Traitement biologique des eaux usées 1-Traitement du carbone - … · 2015-08-11 · Traitement biologique des eaux usées 1-Traitement du carbone Nicolas Bernet [email protected]

Traitement biologique des eaux usées

1-Traitement du carbone

Nicolas Bernet

[email protected]

INRA-Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement

Avenue des étangs, 11100 Narbonne

L’ÉPURATION DES EAUX RÉSIDUAIRES

Diversité des sources polluantes:

•Origine

Eaux Résiduaires Urbaines (ERU)

Eaux Résiduaires Industrielles (ERI)

•Nature

Organique (agro-alimentaire, pharmacie, …)

Minérales (micro-électronique, automobile,…)

•Forme

Soluble

Colloïdale

Matières en suspension

Diversité des procédés de traitement

Physiques

Chimiques

Biologiques

Couplages

Produits solubles Produits colloïdaux Matières en suspension

Neutralisation

Oxydo-réduction

Echange d’ions

Membranes (OI, ED)

Précipitation

Oxydation

Adsorption

Extraction

Traitements biologiques aérobies

Cultures bactériennes en suspension

Boues activées, Lagunage

Cultures bactériennes fixées

Lits bactériens, Biofiltres

Traitements biologiques anaérobies (méthanisation)

Dégrillage

Dessablage

Décantation

Flottation

Filtration

Coagulation

Floculation

Coagulation

Floculation

Décantation

Dégrillage

Déshuilage

Flottation

Décantation

Flottation

Clarification

Poll

uti

on

Min

érale

Poll

uti

on

Org

an

iqu

e

PRINCIPE DE L’EPURATION DES EAUX USEES

D’après Boeglin, Techniques de l’Ingénieur

Traitement primaire Traitement secondaire Traitement tertiaire

Dégrillage

Dessablage

Déshuilage

Prétraitement

Chimiques:

neutralisation,

Oxydo-

réduction,

...

Physiques:

stripping,,

décantation,

flottation,

filtration

Boues

activées

Lagunage

aéré

Lits

bactériens

Biodisques

Biofiltres

Digestion

anaérobie

Décantation

Elimination

Azote

Nitrification

Dénitrification

Elimination

Phosphore

chimique

biologique

Désinfection

Cl2, O3, UV

Stabilisation biologique

ou chimique

Epaissisement gravitaire

ou flottation

déshydratation

filtration

centrifugation

séchage

incinération

décharge

épandage

Boues

Rejet

rivière

nappes

mer

épandage

FILIERES DE TRAITEMENT


LES PRINCIPAUX CRITÈRES DE POLLUTION

Pollution Particulaire: les Matières en Suspension

• Matières sèches

Pollution Organique: DBO, DCO

• DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène, consommation

d’oxygène en 5 jours par des µo de contamination banale des

eaux;

• DCO : Demande Chimique en Oxygène, consommation

d’oxygène dans les conditions d’une réaction d’oxydation par le

bichromate de potassium, à chaud, avec catalyseur.

Pollution à l’origine de l’eutrophisation

• Azote total N

• Phosphore total P

PARAMÈTRES ET VARIABLES CARACTÉRISTIQUES

D’UN PROCÉDÉ BIOLOGIQUE

• Concentration en biomasse : X

• Concentration en pollution organique (DBO) : l

• Rendement d ’épuration : r

• Volume du réacteur : V

• Débit volumique entrant : Q

• Charge massique appliquée :

• Charge volumique appliquée :

• Temps de passage :

• Age de boue :

VX

QlCm 0

V

QlCv 0

Q

V

pp XQ

VXTSB

CADRE RÉGLEMENTAIRE

- les lois précisent les valeurs limites des critères de pollution, en concentration et en

rendement d’épuration (Directive européenne du 21 Mai 1991 pour les ERU)

- la valeur limite est respectée quand au maximum 10% des résultats dépassent cette

valeur, en restant inférieurs à deux fois cette valeur.

- existence de normes spécifiques à certaines zones sensibles à l’eutrophisation.

-contrôles réguliers ou inopinés, selon la quantité brute de pollution générée.

