Traitement biologique - Culture libre

Traitement biologique par culture libre

• Le traitement biologique par culture libre utilise des microorganismes présents naturellement dans l'eau pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées.
• Les avantages de cette méthode incluent une large diffusion et une bonne intégration des traitements de l'azote et du phosphore.
• Les inconvénients comprennent des temps de démarrage longs, une faible modularité des procédés et une sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications.

Paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre

• La charge massique est un paramètre important qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents.
• Les paramètres caractéristiques incluent également le rendement épuratoire, la production de boues et la quantité d'oxygène nécessaire.

Charge massique

• La charge massique (Cm) représente la relation entre la quantité de pollution et le nombre de bactéries (Nourriture/Biomasse).
• Elle est calculée par la formule Cm = (Q x [DBO5]) / (V_Bio x [MES]_Bio x %MVS).
• Les valeurs de Cm sont de 0.5-2 pour une forte charge, 0.2-0.5 pour une moyenne charge et 0.1-0.2 pour une faible charge.

Biodégradation

• La biodégradation est le processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants.
• Les avantages d'un procédé à faible charge massique incluent une bonne élimination de la DBO5, une bonne nitrification et éventuellement une bonne dénitrification, une réduction de la production de boues et des boues moins fermentescibles.
• Les inconvénients d'un procédé de boues activées à faible charge massique incluent un volume de réacteur plus important, des boues activées plus concentrées en matière en suspension, une décantation plus lente, une augmentation des besoins en oxygène et en énergie, et un allongement du délai pour le renouvellement des boues.

Charge volumique

• La charge volumique (Cv) est une mesure qui permet d'estimer la capacité d'un réacteur biologique à traiter la matière organique présente dans les eaux usées.
• Elle est exprimée en kg de DBO5 par mètre cube d'eau et est calculée par la formule Cv = (Q x [DBO5]) / V_BA.
• Les valeurs de Cv sont de >1.3 pour une forte charge, 0.6-1.3 pour une moyenne charge et 0.4-0.6 pour une faible charge.

La Charge Massique

• La charge massique influence le type de microorganismes présents dans les STEP à boues activées.
• Elle affecte le rendement épuratoire, notamment le traitement du carbone et de l'azote.
• Elle détermine le degré de floculation des boues.
• Elle influe sur la quantité d'oxygène nécessaire pour la dégradation des polluants.
• Elle conditionne le réglage de la recirculation des boues.
• Elle impacte la production de boues, en termes de qualité et de quantité.

Classification des Charges Massiques

• Charge massique forte : 0,5-2 kg DBO/m³.j
• Charge massique moyenne : 0,2-0,5 kg DBO/m³.j
• Charge massique faible : 0,1-0,2 kg DBO/m³.j
• Aération prolongée : 0,02-0,1 kg DBO/m³.j

Définition de la Charge Massique

• La charge massique représente la relation entre la quantité de pollution et le nombre de bactéries, souvent représentée par le rapport Nourriture/Biomasse.

Traitement biologique par culture libre

• Le traitement biologique par culture libre est une méthode utilisée pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées en utilisant des microorganismes présents naturellement dans l'eau.
• Les avantages de cette méthode incluent une large répartition et une bonne expérience, ainsi que la bonne intégration des traitements de l'azote et du phosphore.

Inconvénients des procédés à culture libre

• Les inconvénients des procédés à culture libre comprennent des temps de démarrage longs, une faible modularité des procédés et une sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications.
• Il est nécessaire de fonctionner en permanence avec une surveillance régulière de la qualité des boues biologiques et une maîtrise de la concentration des flocs.

Paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre

• Les paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre incluent la charge massique, le rendement épuratoire, la production de boues et la quantité d'oxygène nécessaire.
• La charge massique est un paramètre important qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents dans le processus de traitement des eaux usées.

Charge massique

• La charge massique représente la relation entre la quantité de pollution et le nombre de bactéries (Nourriture/Biomasse).
• Cm=(Qx[DBO5])/(V_Bio x[MES]_Bio x %MVS) où Q est le débit journalier entrant dans le bassin d'aération, [DBO5] est la concentration moyenne en DBO5 de l'influent à l'entrée du réacteur biologique, VBIO est le volume du réacteur biologique, [MES]Bio est la concentration en MES des boues dans le réacteur biologique et [MVS]Bio est la concentration en MVS des boues dans le réacteur biologique.

Biodégradation

• La biodégradation est le processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants, tels que des bactéries ou des champignons.

Avantages d'un procédé à faible charge massique

• Les avantages d'un procédé à faible charge massique dans le traitement des eaux usées sont une bonne élimination de la DBO5, une bonne nitrification et éventuellement une bonne dénitrification, une réduction de la production de boues et des boues moins fermentescibles.

Inconvénients d'un procédé de boues activées à faible charge massique

• Les inconvénients d'un procédé de boues activées à faible charge massique sont un volume de réacteur plus important, nécessitant un investissement plus élevé, des boues activées plus concentrées en matière en suspension (MES), une décantation plus lente, une augmentation des besoins en oxygène et en énergie, et un allongement du délai pour le renouvellement des boues.

Charge volumique

• La charge volumique en traitement des eaux usées est une mesure qui permet d'estimer la capacité d'un réacteur biologique à traiter la matière organique présente dans les eaux usées.
• Cv=(Qx[DBO5])/V_BA où Q est le débit journalier entrant dans le bassin d'aération et V_BA est le volume du réacteur biologique.

