4 and CO2 release from a biological aerobic treatment system of pig slurry was investigated under field conditions. Field quantification and integration of the NH3, CH4, N2O, CO2 emission rates within a model based on the by-product flow enabled us to estimate annual gas flows. The results showed that the emissions of CH4, CO2 and NH3 were more important for the non-aerated effluents (raw slurry and separated solid fraction). The total gas emissions of NH3, CH4 and CO2 were close to 480 kgN, 3400 kgC and 12700 kgC per year respectively. The majority of the emissions occured during the storage of the separated solid fraction (59% of NH3 and 65% of CO2) and the raw slurry (29% of the NH3 and 54% of CH4). N2O was only measured above the biological reactor with 2.6 kgN per year.

[Departement_IRSTEA]MA [TR1_IRSTEA]TED / EPURE; For the optimisation of the biological intermittent aeration treatment of piggery wastewater, biological processes were investigated using 100L pilot-plant. The results demonstrated that more than 60% of total nitrogen was removed in gaseous form by nitrification followed by denitrification during the anoxic phase. During nitrification, oxidation of ammonium to nitrite was slower than oxidation of nitrite to nitrate leading to nitrite accumulation during aeration phase. Finally, a mathematical model was developed from experimental results to obtain process optimisation and used to predict the characteristics of the treated slurry.

Le stockage du lisier a fait l'objet d'importants investissements dans le cadre des programmes de mise aux normes. Le brassage est nécessaire por assurer l'homogénéisation du lisier en vue de l'épandage. Cette étude présente les résultats d'une analyse générale du brassage des stockages agricoles, plus particulièrement des installations équipées d'agitateurs submersibles. Les deux méthodes classiques en matière de mécanique des fluides ont été utilisées, à savoir l'étude sur maquettes et la simulation numérique. L'analyse des écoulements dans la fosse a permis de préciser les performances d'agitation dont le paramètre majeur est le débit de circulation. Il devient possible ainsi de se référer d'une manière plus critique aux indications fourniées par le constructeur. En prolongement de cette redéfinition des conditions d'agitation, une expérimentation relative aux émissions ammoniacales a été conçue et mise en oeuvre au Cemagref de Rennes. Elle permet de comprendre le rôle de l'agitation et d'en esimer son importance dans la problématique générale des émissions ammoniacales liées aux effluents d'élevage.

[Departement_IRSTEA]MA [TR1_IRSTEA]TED / EPURE; International audience; To optimise the intermittent aeration process for piggery wastewater, the Activated Sludge Model N°1 needs to be calibrated and adapted to this specific effluent. By combining aerobic and anoxic respirometric tests, biodegradation kinetics of organic fractions in piggery wastewater could be studied. Modeling of the respirometric curves proved that the simplified hydrolysis model was sufficient for piggery wastewater treatment simulation. The hydrolysis constant (KH) and heterotrophic sludge yield (YH) were determined at temperature and pH in the ranges 10-40°C and 7-9, respectively. The constants were slightly influenced by the temperature but not significantly affected by the pH, with average values of 3 d-1 for KH, and 0.60 for YH. The anoxic respirometric tests revealed that the experimental ASM1 anoxic correction factor (ng)was higher that one. This could be explained by the fact that the anoxic and the aerobic heterotrophic sludge yields were probably different. By fixing a value of 0.8 for ng, the anoxic sludge yield (YHD) could be calculated at 0.53. A modified version of ASM1 for substrate biodegradation in piggery wastewater intermittent aeration process was proposed, including the separation between the anoxic and the aerobic sludge yields and a simplified hydrolysis kinetic.

This article present the preliminary results concerning the quantification of gaseous emissions from biological treatment systems of pig slurry including NH3, N2O, CH4 and CO2. The results relate to the gas emissions observed during the storage in field conditions of the different products of a biological aerobic treatment (raw pig slurry, separated solid fraction, aerated slurry, biological sludge and separated liquid fraction). The emissions of CH4, CO2 and NH3 are more important for the storage of unaerated effluents (raw slurry and separated solid fraction) than for the storage of aerated effluents. The carboneous emissions (CH4 + CO2) are about 100 gC.m-3.j-1 for the storage of raw pig slurry, 880 gC.T-1.j-1 for separated solid fraction, 12 gC.m-3.j-1 for the storage of aerated slurry and biological sludge. For the storage of the separated liquid, no carboneous emissions were detected during the winter measurements. The average rates of NH3 volatilization are 6,7 gN.m-2.j-1 for the raw slurry, 28 gN.T-1.j-1 for the separated solid fraction, 0,35 gN.m-2.j-1 for the separated liquid fraction, 0,16 gN.m-2.j-1 for the storage of the aerated slurry and 0,26 gN.m-2.j-1 for the biological sludge. Whatever the studied storage, the emissions of N2O were nil. The integration of these emission factors with a model on the flows of products enabled us to consider gaseous flows on the scale of the exploitation., Cet article présente les résultats préliminaires d'une étude relative à la quantification des émissions de NH3, N2O, CH4 et CO2 de différentes filières de traitement biologique des lisiers de porcs. Les résultats concernent les émissions gazeuses observées lors du stockage en conditions réelles des différents produits d'un système de traitement biologique aérobie (lisier brut, refus de séparation, lisier aéré, boues biologiques, surnageant). Ce suivi indique que les émissions de CH4, de CO2 et de NH3 sont plus importantes pour les modules de stockage d'effluents non aérés (lisier brut et refus de séparation) que pour les modules d'effluents aérés. Les émissions carbonées (CH4 + CO2) sont de l'ordre de 100 gC.m-3.j-1 pour le stockage de lisier brut, de 880 gC.T-1.j-1 pour le refus de séparation, de 12 gC.m-3.j-1 pour le bassin de décantation et le stockage des boues biologiques. Les émissions carbonées de la lagune ont été nulles au cours de la campagne hivernale de mesures. Les taux moyens de volatilisation de NH3 sont de 6,7 gN.m-2.j-1 pour le lisier brut, de 28 gN.T-1.j-1 pour le refus de séparation, de 0,35 gN.m-2.j-1 pour le surnageant du lisier aéré, de 0,16 gN.m-2.j-1 pour le stockage du lisier aéré et de 0,26 gN.m-2.j-1 pour les boues de décantation. Quel que soit l'effluent stocké, les émissions de N2O ont été nulles. L'intégration des différents facteurs d'émissions obtenus à un modèle global sur les flux de produit nous a permis d'estimer les flux gazeux de cette station à l'échelle de l'exploitation.