Paramètre Concentration % minimal de réduction

DBO5 25 mgO2/L 70-90%

DCO 125 mgO2/L 75%

MES 35 mg/L 90%

N total* 15 mg/L 80%

P total* 2 mg/L 70-80%

*Rejets en zone sensible, EH entre 10 000 et 100 000

EVOLUTION DES PERFORMANCES DES STATIONS D’ÉPURATION

FLUX REJETÉS APRÈS TRAITEMENT ÉVENTUEL

DANS UNE STATION D’ÉPURATION INDUSTRIELLE

LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE DES EAUX USÉES

Traitement aérobie (boues activées)

MO + µorganismes + O2 µorganismes + CO2

Traitement anaérobie (méthanisation)

MO + µorganismes µorganismes + CH4 + CO2

Biogaz

100% 50% 50%

100% 7-12% 85-90%

Traitement de la matière organique

PRINCIPES DE L’EPURATION BIOLOGIQUE AEROBIE

Réaction de catabolisme

Réaction d’anabolisme

Oxydation biomasse (respiration endogène)

Bilan Oxygène

Matière organique + Microorganismes + O2 CO2 + H2O + Energie

Matière organique + Microorganismes + O2 + Energie C6H5O2N + CO2 + H2ONutriments

Nutriments

C6H5O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NO3- + métabolites réfractaires

(boues en excès)

DCO (soluble) = DCO (biomasse) + O2 (utilisé)


ENERGÉTIQUE DU MÉTABOLISME CELLULAIRE

ATP

ADP + P

AnabolismeCatabolisme

Energie

Biomasse

Substrat

Substrat

Produits + CO2 + H2O


LE MÉTABOLISME AÉROBIE

O2

Matière organique

Micro-organismesCO2 + H2O

Métabolites réfractaires

(boues en excès)

Oxydation de la Biomasse

(respiration endogène)

Oxydation de la

matière organique

Croissance exponentielle Croissance ralentie Croissance endogène

A B C D

Production de boue

Taux de consommation

de O2

L0

S0

Masse totale

de cellules

DCO résiduelle

PRINCIPES DE L’EPURATION BIOLOGIQUE AEROBIE


RAPPEL : CINÉTIQUE MICROBIENNE

XrX Y

XrS

blK

lm

rx : vitesse de croissance (g.L-1h-1),

µ : taux de croissance (h-1),

µm : taux de croissance maximal

X : concentration en biomasse (g/L)

rs : vitesse de consommation du substrat (g.L-1h-1)

Y : rendement en biomasse (kgMVS.kdDBO-1)

b : mortalité des cellules (j-1)

INFLUENCE DES CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUE SUR LES BOUES ACTIVEES

pH

6,5 - 8,5

Température

Influence directe sur la vitesse des réactions biologiques

Oxygène dissous

Substrat des microorganismes, importance du transfert

Facteurs nutritionnels

Macro-éléments : C, N, P. DBO5:N:P = 100:5:1

Micro-éléments : Fe, Ca, Mg, K, Mo, Zn, Co,...

ELIMINATION DU CARBONE PAR VOIE AÉROBIE

PROCÉDÉ À BOUES ACTIVÉES

dégrillage dessablage déshuilage

Bassin de

Boues activées

Décanteur

Traitement des boues

Silo à boues

Poste de

relèvement

Départ des

eaux épurées

Recyclage

boues

DIFFÉRENTS TYPES DE PROCÉDÉS À BOUES ACTIVÉES

Désignation

Charge Massique

(kgDBO5.kgMVS-1.j-1)

Charge

Volumique

(kgDBO5.m-3.j-1)

Concentration

en Boues

(kgMVS.m-3)