Temps de contact en traitement des eaux usées

• Le temps de contact est la durée pendant laquelle l'effluent est en contact avec la biomasse dans un réacteur biologique.
• Il est calculé en divisant le volume du bassin par le débit de l'effluent et le débit de recirculation, et est exprimé en heures.
• Formule : V_BA/(Q recirculation+Q_EU)

Âge des boues en traitement des eaux usées

• L'âge des boues est la durée moyenne pendant laquelle les boues restent dans le système.
• Il est influencé par la taille et la densité du floc biologique, la concentration de matière en suspension (MES) dans le réacteur biologique, la présence de bactéries nitrifiantes, la présence et la diversité de la microfaune prédatrice de bactéries, ainsi que le degré de minéralisation de la boue biologique.
• Formule : A=(〖[MES]〗_(Réacteur x) V_Réacteur)/(〖[MES]〗_E x Q_E)
• Valeurs de l'âge des boues :
  • Forte charge : 1-2 j
  • Moyenne charge : 2-8 j
  • Faible charge : 10-15 j
  • Aération prolongée : >15 j

Facteurs influençant l'âge des boues

• Taille et densité du floc biologique
• Degré de minéralisation (% MVS) de la boue biologique
• Présence de bactéries nitrifiantes
• Présence et diversité de la microfaune prédatrice de bactéries

Indice de boue

• L'indice de boue est une mesure de la capacité de décantation de la boue.
• Il est important car il aide à déterminer la qualité de la boue et sa facilité de traitement.
• Représente le volume occupé par un gramme de MES
• Formule : IB[ml/g]=(V30[ml/l]*dilution)/([MES][g/l])
• V30 est le volume décanté mesuré, inférieur à 300 ml

Facteurs influençant l'indice de boue

• Taille des flocs
• Morphologie des flocs (présence de filaments)
• Densité des flocs en fonction du pourcentage de matières en suspension (MES) minérales
• Densité de l'eau (salinité)

Influence de la concentration en MES sur la vitesse de décantation

• Si la concentration en MES du bassin d'aération augmente, cela entraîne une diminution de la vitesse de décantation des boues.

Traitement Biologique par Culture Libre

• Le traitement biologique par culture libre est une méthode utilisée pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées en utilisant des microorganismes présents naturellement dans l'eau.
• Les avantages des procédés à culture libre incluent une large expérience et une bonne intégration des traitements de l'azote et du phosphore.
• Les inconvénients des procédés à culture libre incluent des temps de démarrage longs, une faible modularité des procédés et une sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications.

Paramètres Caractéristiques du Traitement Biologique par Culture Libre

• Les paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre incluent la charge massique, le rendement épuratoire, la production de boues et la quantité d'oxygène nécessaire.
• La charge massique est un paramètre important qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents dans le processus de traitement des eaux usées.

Charge Massique

• La charge massique est définie comme la relation entre la quantité de pollution et le nombre de bactéries (Nourriture/Biomasse).
• La charge massique influence principalement le type de microorganismes, le rendement épuratoire, le degré de floculation, la quantité d'oxygène nécessaire, le réglage de la recirculation des boues et la production de boues.

Biodégradation

• La biodégradation est le processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants, tels que des bactéries ou des champignons.

Charge Volumique

• La charge volumique est une mesure qui permet d'estimer la capacité d'un réacteur biologique à traiter la matière organique présente dans les eaux usées.
• La charge volumique est exprimée en kg de DBO5 (demande biochimique en oxygène sur 5 jours) par mètre cube d'eau.

Âge des Boues

• L'âge des boues est la durée moyenne pendant laquelle les boues restent dans le système.
• L'âge des boues est influencé par la taille et la densité du floc biologique, la concentration de matière en suspension (MES) dans le réacteur biologique, la présence de bactéries nitrifiantes, la présence et la diversité de la microfaune prédatrice de bactéries, ainsi que le degré de minéralisation de la boue biologique.

Indice de Boue

• L'indice de boue est une mesure de la capacité de décantation de la boue.
• L'indice de boue est influencé par la taille des flocs, la morphologie des flocs (présence de filaments), la densité des flocs en fonction du pourcentage de matières en suspension (MES) minérales et la densité de l'eau (salinité).

Temps de Contact

• Le temps de contact est une mesure qui indique la durée pendant laquelle l'effluent est en contact avec la biomasse dans un réacteur biologique.
• Le temps de contact est calculé en divisant le volume du bassin par le débit de l'effluent et le débit de recirculation, et est exprimé en heures.

Vitesse ascensionnelle

• La vitesse ascensionnelle est la vitesse à laquelle l'eau clarifiée remonte, opposée à la vitesse de décantation des particules.