Estimation of greenhouse gas emissions (GHG) from storage of livestock manure have been made at laboratory or by using chamber techniques, which are point specific and interfere with conditions at the slurry-atmosphere interface. The aim of this work was to developed a method without environmental interference called «tracer gas ratio method». The tracer ratio method was successfully calibrated. The method was used to monitor GHG emissions during the storage of cattle slurry and cattle FYM over a 10 months period.

The aim of this work was to develop and evaluate aeration as a strategy to reduce methane emissions during the storage of cattle slurry. For this purpose, a laboratory pilot including 3 storage reactors (9 litres each) was developed. One of them was equipped with an oxydo-reduction potential (ORP) probe in order to control aeration level. Methane (CH4) and ammonia (NH3) emissions were determined during all experiments. Aerobic storage with low level of aeration allow to reduce CH4 emissions during storage (>85%). However, NH3 emissions are promoted by aeration and the level of aeration should be minimized.

A simple and sensitive liquid chromatography method designed to determine volatile fatty acids (VFA) content in pig slurry sample is proposed. The acids are isolated with a cation exchange column for carbohydrates using an isocratic phosphate eluant coupled with an ultraviolet detector in series. Centrifuged and filtered samples can be directly injected into the liquid chromatographic system. The accuracy of this new liquid chromatographic chain using spiked solutions ranging between 20 to 5000 mg L-1 of VFA standard solution varied from 87 % to 124 %. Precision of the new procedure, expressed as variability, was between 9.2 % and 0.6 % for concentration of spike solutions between 20 and 5000 mg L-1 respectively., On propose une méthode simple et sensible de chromatographie liquide conçue mise au point pour quantifier les acides gras volatils dans un échantillon de lisier de porc. Ces acides sont isolés avec une colonne échangeuse de cations pour des hydrates de carbone en utilisant un éluant composé d`acide phosphorique en mode isocratique. Cette chaîne chromatographie est équipée d`un détecteur ultra-violet en série. Les échantillons centrifugés et filtrés peuvent être directement injectés dans le système chromatographique liquide. L'exactitude et la précision de cette nouvelle méthode a été déterminées en utilisant les solutions étalons s'étendant entre 20 et 5000 mg L-1. L`exactitude varie entre 87 % et 127 % respectivement pour la gamme de solution testée. La précision, exprimée par la variabilité de cette procédure a été évalué a 9.2% et 0.6% pour les même solutions testées.

Due to the nitrate pollution of water resources, treatment process for animal manure were developed in order to reduce the quantity of organic nitrogen spread on soils in intensive production zones. For the treatment of pig slurry, the optimisation of the biological treatment using intermittent aeration require (i) a better knowledge of the composition and variations of the raw slurry entering the treatment unit and (ii) a better characterization of the biological processes involved in the biological reactor. Within this framework, characterization of the biodegradability of raw slurry using ultimate BOD and respirometry, and modelling of the characteristics of the slurry were carried out during this study. Then, the biological processes were investigated using a laboratory pilot reactor previously developed. Finally, the results allowed the development of a mathematical model allowing to estimate the characteristics of the treated slurry depending on the characteristics of the breeding and the treatment unit. The results highlight different strategies of dimensioning and management according to characteristics of the raw slurry. The developed model will be used to define the regulation options necessary for the optimisation., Face à la pollution des eaux, notamment par les nitrates, des systèmes de traitement des déjections animales ont été développés dans les zones en excédent afin de réduire la quantité d`azote organique épandue sur les sols. Pour le traitement du lisier de porcs, l`optimisation et la fiabilisation du traitement biologique par aération intermittente nécessitent, d`une part, une meilleure connaissance de la composition et des variations du lisier entrant dans la station de traitement et, d`autre part, une meilleure caractérisation des processus biologiques mis en jeu dans le réacteur de traitement. Dans ce cadre, la mise au point de techniques de caractérisation de la biodégradabilité du lisier (DBO ultime, respirométrie) et la modélisation des caractéristiques du lisier dans la fosse d`homogénéisation en entrée de station ont été effectuées au cours de cette étude. Ensuite, l`étude des processus biologiques mis en jeu dans le réacteur de traitement a été réalisée à partir des résultats obtenus sur un pilote de laboratoire préalablement mis au point. Finalement, l`ensemble de ces résultats a permis le développement d`un modèle mathématique permettant d`estimer les caractéristiques du lisier en sortie de la station de traitement en fonction des caractéristiques de l`élevage et de la station de traitement. Les résultats mettent en évidence des stratégies de dimensionnement et de gestion différentes selon les caractéristiques du lisier brut. Le modèle développé doit permettre, à terme, de définir les moyens de régulation nécessaires à la fiabilisation du procédé de traitement pour les différents cas existants.