Age de

Boues (j) Remarques

<0,10 >90%Faible

Charge <0,07

<0,35 4 10 à 30

Nit. possible

Moyenne

Charge

0,15<Cm<0,4 0,5<Cv<1,5 3 4 à 10 80 à 90 %

Forte Charge 0,4<Cm<1,2 1,5<Cv<3 2 à 3 1,5 à 4 90%

NB: Les procédés à faible charge sont aussi appelé Aération prolongée

DIMENSIONNEMENT DU BASSIN D’AÉRATION DES STEP

Q, l0, X0

(1+r)Q, lf, X (1-e)Q, lf, Xs

lf, X

= taux d’épaississement des boues (3 en général)

r = taux de recirculation

e = taux d’extraction

eQ

rQ

DIMENSIONNEMENT DES STEP- BESOINS EN OXYGÈNE

Besoins en O2 (kg.j-1) = a’DL + b’Ba

Avec DL = quantité de DBO éliminée dans le bassin (kg.j-1)

Ba = quantité de boues activées dans le bassin (kgMVS)

O2 (kg.j-1) = a ’Q(l0-lf) + b ’XV

Forte charge Moyenne charge Faible charge

Cm (kgDBO kgMVS.j-1

) 0,5 - 1 0,1 - 0,5 < 0,1

(h) 2 - 4 4 - 11 24

K’ (h-1

) 1 0,4 0,3

Y 0,6

b (j-1

) 0,05

a’ (kgO2.kgDBO.j-1

) 0,5 0,55 0,66

b’ (kgO2.kgMVS.j-1

) 0,12 0,08 0,07

X (kgMVS.m-3

) 2,5 3 4

3

DIMENSIONNEMENT DES STEP

PRODUCTION DE BOUES

B = Bmin + Bdur + YQ(l0-lf) - bXV - Beff

B : boues en excès (kgMES.j-1)

Bmin : 30% des MES entrantes

Bdur : MES difficilement biodégradables, 25% des MVS effluent

YQ(l0-lf) : boues synthétisées

bXV : fraction détruite par auto-oxydation

Beff : boues partant avec l’effluent de sortie

Synoptique de la station d’épuration urbaine du Bola (Belgique)

Capacité : 2300 EH

http://www.aide.be/step_serv_am/bola.html

Vue générale de la station d’épuration urbaine du Bola (Belgique)


Bassin d’aération

(400 m3)

Clarificateur secondaire

(150 m3)


ECOSYSTEME DES BOUES AEROBIES

Bactéries

Bâtonnets Gram- : coliformes, Enterobacter, Pseudomonas, Achromobacter,

Flavobacterium, Zooglea

Bactéries Gram+ : Micrococcus, Arthrobacter, corynéformes, mycobactéries

Levures et champignons filamenteux

Présents en faibles quantités

Protozoaires

Rhizopodes ou amibes

Ciliés comme Vorticella, Epistylis, Apidisca, Opercularia,...

Métazoaires

Organismes pluricellulaires comme les rotifères et les nématodes (vers).

PROTOZOAIRES DANS LES BOUES ACTIVEES

THEORIES EXPLICATIVES SUR LA FORMATION DES FLOCS

•Phénomènes d’attraction à la surface bactérienne

•Modèle de l ’ossature filamenteuse

•Théorie intégrée

Groupe Type Affinité Résistance

forte pour au manque de S

formeur de flocs élevé S faible

filaments A élevé O2 faible

filaments B faible S forte

Bactéries

Gram - filamenteuses (à trichome) : Sphaerotilus natans, Beggiota, Thiotrix, Microthrix

Gram+ : Bacillus

Champignons filamenteux

Geotrichum candidum, Leptomitus, Cephalosporium, Cladosporium, Penicillium

Thiotrix Microthrix parvicella

LES MICROORGANISMES RESPONSABLES DU FOISONNEMENT

BOUES ACTIVEES ET FOISONNEMENT (BULKING)

METAZOAIRES DANS LES BOUES ACTIVEES

Nématodes

Rotifères

PROBLEME DE MOUSSES DANS LES BOUES ACTIVEES

LES MICROORGANISMES RESPONSABLES DU FOISONNEMENT

Champignons filamenteux

Amélioration de la rétention de biomasse

- Augmenter la concentration en microorganismes dans le réacteur

- Améliorer la qualité du rejet (MES)

Bioréacteurs à membranes (BRM)

Réacteur à biomasse immobilisée (biofilms)

Charge massique :

XV

SQ

M

F

LE BIORÉACTEUR À MEMBRANES (BRM)