Critères influençant la vitesse de décantation

• La concentration en matières en suspension (MES) des boues
• L'indice de boue

Facteurs influençant la vitesse ascensionnelle

• La surface utile horizontale du décanteur (S[m2])
• Le débit de l'effluent (Q[m3/h])
• Détermination de la vitesse ascensionnelle (Va[m/h]) = Q/S

Production de boues biologiques

• Repose sur deux phénomènes : l'accumulation de matières en suspension non biodégradables et l'accroissement de la biomasse épuratrice
• Calculée par la formule : P = S_dur + S_min + (0.83 + 0.2 x log⁡〖C_m 〗 ) x 〖DBO〗_5

Fonctions fondamentales d'exploitation

• Extraction des boues biologiques en excès
• Recirculation des boues décantées vers le réacteur biologique
• Aération et brassage du réacteur

Types d'alimentation des bassins

• Flux piston (pour les charges moyennes et élevées)
• Alimentation étagée (distribution d'eau usée au cours du parcours)
• Mélange intégrale

Rôle de l'extraction des boues

• Maintient la concentration en matières en suspension (MES) dans le bassin d'aération pour obtenir une qualité d'épuration optimale

Inconvénients d'une mauvaise extraction

• Surconsommation d'oxygène et d'énergie
• Difficulté de brassage
• Surconcentration des boues
• Allongement de l'âge de boue
• Altération de la qualité des boues
• Développement de bactéries filamenteuses, biomasse mois active
• Réduction de la profondeur du voile de boue = marge de sécurité contre les départs de boues

Conséquences d'une extraction excessive

• Concentration en MES trop faible
• Mauvaise décantation des boues sur le clarificateur
• Dégradation de la qualité de l'eau traitée
• Épaississement insuffisant

Calcul du volume à extraire

• Production [(kg MES)/Jour] = Extaction [(kg MES)/Jour] + Fuites MES [(kg MES)/Jour]
• Volume à extraire [m^3 ] = (Production [(kg MES)/Jour])/(Concentration [(kg MES)/m^3 ] )

Rôle de la recirculation des boues

• La recirculation des boues permet d'éviter les débordements du lit de boue, de préserver la qualité des boues et de réensemencer le réacteur biologique en bactéries.
• Elle favorise la préconcentration en boues décantées pour limiter les volumes à extraire ou recirculer.

Problèmes liés à une recirculation insuffisante des boues décantées

• Une recirculation insuffisante peut entraîner une sous-concentration des boues, des boues très claires et trop jeunes de mauvaise qualité.
• Cela peut également causer des problèmes tels que la stagnation des boues, l'épaississement des boues, la fuite de MES et des difficultés d'extraction.

Risques associés à une recirculation excessive de boues décantées

• Une recirculation excessive peut entraîner une boue plus concentrée, une consommation excessive d'oxygène et un délai de dégazage raccourci.
• Cela peut également causer des problèmes tels que des difficultés d'extraction, une instabilité hydraulique et des turbulences autour du clarificateur.

Facteurs à prendre en compte lors du réglage de la recirculation des boues

• La concentration en matières en suspension (MES) et en nitrates (NO3) doivent être considérées.
• L'aptitude à la décantation et la cinétique de respiration des boues doivent également être prises en compte.
• Le temps de séjour maximal des boues dans le clarificateur dépend de la concentration en MES et NO3.

Besoins en oxygène des boues dans les systèmes d'aération

• Les besoins en oxygène des boues dans les systèmes d'aération sont les plus gros consommateurs d'énergie de la station d'épuration des eaux usées (STEP).
• L'énergie d'aération représente 60-80% de la consommation pour une petite STEP sans désodorisation.
• L'énergie d'aération représente 40-60% de la consommation pour une grande STEP avec désodorisation.

Buts de l'aération dans les systèmes d'aération des boues

• Les deux principaux buts de l'aération dans les systèmes d'aération des boues sont l'aération proprement dite et le brassage.
• L'aération permet d'apporter de l'oxygène aux micro-organismes présents dans les boues, favorisant ainsi leur activité métabolique pour dégrader les substances polluantes.
• Le brassage contribue à maintenir les boues en suspension et à éviter leur décantation, favorisant ainsi une meilleure interaction entre les micro-organismes et les substances à dégrader.

Facteurs influençant les besoins en oxygène

• Les besoins en oxygène dans les boues activées dépendent de la pollution carbonée, de la respiration des microorganismes et de la pollution azotée.

Augmentation des besoins en oxygène

• Chaque gramme supplémentaire dans le bassin d'aération entraîne une augmentation de 8 à 15% des besoins en oxygène.

Systèmes d'aération couramment utilisés

• Les trois systèmes d'aération couramment utilisés sont l'aérateur de surface, l'insufflation d'air à fines bulles et les aérateurs immergés.

Insufflation d'air à fines bulles

• Avantages :
  • Fiabilité et modularité de la fourniture d’oxygène
  • Moindre sensibilité à la concentration en boues
  • Réchauffement de la liqueur mixte
  • Maîtrise des nuisances sonores et des aérosols
  • Efficacité du transfert pour les fines bulles (fonction de la hauteur d’eau)
  • Profondeur de bassin plus importante (> 5 m)
• Inconvénients :
  • Coûts d’investissement supérieurs
  • Longévité incertaine des diffuseurs à fines bulles (fonction de la qualité d’eau et de l’utilisation)
  • Nécessité de nettoyage et de renouvellement des diffuseurs fines bulles

Taille des bulles

• Grosses bulles (φ > 6 mm)
• Moyennes bulles (φ = 3 à 6 mm)
• Fines bulles (φ < 3 mm)

Entretien

• Sursoufflages chaque jour
• Lavage annuel à l’acide formique

ASB

• L'ASB représente l'Apport Spécifique Brut, qui est la masse d'oxygène introduite dans le réacteur aérobie pour une dépense d'énergie de 1 kWh en eau claire.

Dimensionnement du système d'aération

• Le dimensionnement du système d'aération prend en compte les besoins théoriques en oxygène des boues pour la période de pointe, les performances standard de l'aérateur, un facteur correctif global tenant compte de la concentration des boues, de leur température et des seuils de consignes oxygène, le temps de fonctionnement souhaité et les conditions de brassage.