Dairy cattle slurry tanks could represent significant sources of methane (CH4), nitrous oxide (N2O) and carbon dioxide (CO2) to the atmosphere. To monitor greenhouse gas (GHG) emitted during storage, a new method based on tracer gas ratios was developed. For this purpose, a controlled quantity of sulphur hexafluoride (SF6, tracer gas) was continuously released above the storage tank to supplement the GHG emissions. The ratio between GHG and SF6 was calculated from data measured using gas chromatography units. These systems allowed continuous monitoring of SF6, CH4, N2O and CO2 concentrations in the upwind and downwind air from the storage tank during a full year period. The sampling systems were concurrently installed in an organic and a conventional cattle farm. Dairy cow slurry production and chemical characteristics were also monitored. For the conventional farm, methane emissions rates were comprised between 0 to 1023 g.C-CH4.m-3.d-1 with an average of 35 g.C-CH4.m-3.d-1. The emission rates varied from 0 and 384 g.C-CH4.m-3.d-1 -1 for the organic farm with an average of 26 g.C-CH4.m-3.d-1. In both farms, no emissions of nitrous oxide were measured attributed to storage conditions. For carbon dioxide, no emissions were recorded because the emission rate was not high enough to increase the background atmospheric concentration.

The evolution of the dominant microbial community of a pig slurry was followed in a pig farm during 6 months. Sampling was carried out on all the different management steps of effluent : faeces, storage tank, lagoon of storage and soil before and after slurry spreading. Total DNA of these various samples were extracted and analyzed by PCR-SSCP, in particular for the archaea and bacteria domain and for specific bacterial groups. This study shows first a relative stability in time of the microbial populations met in the stored pig slurry. However, migration of this effluent through different environments (e.g. digestive tract - to storage tank) modify the microbial community probably to the profit of better adapted species. Lastly, micro-organisms present in the effluent could not be detected any longer in soil after spreading, using the SSCP technique. The dominant archaea of the flora of faeces and pig slurry were identified. They belong to genus Methanosphaera, Methanobrevibacter and Methanogenium, all hydrogenotrophic achaea methanogens. No aceticlastic archaea methanogen were found, in spite of the strong acetate content measured in pig slurry. SSCP bacteria profiles obtained reflect a large bacterial diversity where 9 dominant phylotypes can be characterized. Due to the complexity of obtained profiles, bacteria genders were grouped by targeting three dominant bacterial groups such as Clostridiacea, Bacillus-Streptococcus-Lactobacillus and Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides. Identification of dominant phylotypes was carried out for these 3 groups. The majority of identified phylotypes are close to uncultivated bacteria. With these results, identification of 5 of the 9 dominant bacterial phylotypes of pig slurry was carried out. Bacteria mostly represented in this ecosystem corresponds to bacteria not cultivated yet closely related to Clostridium butyricum and four other are close to uncultivated bacteria belonging to genus Prevotellaceae, Bacteroidaceae and Streptococcaceae., L`évolution de la communauté microbienne majoritaire d`un lisier a été suivie dans un élevage de porcs pendant une période de 6 mois. Des prélèvements ont été réalisés sur toute la filière de gestion des déjections : fèces, fosse de stockage, lagune de stockage et sol avant et après épandage. Les ADN totaux de ces différents échantillons ont été extraits et analysés par PCR-SSCP, notamment pour les domaines archaea et eubacteria ainsi que pour des groupes bactériens majoritaires. Le suivi montre une stabilité dans le temps des populations microbiennes rencontrées dans le lisier stocké. En revanche, le passage de l`effluent dans un environnement différent (ex. du tube digestif - à la fosse de stockage) s`accompagne d`une modification de la communauté microbienne probablement au profit des espèces les mieux adaptées. Enfin, les micro-organismes présents dans l`effluent ne sont plus décelables dans le sol après épandage avec la technique SSCP. Les archaea dominantes de la flore des fèces et du lisier ont été identifiées, elles appartiennent aux genres Methanosphaera, Methanobrevibacter et Methanogenium, archaea méthanogènes hydrogénophiles. Aucune archaea méthanogène acétoclaste n`a été retrouvée dans la filière, malgré la forte teneur en acétate mesurée dans le lisier. Pour les eubactéries, les profils SSCP obtenus reflètent une forte diversité bactérienne où 9 phylotypes dominants peuvent être caractérisés. Etant donné la complexité des profils obtenus, un découpage de ces profils a été réalisé en ciblant trois groupes bactériens a priori dominants tels que Clostridiacea, Bacillus-Streptococcus-Lactobacillus et Cytophaga-Flexibacter-Bacteroides. L`identification des phylotypes majoritaires a été réalisée pour ces 3 groupes. La majorité des phylotypes identifiés sont proches de bactéries non cultivées. En recoupant les données, l`identification de 5 des 9 phylotypes bactériens dominants du lisier a été réalisée. La bactérie la plus représentée dans cet écosystème correspond à une bactérie non cultivée proche de Clostridium butyricum. Les quatre autres majoritaires sont proches de bactéries non cultivées appartenant au familles Prevotellaceae, Bacteroidaceae et Streptococcaceae.

