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Direction R&D
BIOREACTEUR A MEMBRANES
ULTRAFOR®
Chrystelle Langlais
Degrémont
15 Octobre 2004
Les BioRéacteurs à Membranes (BRM)
BioRéacteur : Oxydation biologique de la pollutionBioRéacteur : Oxydation biologique de la pollution
Membranes : barrière physique pour la séparation de l ’eau épurée et des matières en Membranes : barrière physique pour la séparation de l ’eau épurée et des matières en suspensionsuspension
BioRéacteur à Membranes :BioRéacteur à Membranes : SynergieSynergie
=
+
Les BioRéacteurs à Membranes (BRM)
Eau brute
Boues en excès
Air « process »
BioRéacteur
Air « membrane »
Pompe de Pompe de succionsuccion
.
. ..
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.. .
.
..
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..
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..
.
..
.
. .
MembranesPerméat
Pression HydrostatiquePression Hydrostatique
Système immergé
Flux : 15 to 50 L/h.m2 .t°C
TMP : < 500 mbarVmodule : air lift
Boues en excès
Perméat
Air
Boucle decirculation
Membranes(Carter)
BioRéacteur Filtre desécurité
Pompe de gavage
Pompe de
circulation
Eau brute
Système externe
Flux : 50 to 120 L/h.m2.t°C
TMP : 1 à 5 barVmodule = 2 - 5 m/s (en option)
L’expérience Degrémont
B u ffe rta n k
3 0 0 m 3
Z e n o B o x
6 7 3 m 2
B io lo g ic a l ta n k
2 0 0 m 3
C , N
1 0 0 m 3
D N
C e n trifu g a tio n
S c re e n1 .5 m m
V a ria b le flo w C o n s ta n t flo w
p H
F e C l3
O p tio n : G A C filte rP E
B u ffe rta n k
3 0 0 m 3
Z e n o B o x
6 7 3 m 2
B io lo g ic a l ta n k
2 0 0 m 3
C , N
1 0 0 m 3
D N
C e n trifu g a tio n
S c re e n1 .5 m m
V a ria b le flo w C o n s ta n t flo w
p H
F e C l3
O p tio n : G A C filte rP E
Système externe
Système immergé
Depuis 1993 …
Les spécificités
Qualitatif : Membrane = barrière physique
Qualité de l’eau constante
Quantitatif : Possible colmatage de la membrane Possible diminution du débit
Le colmatage de la membrane
Pore blocking3%
Scaling2%
Organic fouling Adsorption
7%
Bio-Fouling8%
Cake formation80%
Sludge Debris
Sludge Cleaning strategy
Sludge Water phase Cleaning strategy
Pore size Cleaning strategy
Water phase Cleaning strategy
Pore blocking3%
Scaling2%
Organic fouling Adsorption
7%
Bio-Fouling8%
Cake formation80%
Sludge Debris
Sludge Cleaning strategy
Sludge Water phase Cleaning strategy
Pore size Cleaning strategy
Water phase Cleaning strategy
Phénomènes et paramètres affectant le colmatage des membranesen applications municipales
(Stowa data)
Des paramètres clés
Débris Prétraitement adéquat
Filtrabilité de la boue Phase aqueuse
Taille des pores : UF versus MF Stratégie de lavage
Design du réacteur biologiqueHydrodynamique
BRM : Une synergie entre la boue biologique et la membrane
Approche “filière de traitement”
Technologie membranaire
ULTRAFOR® Degrémont
La technologie membranaire Zenon®
Module = Faisceaude membranes
Aérateurs intégrés à la cassette
Collecteur de perméat Fibre
• Creuse, peau externe, structure
interne renforcée
• 0,04 µm nominal - 0,1 µm absolu
Module
• 31,5 m²
Cassette
• 24 à 48 modules
soit 756 à 1 512 m² de surface de
filtration par cassette
ULTRAFOR® Degrémont
Connection des cassettes
Vue générale du bassin
La maîtrise du colmatage de la membrane
Faible pression
Fonction air « Membrane »• Agitation• Filtration pseudo tangentielle
Cycle de filtration• Rétrolavages fréquents
Nettoyages • Nettoyages de maintenance
• Rétrolavage in situ• Réactifs: NaOCl / acide citrique• Hebdomadaire
• Lavages chimiques• 1 à 3/an
ULTRAFOR® Degrémont
Design du réacteur Biologique
Conc. de la liqueur mixte
Age de boue Charge massique appliquée
Production de boues
8 - 30 jours 0.05 à 0.25 kg DBO5/kg MV.j
(concentration de la boues) Faible
(âge de boues)
• L’augmentation de la concentration de boue …
+ : Volume du bioréacteur
- : Flux de filtration sur les membranes
Demande volumétrique en oxygène
Coefficient de transfert d’oxygène
8 - 12 g/l
Le prétraitement adéquat
Débris ou « fibres » Cheveux, poils, cellulose Très faiblement biodégradable Naturellement présent dans les ERU
BRM – Débris : un couple impossible !
Membrane tubulaire Fibre creuse Membrane plane
Procédure d’analyse Quantifier les flux de fibres
Simulation : Phénomène de concentration au sein d’un BRM Zone technico-économique de fonctionnement FCV augmente
Age des boues
Temps de Rétention Hydraulique
Stratégie de tamisage Effluent : ERU, liqueur mixte, ERU + liqueur mixte Débit(s)
Choix technologiques : Sélectivité du tri « fibres / pollution biodégradable » Type de maille, taille, …
Le prétraitement adéquat
Qualité de l’effluent (cas urbain)
Liqueur mixte
Eau traitée
MeS
Turbidité
DCO
DBO5
N-NH3
Ntotal
Phosphore
SDI
Coliformes totaux
Coliformes fécaux
Œufs d’helminthes
< 5 mg/l (< 1 mg/l)
< 0.5 NTU
< 30 mg O2/l
< 5 mg O2/l (< 1 mg O2/l)
< 1 mg/l
< 10 mg/l (< 3 mg/l)
< 0.3 mg/l
1 - 3
< 100 UFC/100ml
< 10 UFC/100 ml
retenus
« Simple »« Simple »
Domaines d’application
ModulableModulable
CompactCompact
BRM®oBRM®o
Eau résiduaire municipaleEau résiduaire municipale
Réseau séparatifRéseau séparatif
Eau résiduaireEau résiduaireindustrielleindustrielle Faible production de bouesFaible production de boues
Qualité de l’effluent
Réutilisation directeRéutilisation directe
Rejet en zone sensible
Prétraitement (RO, …) (RO, …)
Process « simple »
BRMoPré-traitement
Cl2
Décantationprimaire
ClarificationBoues activées
Filtre àsable
Désinfection
UF
Pré-traitement
ULTRAFOR® Degrémont
Restaurant, Glacier 3000 m Applications de REUSE
Mojorable (Espagne) Jinamar (Espagne) Cubbon Park (Inde) Firgas (Espagne)
Environnement sensible & Compacité Grasse (France) SNEMBG (Martinique, ERI)
ULTRAFOR® : Grasse
Restaurant, Glacier 3000 m
Débit moyen : 4 000 m3/jDébit de point : 1 200 m3/h
ULTRAFOR® : Les Diablerets
Restaurant, Glacier 3000 m
Switzerland