Symptômes de la sous-oxygénation

• Augmentation de la concentration en DCO-NNH4
• Changement d'odeur vers une odeur alcaline-piquante
• Diminution des performances des boues

Classification des dispositifs de diffusion d'air

• Les dispositifs de diffusion d'air sont classés en fonction du diamètre moyen des bulles qu'ils délivrent.

Capteurs d'oxygène dissous

• Les types de capteurs couramment utilisés sont les capteurs avec membrane et les capteurs sans membrane.
• Les capteurs sans membrane basés sur la technologie de la Luminescence Optique d'Oxygène Dissous (LDO) sont également utilisés.

Consignes pour l'implantation des capteurs

• Les capteurs doivent être placés à un endroit représentatif de la masse d'eau, avec une immersion constante entre 0,5 et 1,5 mètre.
• Il est important d'éviter de les implanter près de l'arrivée des eaux usées ou des boues recirculées.

Valeurs cibles recommandées pour l'oxygène dissous

• Cm forte aération (2-4 mg/L)
• Cm aération moyenne (1-3 mg/L)
• Cm faible aération (0,5-2 mg/L)
• Il est crucial de ne jamais descendre en dessous de 0,5 mg/L pour le mode d’aération continu.

Mode syncopé

• Le mode syncopé est un mode largement utilisé dans le traitement des eaux usées.
• Nitrification et dénitrification simplifiées en bassin unique
• Convient aux dispositifs d’aérations les plus nombreux
• Variations du plan d’eau dans le bassin d’aération susceptibles de générer des à-coups hydrauliques sur le clarificateur
• Surintensités de démarrage
• Asservissement par le temps, la mesure d’oxygène dissous, la mesure du potentiel Redox, au couple Redox-Oxygène et la mesure Ammonium et/ou Nitrates.

Mesure de l'oxygène dissous

• L'oxygène dissous peut être mesuré à l'aide d'une électrode de mesure en platine en contact avec le milieu à analyser, et d'une électrode de référence Ag/AgCl baignant dans un gel d'électrolyte.
• La tension du platine suit une fonction logarithmique de la concentration d'oxygène.

Caractérisation de la présence de nitrate

• En absence d'oxygène, le potentiel Redox évolue vers des valeurs basses qui peuvent caractériser la présence ou l'absence de nitrate.
• Une valeur de 0,24V correspond à une concentration d'oxygène dissous très faible (UL), tandis qu'une valeur de 0,27V correspond à une concentration d'oxygène dissous très élevée (UT).

Configuration de Nitrification-Dénitrification en Bassin Unique

• Pendant la période d'aération, la nitrification est réalisée.
• Avantages :
  • Un seul bassin est nécessaire pour éliminer tous les polluants.
  • Absence de pompe pour la recirculation de liqueur mixte.
  • Gestion relativement simplifiée avec un seul réglage prépondérant : l'aération.
• Inconvénients :
  • Brassage nul pendant l'anoxie, oblige à installer des agitateurs en complément du système d'aération.
  • Vitesse plus faible de dénitrification que dans une zone anoxie, nécessitant un délai global d'arrêt de l'aération d'environ 10 heures par jour.
  • Calage plus contraignant et plus rigoureux du réglage des aérateurs.

Configuration avec Zone Anoxie en Tête

• Taux de recirculation des boues décantées : 100 à 200 % (externe) et 300 à 400 % (interne).
• Temps de passage en zone anoxie : 1 à 2 heures.
• Avantages :
  • Vitesse de dénitrification maximale en zone anoxie.
  • Pas de fuite en NH4+.
  • Bon contact Biomasse/Carbone/Nitrate dans la zone anoxie agitée.
  • Plus grande souplesse dans la gestion de l'aération.
• Inconvénients :
  • Consommation d'énergie non négligeable des pompes de recirculation.
  • Contraintes d'exploitation en cas de souscharge de l'installation.
  • Difficulté de réglage de la recirculation de liqueur mixte.
  • Contribution possible à la formation de mousses biologiques en période hivernale.

Autres Procédés de Boues Activées

• Boues activées en bassins combinés :
  • Faible emprise au sol et des coûts de construction réduits.
  • Construction d'un ouvrage "deux en un".
• SBR (Réacteur Biologique Séquentiel) :
  • Permet de se servir du bassin biologique comme décanteur.
  • Découpé en différentes séquences : apport d'eau brute, aération de la biologie, arrêt de l'aération et poursuite du brassage, décantation, retrait du surnageant, extraction des boues excédentaires.
  • Avantages :
    • Plus faible emprise au sol (~40% par rapport aux boues activées).
    • Permet de mieux gérer les variations de charge saisonnière.
  • Inconvénient :
    • Exploitation plus délicate que le procédé traditionnel.
• Procédé Nereda :
  • Développement d'une biologie non plus sous forme de flocs mais de granules de taille très supérieure à 250 microns.
  • Possibilité de travailler à une forte concentration en boues dans le réacteur biologique.
  • Net raccourcissement de la séquence de décantation.
  • Gestion simultanée du remplissage de la cellule SBR et du soutirage de l'eau clarifiée par surverse.