[Departement_IRSTEA]EEE [TR1_IRSTEA]21 - TECHNEAU / EPURE; In intensive farming areas, the design of biological nitrogen removal plants for piggery wastewater requires a better understanding of the biodegradability of the effluent. For this purpose, an experimental procedure based on ultimate BOD tests and respirometry was developed to quantify the soluble (SI) and particulate (XI) inert organic fractions, and the readily (SS) and slowly (XS) biodegradable organic fractions contained in piggery wastewater.For the four wastewaters tested, the SI and XI fractions were equal to 3-4 gO2.l-1 and 17-28 gO2.l-1, respectively, which resulted in a total inert fraction of 42 to 84% of total COD. The SS and XS fractions were very variable, ranging 0-5 gO2.l-1 and 4-25 gO2.l-1 respectively, depending on the farm management practices and the storage conditions prior to biological treatment. From these results, the denitrification potential of the piggery wastewaters could be assessed. Despite of the high COD content of the four wastewaters, only two wastewaters had a sufficient Total biological oxygen demand / Ammonium (TBOD/NH4-N) ratio to allow a complete denitrification. Factors influencing the COD fractions in piggery wastewater should be studied to optimise the design and operation of the treatment plants.

In order to determine gaseous emissions during broilers production, an experimental growing room was equipped to continuously monitor air extraction through fans installed on roof of the building. A group of 5000 broilers was disposed on concrete floor with a woodchips litter (240 m2). Fluxes of gases were continuously analysed using Non Dispersive Infra Red spectrometer for CH4, CO2 and N2O, and using acid trapping for NH3. All fan's flow were quantified with several methods according to the different depression's configurations; Fan's working periods were detected by amperometric sensors and recorded with a datalogger which allowed the management of the solenoid valves and the data from NDIR spectrometer. Instantaneous sampling of inlet and outlet air were realised at least 3 times a week to be analysed at laboratory by using gas chromatography. The monitoring was carried out for the growing period (i.e. 35 days). Manure stayed on floors during 3 days after harvesting broilers. Additional investigations on litter's emissions were developed during the 1st and the 3rd day with accumulation chambers and chromatographic analyses. These investigations were made in the same time, both on the concrete floor room and on a beaten earth floor room, distinguishing sleeping, eating, and drinking areas. Carbon dioxide contents were varying from 0,7/0,8 % at the start of growing, to 0,2/0,3 % after 3 weeks growing (stop of air heating machines). Ammonia emissions over the growing period reached to 4,8.10-3 kg N-NH3 per animal, and showed different steps, which can be related to modifications in litter behaviour. Results of accumulation's method after harvesting animals showed only a decrease of N2O content from 1st to 3rd day, from 9.10-3 mg N-N2O.m-3 to 5.10-3 mg N-N2O.m-3, with first day higher concentration probably du to handling engine combustion. A mass balance including started litter, feeding, chicks, broilers, exhaust gas and manure was established to analyse influence of floor construction (+26 kg total Nitrogen in litter on beaten earth floor).

In some areas, aerobic treatment can deal with different pollution problems, especially with water pollution by nitrate. During treatment, nitrogen is removed as nitrogen gaseous forms by nitrification followed by denitrification. However, transformations and transfer of nitrogen of the slurry to the atmosphere could be a source of gas pollution (N2O, NH3). The influence of these parameters on nitrogen removal and gaseous emissions during aerobic treatment of slurry were specified with different studies taking laboratory treatment systems as a basis. During a series of 10 runs carried out in laboratory we were able to measure a nitrogen removal ranging from 15 to 66% of the total nitrogen of the raw slurry during aeration. Cumulating nitrogen removal obtained during aeration with the removal from post-storage (10 to 57% of the total nitrogen of the raw slurry), a total nitrogen removal efficiency ranging from 52 to 85% of the total nitrogen of the raw slurry was obtained. Carbon availability of the raw slurry (BOD) and aeration strategy are the main parameters, which influence nitrogen transformations. For different aeration strategies, NH3 and NOx emissions are low during aeration (£0.8% of the total nitrogen of the raw slurry) and the main pathways for nitrogen removal are N2 and N2O. Results from the current work indicate the importance of the parameters of treatment on removal efficiency and the nitrogen gaseous forms emitted. According to these results, it seems possible to develop aerobic treatment systems yielding high level of nitrogen removal without atmospheric gas pollution, particularly with N2O. Finally, results obtained during this study, validated by some more recent results obtained on farm scale unit experiments underline the main recommendations for the management of the biological aerobic treatment units in order to improve nitrogen removal., Le traitement aérobie du lisier est envisagé, dans certaines régions, comme une alternative susceptible de résoudre différents problèmes de pollution, notamment la pollution des eaux par les nitrates. Au cours du traitement, une partie de la charge azotée du lisier est transformée en composés azotés gazeux par nitrification et dénitrification. Cependant, les transformations et le transfert de l'azote du lisier vers l'atmosphère engendrent parfois des émissions de gaz polluants tels que le protoxyde d'azote (N2O) et l'ammoniac (NH3). Différentes études, réalisées à l'aide d'un pilote de laboratoire instrumenté, précisent l'influence des paramètres de fonctionnement sur l'élimination d'azote et sur la production de gaz polluants pendant le traitement aérobie du lisier de porcs. Les essais menés en laboratoire ont permis de mettre en évidence une élimination de 15 à 66 % de l'azote total du lisier brut pendant l'aération. En ajoutant le taux d'élimination obtenu pendant la phase d'aération avec celui issu de la phase de stockage (10 à 57 % de l'azote total du lisier brut), on atteint des taux d'élimination compris entre 52 et 85 % de l'azote total du lisier brut. Les principaux paramètres de fonctionnement influençant les transformations sont la quantité de carbone assimilable du lisier brut (DBO) et la stratégie d'aération. Pour les différentes stratégies de traitement, les émissions de NH3 et NOx sont faibles pendant l'aération (£ 0,8 % de l'azote total du lisier brut) et les principales voies d'élimination sont le N2 et N2O. Ces travaux soulignent l'importance des paramètres de fonctionnement sur l'efficacité épuratoire globale et sur les formes azotées gazeuses émises dans l'atmosphère. D'après l'ensemble de ces résultats, il apparaît possible de mettre en place des systèmes de traitement aérobie permettant une élimination d'azote importante tout en évitant les transferts de pollution vers l'atmosphère, notamment vis-à-vis du N2O. Enfin, l'analyse des résultats obtenus au cours de ce travail complétés par des travaux récents sur site " grandeur réelle " permet de souligner les principales recommandations pour le dimensionnement et la gestion des unités de traitement du lisier de porcs, en vue d'une optimisation de l'élimination de l'azote.

