Impact des biofilms sur les performances des procédés baromembranaires lors du traitement et de la valorisation des effluents laitiers

Les effluents chimiques (eaux de lavage) et organiques (eaux blanches) générés par les industries laitières sont une problématique majeure en termes de quantités produites (0,2-10 L/L de lait transformé soit 0,57 à 29 milliards de litres d’effluents générés au Québec/an) et de gestion (8,4 M$/an pour le secteur laitier) afin de respecter les normes environnementales. Les eaux blanches sont composées d’eau et de 1 à 3% de solides laitiers provenant du lait initialement utilisé. Les solutions de lavage sont constituées d’eau, de résidus chimiques et de matière organique en suspension. Les procédés de filtration membranaires, qui permettent un transfert de matière au travers des pores d’une membrane, représentent une avenue intéressante pour la valorisation de ces effluents. En effet, ces technologies ont été étudiées afin de minimiser les colmatages chimiques lors du traitement des effluents laitiers (générer de l’eau utilisable en usine, régénérer les solutions de lavage). Cependant, durant l’étape de filtration, la matière organique des effluents constitue un apport nutritif aux espèces bactériennes pouvant ainsi générer des biofilms. Ce colmatage biologique des membranes est un paramètre négligé, mais d’importance majeure car il induit une augmentation des coûts de remplacement des membranes, une utilisation non adaptée des solutions de lavage et une contamination des fractions valorisées et de l’environnement de l’usine. Il est donc nécessaire de développer une méthode permettant de connaître précisément l’ensemble de l’écosystème bactérien constituant le biofilm pour déterminer les facteurs menant à leur établissement. Ces données permettront donc de mettre en évidence des paramètres critiques liés à la composition de l’effluent et aux paramètres de filtration (type de matériaux membranaire, temps, température et pressions de filtration, débit de circulation des effluents, etc.). L’objectif poursuivi sera de prévenir la formation de biofilms et de développer des stratégies de nettoyage efficaces et mieux adaptées. Dans cette optique, il est proposé d’utiliser la métagénomique, outil génétique permettant l’extraction et le séquençage de l’ensemble de l’ADN bactérien (incluant les bactéries non-cultivables). Des données préliminaires récentes de métagénomique sur des échantillons industriels (confidentielles) ont montré la présence de biofilms au sein de membranes, ayant uniquement filtré du lait et du lactosérum. Cependant, l’absence de donnée de diversité microbienne des effluents laitiers nécessite de développer et d’adapter les méthodes d’extraction et de séquençage de l’ADN microbien propres à ces fluides. À terme, le projet permettra de développer de nouvelles approches de traitements des effluents laitiers maximisant la valorisation des constituants naturels de la biomasse laitière, ainsi que les intrants chimiques, et ce, tout en optimisant les performances des systèmes membranaires par un meilleur contrôle de la formation de biofilm.