Réacteurs Biologiques à Membranes (RBM)

• Les modules membranaires remplacent le clarificateur pour réaliser la séparation de l'eau traitée et des boues.
• Microfiltration et d'ultrafiltration.
• Concentration en MES élevée (8-12g/l).
• Prétraitements plus poussés intégrant impérativement une étape de tamisage.
• Présence d'un bassin tampon pour lisser les fluctuations de débit.
• Bassins biologiques et notamment bassins de filtration plus compacts.
• Absence de traitement tertiaires complémentaires (filtration – désinfection).
• Insufflation d'air sous les membranes pour cisailler les boues autours des filtres et éviter le colmatage.

Paramètres des Procédés RBM

• La PTM (Pression TransMembranale) est la différence de pression entre les deux côtés de la membrane de filtration.
• Avantages :
  • Désinfection poussée de l'eau traitée.
  • Excellente qualité de l'eau.
  • Absence de difficultés de décantation secondaire.
  • Possibilité de faciliter les projets de réutilisation des eaux traitées.
• Inconvénients :
  • Coûts d'exploitation plus élevés.
  • Coûts d'investissement plus élevés.
  • Consommation énergétique importante lors du lavage des membranes.
  • Sensibilité des membranes à certains composés nécessitant une vigilance dans leur utilisation.

SBR (Séquencement Batch Réacteur)

• Le SBR permet d'utiliser le bassin biologique comme décanteur.

Séquences du SBR

• L'apport d'eau brute dans le bassin.
• L'aération de la biologie pour activer les micro-organismes.
• L'arrêt de l'aération et la poursuite du brassage (s'il existe) pour le traitement de dénitrification.
• L'arrêt de l'aération et du brassage pour la phase de décantation.
• Le retrait du surnageant (l'eau traitée) rejeté au milieu récepteur.
• L'extraction des boues excédentaires en fonction des taux de boue.
• La reprise de l'alimentation en eau usée et l'initiation d'un nouveau cycle.

Avantages du SBR

• Emprise au sol réduite (environ 40% par rapport aux boues activées).
• Meilleure gestion des variations de charge saisonnière.

Inconvénients du SBR

• Exploitation plus délicate que le procédé traditionnel.
• Nécessité d'un bon niveau de formation du personnel exploitant.
• Grande sensibilité aux bactéries filamenteuses.
• Investissements en instrumentation plus élevé en raison de la présence de plusieurs cellules.

SBR (Séquencement Batch Réacteur)

• Le SBR permet d'utiliser le bassin biologique comme décanteur.

Séquences du SBR

• L'apport d'eau brute dans le bassin.
• L'aération de la biologie pour activer les micro-organismes.
• L'arrêt de l'aération et la poursuite du brassage (s'il existe) pour le traitement de dénitrification.
• L'arrêt de l'aération et du brassage pour la phase de décantation.
• Le retrait du surnageant (l'eau traitée) rejeté au milieu récepteur.
• L'extraction des boues excédentaires en fonction des taux de boue.
• La reprise de l'alimentation en eau usée et l'initiation d'un nouveau cycle.

Avantages du SBR

• Emprise au sol réduite (environ 40% par rapport aux boues activées).
• Meilleure gestion des variations de charge saisonnière.

Inconvénients du SBR

• Exploitation plus délicate que le procédé traditionnel.
• Nécessité d'un bon niveau de formation du personnel exploitant.
• Grande sensibilité aux bactéries filamenteuses.
• Investissements en instrumentation plus élevé en raison de la présence de plusieurs cellules.

Procédé Nereda

• Développement d'une biologie granulaire de taille supérieure à 250 microns, remplaçant les flocs traditionnels
• Possibilité de fonctionner à forte concentration en boues dans le réacteur biologique
• Raccourcissement de la séquence de décantation due à la taille des granules
• Gestion simultanée du remplissage de la cellule SBR et du soutirage de l'eau clarifiée par surverse

Taux C/N/P

Définition et Importance

• Le taux C/N/P est le rapport du carbone (C) à l'azote (N) au phosphore (P) dans un système donné, comme un écosystème ou un échantillon de matière organique.
• Ce taux est un indicateur clé de la santé et de la fertilité d'un écosystème, affectant le processus de décomposition, le cycle des nutriments et l'activité microbienne.

Taux typiques

• Dans le sol : de 100:10:1 (C:N:P) à 500:10:1 (C:N:P)
• Dans les écosystèmes aquatiques : 106:16:1 (C:N:P)
• Dans les phytoplanctons : 41:7:1 (C:N:P)

Effets d'un déséquilibre

• Taux C:N élevé : décomposition lente, limitation en nutriments
• Taux C:N bas : décomposition rapide, excès de nutriments
• Taux N:P déséquilibré : affecte la croissance des phytoplanctons et la santé des écosystèmes aquatiques

Facteurs influençant le taux C/N/P

• Type de sol et teneur en matière organique
• Climat et température
• Disponibilité des nutriments et limitation en nutriments
• Composition et activité de la communauté microbienne

Traitement biologique par culture libre

• Méthode utilisée pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées en utilisant des microorganismes présents naturellement dans l'eau.