This article described the methodology for the start up of the biological treatment reactor of Romillé done without addition of external source of activated sludge. Oxygen was supplied by means of a surface aerator which ran 8 times per day. Each aeration step was followed by a low addition of raw slurry during the first 3 months. After the occurrence of nitrification observed by nitrites and nitrates build up, kjeldahl and ammoniacal nitrogen decreased. Following this stage, raw slurry flow rate was increased until nominal value 9 m3 per day, five months after the beginning of the experiment., La station expérimentale de Romillé a choisi, pour des raisons sanitaires, de démarrer son unité de traitement biologique sans ensemencement initial par des boues provenant d'un autre ouvrage. Cet article décrit les modalités de mise en oeuvre. Le système d'aération dans le réacteur biologique est constitué d'une turbine lente de surface qui fonctionne 8 fois par jour. Chacune de ces séquences est suivie d'un apport de lisier brut, peu élevé au cours des 3 premiers mois. A l'apparition du processus de nitrification que se manifeste par la formation de nitrites et nitrates, les concentrations en azote Kjeldahl et ammoniacal sont divisées respectivement par 2 et 9. A l 'issue, le débit de traitement a pu être rapidement augmenté pour atteindre la charge nominale de 9 m3 par jour, 5 mois après la mise en eau. Selon certains auteurs, des durées de montée en charge plus courtes peuvent être obtenues ; leur recommandations de démarrage de station de traitement sont présentées en fin d'article.

A laboratory treatment system was designed to study the fate of nitrogen during aerobic treatment of pig slurry. Different aeration processes, continuous and intermittent, were evaluated. For each of the four runs evaluated, the nitrogen mass balance was determined including measurement of the gaseous nitrogen forms (ammonia and nitrous oxide). For continuous aeration, nitrogen removal could rise up to 66% of the total nitrogen content of the raw slurry (redox control = 0 mVAg/AgCl) but was less important (34.5%) with redox potential control = -50 mVAg/AgCl due to oxygen limitation for ammonium oxidation. Concurrently, intermittent aeration with aeration sequences of 9 and 15 hours/day led to a nitrogen removal of about 53% of the total nitrogen content of the raw slurry. Between 21-24% of the total nitrogen content of the raw slurry was emitted as N2O during continuous aeration while N2O emissions could be reduced from 18.4% of the total nitrogen content of the raw slurry during intermittent aeration (aeration: 2.5 hours, anoxic: 1.5 hours) to 0 using anoxic period longer (aeration: 1.5 hours, anoxic: 2.5 hours)., Un pilote de laboratoire a été conçu pour l'étude des transformations de l'azote au cours du traitement aérobie du lisier de porcs. Différentes stratégies d'aération, continues et séquentielles ont été évaluées. Pour chacun des 4 essais, un bilan azoté incluant les formes gazeuses (ammoniac et protoxyde d'azote) a été effectué. Au cours de l'aération, l'élimination d'azote pouvait atteindre 66% de l'azote total du lisier initial (potentiel oxydo-réducteur de 0 mVAg/AgCl) mais était plus faible (34.5%) avec un potentiel oxydo-réducteur de 50 mVAg/AgCl., à cause d'une limitation en oxygène pour la nitrification. Parallèlement, l'aération séquentielle (aération de 9 à 15 heures par jour) a conduit à une élimination d'azote de l'ordre de 53% de l'azote total initial. Entre 21 et 24% de l'azote total du lisier initial est émis sous forme de protoxyde d'azote au cours de l'aération continue alors que ces émissions peuvent être réduites de 18.4% (aération: 2.5 heures, anoxie: 1.5 heures) à 0% de l'azote total du lisier initial en utilisant des périodes d'anoxie plus longues (aération: 1.5 heures, anoxie: 2.5 heures).

A laboratory treatment system was designed to study the fate of nitrogen during aerobic treatment of pig slurry. Different aeration processes, continuous and intermittent, were evaluated. For each of the four runs evaluated, the nitrogen mass balance was determined including measurement of the gaseous nitrogen forms (ammonia and nitrous oxide). For continuous aeration, nitrogen removal could rise up to 95% of the total ammoniacal content of the raw slurry (redox control = 0 mVAg/AgCl) but was less important (45.7%) with redox potential control = -50 mVAg/AgCl due to oxygen limitation for ammonium oxidation. Concurrently, intermittent aeration with aeration sequences of 9 and 15 hours/day led to a nitrogen removal of about 82% of total ammoniacal nitrogen content of the raw slurry. Between 30-33% of total ammoniacal nitrogen content of the raw slurry was emitted as N2O during continuous aeration while N2O emissions could be reduced from 30% of the total ammoniacal nitrogen content of the raw slurry during intermittent aeration (aeration: 2.5 hours, anoxic: 1.5 hours) to 0 using anoxic period longer (aeration: 1.5 hours, anoxic: 2.5 hours)., Un pilote de laboratoire a été développé afin d'étudier le devenir de l'azote au cours du traitement aérobie du lisier. Différents procédés aérobies, l'aération en continu et l'aération séquentielle, ont été évalués. Pour chacune des 4 séquences testées, un bilan azoté incluant la mesure des formes azotées gazeuses (ammoniac et protoxyde d'azote) a été effectué. L'aération continue a permis d'obtenir une élimination d'azote de l'ordre de 95% de l'azote ammoniacal du lisier brut (contrôle rédox = 0 mVAg/AgCl). L'élimination a été moins importante avec un contrôle rédox = -50 mVAg/AgCl à cause de la limitation en oxygène pour la nitrification. L'aération séquentielle, avec des séquences d'aération de 9 à 15 heures par jour, a permis une élimination d'azote d'environ 82% de l'azote ammoniacal du lisier brut. Environ 30-33% de l'azote ammoniacal du lisier brut a été émis sous forme de N2O pendant l'aération continue tandis que les émissions de N2O ont pu être réduites, pendant l'aération séquentielle, de 30% (aération: 2.5 hours, anoxie: 1.5 hours) à 0% en utilisant des périodes anoxiques plus longues (aération: 1.5 hours, anoxie: 2.5 hours).

A floating chamber method was designed to measure the amounts of nitrous oxide gas (N2O) emitted during aerobic treatment of pig slurry. Measurement of nitrous oxide emissions from farm scale treatment units was completed by a monitoring of the dissolved nitrous oxide in slurry. The amounts of N2O emitted from four farm treatment units of pig slurry varied between 0 and 305 gN/d. These results demonstrate that nitrous oxide emissions are low as regards as ammoniacal nitrogen treated (, Une méthode de mesure basée sur une " cloche flottante " a été mise au point afin de mesurer les émissions de protoxyde d'azote (N2O) sur les unités de traitement aérobie du lisier de porc à la ferme. Ces mesures ont été complétées par un suivi du protoxyde d'azote dissous dans l'effluent. Les quantités de N2O émises sur 4 stations de traitement du lisier de porcs à la ferme sont comprises entre 0 et 305 gN/j. Ces essais montrent que les émissions de N2O sont relativement faibles par rapport à l'azote ammoniacal entrant dans le réacteur (

Gaseous carbon emissions and particularly methane emissions rates were determined through a series of laboratory experiments comparing during a 50 days kinetic monitoring period, the losses from a range of liquid piggerry slurries, separated solids, poultry manures and compost. From pig slurries, the total carbon losses varied from 3 to 20% of the initial carbon content in the slurry. The daily rate of methane emissions was comprise between 8 and 73 g C-CH4 per m3 slurry and per day. A substantial reduction in methane emission during storage, ranging from 70 to 80% was observed when pig slurry has been previously aerated. The use of commercial chemical additives allow a 20 to 30% reduction in methane emissions during storage comparatively to the control untreated slurry. Carbon losses during storage of different solid manures were rather low (2 to 4% of the initial carbon stock) and mainly as carbon dioxide (92% of the total emissions). Methane emissions were monitored in the field following slurry application at two dates (June and October). The summer application resulted in a total emission of 1,8 kg CH4-C/ha, while emissions following the autumn application totalled 4,2 kg CH4-C/ha, representing respectively 0,04% and 0,12% of the total C applied in the slurry. During aerobic treatment, nitrogen removal efficiencies ranging from 50 to 85% of the total slurry nitrogen applied were obtained. It was shown however that aeration conditions strongly influence the fate of nitrogen and particularly the emissions of harmful gases like nitrous oxide (N2O)., Les émissions carbonées émises à partir de lisiers de porc au cours du stockage ont montré sur la période étudiée (50 jours), des pourcentages de carbone total émis (C-CH4 + C-CO2) par rapport au carbone total de départ dans le lisier, qui varient entre 3 et 20% selon le type de lisier et les conditions de stockage. La part du méthane dans les émissions carbonées totales varie entre 30 et 60%. Les taux journaliers de méthane émis s'établissent entre 8 et 73 grammes de C-CH4 par mètre cube de lisier et par jour selon les essais et la composition du lisier. L'aération préalable du lisier permet une réduction des émissions carbonées de l'ordre de 70 à 80%. Par ailleurs le traitement chimique du lisier par ajout d'additifs s'accompagne d'une réduction des émissions carbonées lors du stockage de l'ordre de 20 à 30% et notamment d'une réduction des émissions de méthane. Lors de l'étude du stockage de différents types de déjections avicoles et autres produits solides (fumier, compost, tamisat de lisier de porc) on note des émissions carbonées relativement faibles (2 à 4% du stock de carbone de départ) et principalement sous forme de CO2 (92% des émissions). Deux essais au champ ont été effectués pour quantifier les flux de méthane à la suite d'épandages de lisier. Les émissions de méthane ainsi mesurées se situent entre 1,8 et 4,2 kg C-CH4/ha, soit 0,04% à 0,12% du carbone total apporté par le lisier. Le traitement aérobie est une technique qui permet d'une part de réduire les excédents d'azote (50 à 80% de l'azote total du lisier) et d'autre part d'éviter les émissions de méthane lors du stockage ultérieur. Cependant ce type de traitement peut aussi être une source potentielle d'un autre gaz à effet de serre, le protoxyde d'azote (N2O). Cet aspect a été étudié au Cemagref. Il apparaît que des conditions de traitement appropriés (choix des séquences d'aération) permettent d'éliminer l'azote sous forme moléculaire (N2) et donc sans transfert de pollution atmosphérique.