Avantages des procédés à culture libre

• Largement répandus avec beaucoup d'expérience
• Les traitements de l'azote et du phosphore sont bien intégrés

Inconvénients des procédés à culture libre

• Temps de démarrage longs, faible modularité des procédés et sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications
• Fonctionnement permanent, surveillance régulière de la qualité des boues biologiques
• Maîtrise de la concentration des flocs (gestion de l’extraction et recirculation)

Paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre

• Charge massique, rendement épuratoire, production de boues et quantité d'oxygène nécessaire

Charge massique

• Important paramètre qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents dans le processus de traitement des eaux usées
• Elle influence principalement : le type de microorganismes, le rendement épuratoire, le degré de floculation, la quantité d’oxygène nécessaire et le réglage de la recirculation des boues

Biodégradation

• Processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants

Âge des boues

• Durée pendant laquelle les boues restent dans le système
• Si charge massique augmente : Temps de séjour diminue et Age de boues diminue
• Si temps de séjour augmente : Charge massique diminue et Age de boues augmente

Indice de boue

• Mesure de la capacité de décantation de la boue
• Dépend du volume de boues décantées et de la concentration en MES des boues

Facteurs qui influencent l'indice de boue

• Taille des flocs, morphologie des flocs, densité des flocs et densité de l'eau

Extraction des boues

• Maintient la concentration en matières en suspension (MES) dans le bassin d'aération pour obtenir une qualité d'épuration optimale

Rôle de la recirculation des boues

• Évite les débordements du lit de boue, préserve la qualité des boues, réensemence le réacteur biologique en bactéries et favorise la préconcentration en boues décantées pour limiter les volumes à extraire ou recirculer

Vitesse ascensionnelle

• Vitesse à laquelle l'eau clarifiée ou décantée remonte, s'opposant ainsi à la vitesse de décantation des particules
• Influencée par la surface utile horizontale du décanteur et le débit de l'effluent### Besoins en oxygène dans les boues activées
• Les besoins en oxygène dépendent de la pollution carbonée, de la respiration des microorganismes et de la pollution azotée.
• Chaque gramme supplémentaire dans le bassin d'aération entraîne une augmentation de 8 à 15% des besoins en oxygène.

Systèmes d'aération

• Les trois systèmes d'aération couramment utilisés sont :
  • L'aérateur de surface
  • L'insufflation d'air à fines bulles
  • Les aérateurs immergés

Insufflation d'air à fines bulles

• Avantages :
  • Fiabilité et modularité de la fourniture d’oxygène
  • Moindre sensibilité à la concentration en boues
  • Réchauffement de la liqueur mixte
  • Maîtrise des nuisances sonores et des aérosols
  • Efficacité du transfert pour les fines bulles (fonction de la hauteur d’eau)
  • Profondeur de bassin plus importante (> 5 m)
• Inconvénients :
  • Coûts d’investissement supérieurs
  • Longévité incertaine des diffuseurs à fines bulles (fonction de la qualité d’eau et de l’utilisation)
  • Nécessité de nettoyage et de renouvellement des diffuseurs fines bulles

ASB (Apport Spécifique Brut)

• L'ASB représente la masse d'oxygène introduite dans le réacteur aérobie pour une dépense d'énergie de 1 kWh en eau claire.

Autres procédés de boues activées

• Boues activées en bassins combinés :
  • Faible emprise au sol et des coûts de construction réduits du fait de la construction d’un ouvrage « deux en un »
• SBR (Séquencing Batch Reactor) :
  • Permet de se servir du bassin biologique comme décanteur
  • Découpé en différentes séquences :
    • L’apport d’eau brute
    • L’aération de la biologie
    • L’arrêt de l’aération et poursuite du brassage (s’il existe) dans le cas d’un traitement de dénitrification
    • L’arrêt de l’aération et du brassage : la phase de décantation
    • Le retrait du surnageant (l’eau traitée) rejeté au milieu récepteur
• Procédé Nereda :
  • Développement d’une biologie non plus sous forme de flocs mais de granules de taille très supérieure à 250 microns
  • Une possibilité de travailler à une forte concentration en boues dans le réacteur biologique
  • Un net raccourcissement de la séquence de décantation
  • Une gestion simultanée du remplissage de la cellule SBR et du soutirage de l’eau clarifiée par surverse

Réacteurs biologiques à membranes (RBM)

• Les modules membranaires remplacent alors le clarificateur pour réaliser la séparation de l’eau traitée et des boues
• Microfiltration et d’ultrafiltration
• Concentration en MES élevée (8-12 g/l)
• Prétraitements plus poussés intégrant impérativement une étape de tamisage
• Présence d’un bassin tampon pour lisser les fluctuations de débit
• Bassins biologiques et surtout bassins de filtration plus compacts
• Absence de traitement tertiaires complémentaires (filtration – désinfection)
• Insufflation d’air sous les membranes pour cisailler les boues autours des filtres et éviter le colmatage

Traitement biologique par culture libre

• Méthode utilisée pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées en utilisant des microorganismes présents naturellement dans l'eau.

Avantages des procédés à culture libre

• Largement répandus avec beaucoup d'expérience
• Les traitements de l'azote et du phosphore sont bien intégrés

Inconvénients des procédés à culture libre

• Temps de démarrage longs, faible modularité des procédés et sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications
• Fonctionnement permanent, surveillance régulière de la qualité des boues biologiques
• Maîtrise de la concentration des flocs (gestion de l’extraction et recirculation)

Paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre

• Charge massique, rendement épuratoire, production de boues et quantité d'oxygène nécessaire

Charge massique

• Important paramètre qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents dans le processus de traitement des eaux usées
• Elle influence principalement : le type de microorganismes, le rendement épuratoire, le degré de floculation, la quantité d’oxygène nécessaire et le réglage de la recirculation des boues

Biodégradation

• Processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants

Âge des boues

• Durée pendant laquelle les boues restent dans le système
• Si charge massique augmente : Temps de séjour diminue et Age de boues diminue
• Si temps de séjour augmente : Charge massique diminue et Age de boues augmente