This report describe a selection of 50 refereed papers on greenhouse gaseous emissions (CH4, N20) from the livestock sector (animal wastes). Each reference presented is sommarised as a standard form. The presentation include methodology on how to measure the emitted gases and on emissions factors during spreading storage and treatment of livestock wastes., Ce rapport présente une sélection de 50 références bibliographiques sur le thème des émissions de gaz à effet de serre (CH4, N20) liées à la gestion des déjections animales. Chacune de ces références est décrite sous forme d'une fiche synthétique standardisée. L'analyse porte notamment sur les modalités d'acquisition des résultats (méthodologie) et sur les taux d'émission de N20 et de CH4 mesurés lors du stockage, du traitement et de l'épandage des effluents.

A laboratory treatment system was designed to study the fate of nitrogen during aerobic treatment of pig slurry. Different aeration strategies, and more particularly the influence of residence time and aeration level, were manipulated. A series of six experiments was carried out to determine the nitrogen mass balance, including measurement of the gaseous nitrogen forms particularly ammonia and nitrous oxide. Further nitrogen transformations were examined during the subsequent anaerobic storage of aerated pig slurry at 7, 21 and 60 days. Aeration level and carbon content of raw slurry were identified as the main factors influencing nitrogen transformation during treatment. A high aeration level and/or low carbon content resulted in nitrite accumulation (up to 33% of the total nitrogen content of the raw slurry) while a low level of aeration and high carbon content led to simultaneous nitrification and denitrification which removed 66% of the total nitrogen in the raw slurry. Nitrous oxide emissions were observed in all treatments and represent up to 30% of the total nitrogen content of the raw slurry. Both nitrification and denitrification appear to be sources of nitrous oxide during the treatment. Further nitrous oxide emissions were recorded during subsequent storage and especially when the biological oxygen demand to NOx--N ratio was lower than 1., Un pilote de laboratoire a été mis au point pour étudier le devenir de l'azote au cours du traitement aérobie du lisier de porcs. Différentes stratégies d'aération, et plus particulièrement l'influence du temps de séjour et du niveau d'aération, ont été testées. Une série de six expériences a été effectuée afin de déterminer le devenir de l'azote, notamment sous forme gazeuses (ammoniac et protoxyde d'azote). Un suivi des transformations pendant le stockage anaérobique du lisier aéré a également été effectué après 7, 21 et 60 jours. Le niveau d'aération et la teneur en carbone du lisier brut ont été identifiés comme les principaux facteurs influençant les transformations de l'azote au cours du traitement. En effet, une aération forte et/ou une teneur faible en carbone a conduit à une accumulation de nitrite (jusqu'à 33% de l'azote total du lisier brut) tandis qu'une faible aération et une teneur élevée en carbone a permis d'obtenir la nitrification et la dénitrification simultanément ce qui a conduit à une élimination de 66% de l'azote total du lisier. Des émissions de protoxyde d'azote ont été observées au cours de tous les traitement et représentaient jusqu'à 30% de l'azote total du lisier brut. La nitrification et la dénitrification apparaissent comme des sources potentielles de protoxyde d'azote au cours du traitement. Des émissions de protoxyde d'azote ont également été enregistrées pendant le stockage ultérieur, notamment lorsque le ratio DBO/N-NOx- est inférieur à 1.

Aeration of livestock slurries is a widespread treatment method which can deal with different pollution problems such as (i) control of odours, (ii) the degradation of organic carbon, (iii) the removal of nitrogen by nitrification-denitrification and (iv) the control of pathogens. After a resume of the biochemical principles which the basis of the purification process, the various different procedures in use are outlined (aerated lagoon, activated sludge process, sequential aeration, etc.) and the different controlling factors (treatment time, aeration level, temperature, etc.). A collection of treatment processes using aeration are presented along with observations of the gap between the theoretical knowledge gained in the laboratory and the experiences of using these methods at farm level., L'aération du lisier est une technique de traitement à la fois très répandue et susceptible de résoudre différents problèmes de pollution tels que (i) une réduction des odeurs (ii) la dégradation de la charge carbonée (DBO5), (iii) l'élimination de l'azote par nitrification-dénitrification et (iv) la destruction des germes pathogènes. Après un rappel des principes biochimiques qui sont à la base de ce procédé d'épuration, on présente une analyse des différentes procédures utilisées (lagunage aéré, boues activées, aération séquentielle, etc) et des différents facteurs d'influence (temps de séjour, niveau d'aération, température). Un ensemble de filières complètes de traitement utilisant l'aération est présenté et témoigne des différences entre les connaissances théoriques acquises en laboratoire et l'utilisation des paramètres de fonctionnement de ces techniques à la ferme.

Aeration is a widely recognized treatment technique for the purification of livestock slurries. Several processes using this technique have been developed recently for nitrogen removal purposes. The nitrogen abatement could reach 60 to 70 % of the total initial nitrogen content of the raw slurry. However, the real efficiency of the overall process could only be evaluated through an accurate measurement and control of the gaseous forms of nitrogen emitted. Research is being conducted at the Cemagref Rennes for a better understanding of this various nitrogen fluxes., L'aération est l'une de techniques reconnue pour purifier les effluents d'élevage tels que les lisiers de porcs. Plusieurs procédés utilisant cette technique ont été développés récemment visant notamment à éliminer l'azote. Cette élimination peut atteindre 60 à 70 % de l'azote total du lisier brut. Toutefois, l'efficacité de tels procédés ne pourra être réellement appréciée qu'à travers une caractérisation et une maîtrise des formes azotées émises dans l'atmosphère. Des travaux conduits par le Cemagref de Rennes visent à une meilleure connaissance de ces flux d'azote.