Indice de boue

• Mesure de la capacité de décantation de la boue
• Dépend du volume de boues décantées et de la concentration en MES des boues

Facteurs qui influencent l'indice de boue

• Taille des flocs, morphologie des flocs, densité des flocs et densité de l'eau

Extraction des boues

• Maintient la concentration en matières en suspension (MES) dans le bassin d'aération pour obtenir une qualité d'épuration optimale

Rôle de la recirculation des boues

• Évite les débordements du lit de boue, préserve la qualité des boues, réensemence le réacteur biologique en bactéries et favorise la préconcentration en boues décantées pour limiter les volumes à extraire ou recirculer

Vitesse ascensionnelle

• Vitesse à laquelle l'eau clarifiée ou décantée remonte, s'opposant ainsi à la vitesse de décantation des particules
• Influencée par la surface utile horizontale du décanteur et le débit de l'effluent### Besoins en Oxygène
• Les facteurs qui influencent les besoins en oxygène dans les boues activées sont la pollution carbonée, la respiration des microorganismes et la pollution azotée.
• Chaque gramme supplémentaire dans le bassin d'aération entraîne une augmentation de 8 à 15% des besoins en oxygène.

Systèmes d'Aération

• Les trois systèmes d'aération couramment utilisés sont l'aérateur de surface, l'insufflation d'air à fines bulles et les aérateurs immergés.
• Avantages de l'insufflation d'air à fines bulles :
  • Fiabilité et modularité de la fourniture d’oxygène
  • Moindre sensibilité à la concentration en boues
  • Réchauffement de la liqueur mixte
  • Maîtrise des nuisances sonores et des aérosols
  • Efficacité du transfert pour les fines bulles (fonction de la hauteur d’eau)
• Inconvénients de l'insufflation d'air à fines bulles :
  • Coûts d’investissement supérieurs
  • Longévité incertaine des diffuseurs à fines bulles (fonction de la qualité d’eau et de l’utilisation)
  • Nécessité de nettoyage et de renouvellement des diffuseurs fines bulles

ASB

• L'ASB (Apport Spécifique Brut) représente la masse d'oxygène introduite dans le réacteur aérobie pour une dépense d'énergie de 1 kWh en eau claire.

Dimensionnement du Système d'Aération

• Les facteurs à prendre en compte lors du dimensionnement du système d'aération comprennent la consommation d'énergie non négligeable des pompes de recirculation, les contraintes d’exploitation en cas de souscharge de l'installation, la difficulté de réglage de la recirculation de liqueur mixte et la contribution possible à la formation de mousses biologiques en période hivernale.

Autres Procédés de Boues Activées

SBR (Réacteur Biologique Séquentiel)

• Permet de se servir du bassin biologique comme décanteur
• Découpé en différentes séquences :
  • L’apport d’eau brute
  • L’aération de la biologie
  • L’arrêt de l’aération et poursuite du brassage (s’il existe) dans le cas d’un traitement de dénitrification
  • L’arrêt de l’aération et du brassage : la phase de décantation
  • Le retrait du surnageant (l’eau traitée) rejeté au milieu récepteur
  • En fonction des taux de boue, l’extraction des boues excédentaires
  • Reprise de l’alimentation en eau usée, et initiation d’un nouveau cycle

Procédé Nereda

• Développement d’une biologie non plus sous forme de flocs mais de granules de taille très supérieure à 250 microns
• Une possibilité de travailler à une forte concentration en boues dans le réacteur biologique
• Un net raccourcissement de la séquence de décantation
• Une gestion simultanée du remplissage de la cellule SBR et du soutirage de l’eau clarifiée par surverse

Réacteurs Biologiques à Membranes (RBM)

• Les modules membranaires remplacent alors le clarificateur pour réaliser la séparation de l’eau traitée et des boues
• Microfiltration et d’ultrafiltration
• Concentration en MES élevée 8-12g/l
• Prétraitements plus poussés intégrant impérativement une étape de tamisage
• Présence d’un bassin tampon pour lisser les fluctuations de débit
• Bassins biologiques et spécialement bassins de filtration plus compacts
• Absence de traitement tertiaires complémentaires (filtration – désinfection)
• Insufflation d’air sous les membranes pour cisailler les boues autour des filtres et éviter le colmatage

Caractéristiques de l'oxyrapid Sou oxycontact

• Combinaison de la biologie aéré au centre et de la décantation sur les bassins latéraux
• Absence de recirculation externe

Inconvénients de l'oxyrapid Sou oxycontact

• Manque de souplesse
• Fiabilisation de la recirculation contraignante
• Fortes variations d'IB (Indice de Biotransformation)

Traitement biologique par culture libre

• Méthode utilisée pour dégrader la pollution organique dans les eaux usées en utilisant des microorganismes présents naturellement dans l'eau.

Avantages des procédés à culture libre

• Largement répandus avec beaucoup d'expérience
• Les traitements de l'azote et du phosphore sont bien intégrés

Inconvénients des procédés à culture libre

• Temps de démarrage longs, faible modularité des procédés et sensibilité aux fluctuations hydrauliques et aux intoxications
• Fonctionnement permanent, surveillance régulière de la qualité des boues biologiques
• Maîtrise de la concentration des flocs (gestion de l’extraction et recirculation)

Paramètres caractéristiques du traitement biologique par culture libre

• Charge massique, rendement épuratoire, production de boues et quantité d'oxygène nécessaire

Charge massique

• Important paramètre qui influence la concentration des flocs, la floculation et le type de microorganismes présents dans le processus de traitement des eaux usées
• Elle influence principalement : le type de microorganismes, le rendement épuratoire, le degré de floculation, la quantité d’oxygène nécessaire et le réglage de la recirculation des boues

Biodégradation

• Processus par lequel des substances organiques sont décomposées et transformées en composés plus simples par des organismes vivants

Âge des boues

• Durée pendant laquelle les boues restent dans le système
• Si charge massique augmente : Temps de séjour diminue et Age de boues diminue
• Si temps de séjour augmente : Charge massique diminue et Age de boues augmente

Indice de boue

• Mesure de la capacité de décantation de la boue
• Dépend du volume de boues décantées et de la concentration en MES des boues

Facteurs qui influencent l'indice de boue

• Taille des flocs, morphologie des flocs, densité des flocs et densité de l'eau

Extraction des boues

• Maintient la concentration en matières en suspension (MES) dans le bassin d'aération pour obtenir une qualité d'épuration optimale

Rôle de la recirculation des boues

• Évite les débordements du lit de boue, préserve la qualité des boues, réensemence le réacteur biologique en bactéries et favorise la préconcentration en boues décantées pour limiter les volumes à extraire ou recirculer

Vitesse ascensionnelle

• Vitesse à laquelle l'eau clarifiée ou décantée remonte, s'opposant ainsi à la vitesse de décantation des particules

• Influencée par la surface utile horizontale du décanteur et le débit de l'effluent### Facteurs influençant les besoins en oxygène dans les boues activées

• Les besoins en oxygène dans les boues activées dépendent de la pollution carbonée, de la respiration des microorganismes et de la pollution azotée.

• Chaque gramme supplémentaire dans le bassin d'aération entraîne une augmentation de 8 à 15% des besoins en oxygène.

Systèmes d'aération couramment utilisés

• Les trois systèmes d'aération couramment utilisés sont l'aérateur de surface, l'insufflation d'air à fines bulles et les aérateurs immergés.
• L'insufflation d'air à fines bulles a des avantages tels que la fiabilité et la modularité de la fourniture d'oxygène, la moindre sensibilité à la concentration en boues, le réchauffement de la liqueur mixte, la maîtrise des nuisances sonores et des aérosols, et l'efficacité du transfert pour les fines bulles.

Inconvénients de l'insufflation d'air à fines bulles

• Les inconvénients de l'insufflation d'air à fines bulles sont les coûts d'investissement supérieurs, la longévité incertaine des diffuseurs à fines bulles, et la nécessité de nettoyage et de renouvellement des diffuseurs fines bulles.

Autres procédés de boues activées

• Les boues activées en bassins combinés (oxyrapid S) ont un faible emprise au sol et des coûts de construction réduits.
• Le procédé SBR (Sequencing Batch Reactor) permet de se servir du bassin biologique comme décanteur, et a des avantages tels que une faible emprise au sol et une gestion des variations de charge saisonnière.
• Le procédé Nereda développe une biologie non plus sous forme de flocs mais de granules de taille très supérieure à 250 microns.

Réacteurs biologiques à membranes

• Les réacteurs biologiques à membranes remplacent le clarificateur pour réaliser la séparation de l'eau traitée et des boues.
• Les avantages des réacteurs biologiques à membranes sont une désinfection poussée de l'eau traitée, une excellente qualité de l'eau, l'absence de difficultés de décantation secondaire et la possibilité de faciliter les projets de réutilisation des eaux traitées.

Configuration de nitrification-dénitrification en bassin unique

• Pendant la période d'aération, la nitrification est réalisée.
• L'avantage principal de la configuration de nitrification-dénitrification en bassin unique est qu'un seul bassin est nécessaire pour éliminer tous les polluants.
• Les inconvénients de cette configuration sont le brassage nul pendant l'anoxie, la vitesse plus faible de dénitrification que dans une zone anoxie, et la nécessité de calage plus contraignant et plus rigoureux du réglage des aérateurs.

Zone anoxie en tête

• Le taux de recirculation des boues décantées, également appelé taux de recirculation externe, est de 100 à 200 %.
• Le temps de passage en zone anoxie est de 1 à 2 heures.
• Les avantages de la configuration avec une zone anoxie en tête sont la vitesse de dénitrification maximale en zone anoxie, l'absence de fuite en NH4+, et la plus grande souplesse dans la gestion de l'aération.

PTM dans les procédés de filtration RBM

• La PTM, ou Pression TransMembranale, est la différence de pression entre les deux côtés de la membrane de filtration.
• Les avantages des procédés RBM sont une désinfection poussée de l'eau traitée, une excellente qualité de l'eau, l'absence de difficultés de décantation secondaire et la possibilité de faciliter les projets de réutilisation des eaux traitées.
• Les inconvénients des procédés RBM sont des coûts d'exploitation plus élevés, des coûts d'investissement plus élevés, une consommation énergétique importante lors du lavage des membranes, et une sensibilité des membranes à certains composés nécessitant une vigilance dans leur utilisation.

Déphosphatation biologique

• Une zone anaérobie est placée en tête du processus pour créer un stress anaérobique des boues.
• La zone anaérobie mêle les boues recyclées et l'effluent brut chargé en carbone.
• Le mélange des boues et de l'effluent brut créé un phénomène de relargage puis surassimilation du phosphore.