L'industrialisation de l'élevage (porcs, volailles,…) a entraîné une spécialisation et une concentration de la production dans certaines zones (Bretagne, Pays de Loire). Cette concentration des élevages a participé à la pollution de l'eau par les nitrates et les obligations réglementaires ont entraîné le développement de procédés de traitement afin de réduire la charge azotée, notamment par les processus biologiques de nitrification/dénitrification. Parallèlement, face à l'augmentation des coûts énergétiques et afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre, la digestion anaérobie des déjections animales, et plus particulièrement leur valorisation sous forme de biogaz, est également une alternative très intéressante, mais n'affectant pas les quantités d'azote. Dans ce cadre, le couplage des procédés et la valorisation de l'énergie produite permettrait alors une réduction importante des coûts d'élimination de l'azote. La maîtrise des interactions entre les procédés aérobie et anaérobie (influence des formes de l'azote sur la digestion anaérobie) et l'optimisation de l'utilisation de la matière organique (compétition entre la digestion anaérobie et la dénitrification) représentent les principaux enjeux techniques et scientifiques de cette thèse. Une des voies d'optimisation est l'obtention et le maintien du shunt des nitrates par arrêt de la nitrification au stade nitrite et dénitrification du nitrite (apport en oxygène moindre et économie de matière biodégradable). Afin de répondre à ces enjeux, deux approches parallèles et complémentaires ont été menées : une approche expérimentale et une approche numérique. Les travaux expérimentaux, réalisés sur un pilote du procédé, ont permis de souligner (i) l'absence d'inhibition par l'ammoniac dans le digesteur, (ii) la lenteur des cinétiques de dégradation anaérobie du lisier de porcs et (iii) la faisabilité de l'obtention et du maintien d'un shunt des nitrates par limitation de l'apport en oxygène dans des conditions pré-établies grâce au modèle. De plus, ces travaux ont permis de mettre en avant la pertinence d'une filière réalisant un apport partiel de l'effluent directement dans le réacteur aérobie (bypass du digesteur). Les travaux de modélisation ont abouti au couplage des modèles Activated Sludge Model n°1 (ASM1) et Anaerobic Digestion Model n°1 (ADM1) via la création de deux interfaces. La validation mathématique et l'étude de sensibilité du modèle ont permis de mettre en avant l'importance des paramètres régissant les étapes de l'acétogenèse et de la méthanogenèse. Au travers de son calage sur des valeurs expérimentales obtenues sur pilote et en essais batch, le modèle a également permis de mieux comprendre les interactions entre les processus/procédés et de définir les paramètres de fonctionnement permettant une optimisation de l'utilisation de la matière organique (temps séjours et charge organique) et notamment des conditions d'obtention du shunt des nitrates. Ces résultats ont également permis de confirmer les résultats expérimentaux Ainsi, sur la base de ces résultats, une filière de traitement couplant un traitement aérobie et un traitement anaérobie a été développée. Cette filière, présentant un taux de bypass de 30% et réalisant le shunt des nitrates par limitation de l'apport en oxygène, permet une élimination de 80% de l'azote total entrant pour une production de 4 Nm3CH4.m-3 lisier. En termes de bilan énergétique cela représente un excédent brut de 27 kWh.m-3 lisier., Industrialization of animal production (pigs, poultry, ...) led to a concentration in specific localised regions (Bretagne, Pays de Loire). This concentration participated in the pollution of fresh water by nitrates. So, treatment processes, including biological processes of nitrification/denitrification, were developed to reduce the nitrogen load applied locally, At the same time, due to the increasing energy costs and in order to reduce the greenhouse gas emissions, anaerobic digestion of livestock wastes is also a very interesting alternative, but not affecting the nitrogen concentration. In this context, the development of a process combining both anaerobic digestion and biological nitrogen removal could allow converting organic matter into a valuable energy while respecting the environmental constraints as regards nitrogen, reducing the energy costs at the farm scale. The management of the interactions between aerobic and anaerobic processes (effect of nitrogenous compounds on anaerobic digestion) and the optimisation of organic matter use (competition between anaerobic digestion and denitrification) are the main technical and scientific issues of this project. One of the ways to optimize the process is to obtain and control the nitrate short-cut (less oxygen consumption and more biodegradable matter available). In order to reach these challenges, two parallel and complementary approaches have been considered: an experimental approach and a numerical approach. Experimental work, carried out on a pilot process, highlighted (i) the absence of inhibition by ammonia into the digester, (ii) the slow kinetics of anaerobic degradation of pig manure and (iii) the feasibility to obtain and control nitrate short-cut by oxygen inflow reduction. Moreover, this work highlighted the relevance of a process including an addition of a part of the raw influent directly into the aerobic reactor (bypass of the digester). The modelling framework resulted in a combination of the Activated Sludge Model No. 1 (ASM1) and Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) through two interfaces. Mathematical validation of the model and sensitivity analysis highlighted the importance of acetogenesis and methanogenesis parameters. The model was set-up with experimental values obtained form pilot experiments and batch trials. The use of this model allowed a better understanding of the interactions between aerobic and anaerobic processes and to a better definition of the operating parameters to optimize the use of organic matter (retention time and organic load), including conditions to obtain nitrate short-cut. These results have also confirmed the experimental results. Thus, from these results, a process treatment combining an aerobic and anaerobic treatment was developed. This process, with a bypass ratio of 30% and a nitrate short-cut obtaining by oxygen inflow reduction, allows to remove 80% of total nitrogen with a methane production of 4 Nm3.m-3 manure. In terms of energy balance, this represents a positive balance equal to 27 kWh.m-3 manure.