Perméat Perméat

Boues

en excès

Boues

en excès

Eau usée Eau usée

Membranes externes Membranes immergées

Membranes tubulaires ou planes

Filtration tangentielle (1-4 kWh.m-3)

Jusqu’à 30 gMES/L (8-15)

Prétraitement poussé nécessaire

Fréquence de lavage élevée

Appliquée aux ERI (lixiviats)

Membranes fibres creuses (2/3) ou planes (1/3)

Filtration par dépression (0,4-1 kWh.m-3)

6-12 gMES/L

Prétraitement poussé nécessaire

Fréquence de lavage faible

Appliquée aux ERI et ERU


Le développement des BRM en Europe (Kraume et Drews, 2010)


Evolution des coûts de fonctionnement et de maintenance (Kraume et Drews, 2010)

LE BRM APPLIQUÉ AUX ERU

Qualité du rejet très élevée : - rejet en zone sensible,

- possibilité de recyclage de l’eau traitée

Mais : coût plus élevé, capacité d’aération inférieure aux BA (viscosité)

Développement très important : - marché multiplié par 10 en 5 ans,

- 10 M d ’habitants (0,5%)

Augmentation de la taille des stations : projet de 400 000 EH (USA), en 2000 la plus

grande station traitait 35 000 EH (Leipzig), en 2008, la station de Nordkanal

(Allemagne) traite 80 000 EH

RÉACTEURS À BIOMASSE FIXÉE

• Biofilm

PROCÉDÉS À BIOFILM

Avantages

- Charge volumique éliminée élevée

- Compacité (emprise au sol, couverture)

- Modularité

- Robustesse (inhibiteurs, chocs) : diversité?

Mais

- Frais d’investissement plus élevés

- Automatisation nécessaire

- Durée de colonisation des matériaux support

- Limitations de l’apport en substrats

- Colmatage (lit fixe)

PROCÉDÉS À BIOMASSE FIXÉE

BIOFILM

Possibilité de développement de bactéries autotrophes près

du support (Nitrification)

support

biofilm

anaérobie aérobie

O2

DBO5

CO2

sous-produits

Garnissages utilisés en lits bactériens

- garnissages ordonnés (auto-supportés)cloisonyle™

- garnissages vrac

flocorAnneaux pall

surfaces

spécifiques

As : de 60 à

250 m2.m-3.

Effluent

à traiter

Recirculation

Effluent

traité

Garnissage

Répartition par sprinkler

LE LIT BACTERIEN

LE LIT BACTERIEN

http://www.carteleau.org

• On fait ruisseler l'eau sur un matériau développant de la surface spécifique (50-200 m2/m3)

• Matériau naturel (gravier, roche volcanique) ou synthétique (PVC, PE, PP)

• Ventilation naturelle ou forcée

• Nécessité d’avoir un arrosage optimal pour:

- ne pas assécher le biofilm, ne pas le noyer (pour l’apport d ’oxygène)

- permettre la croissance du biofilm

- permettre l’autocurage: élimination du biofilm (éviter le colmatage)

• Consommation électrique moins importante que pour les boues activées (2 à 3 fois moins)

• Produit autant de boues que le procédé à boues activées (BA).

• Mais décanteur secondaire de surface moindre que BA car il ne voit que les boues produites

(pas de recirculation des boues comme dans les BA).

• Pour le traitement d’effluents industriels fortement chargés, utilisation d’un lit bactérien (i.e.

abattement de 50% de la charge) avant un traitement par boues activées.

• Capacité : 4-10 gDBO/m2.j soit 0,1-1 kgDBO/m3.j

• Nitrification possible en un ou deux étages

• Dénitrification possible avec lit bactérien non aéré ou noyé

LE LIT BACTERIEN

LE LIT BACTERIEN

Lit Bactérien

DIMENSIONNEMENT

n

h

s

f

Q

HKA

l

lexp

0

H: hauteur du lit (m)

As: surface spécifique en m2.m-3

Qh : Charge hydraulique (débit rapporté

à la section du lit), m.j-1

n : coefficient (n=0,91-21.5/As)

K : constante liée à la biodégradabilité,

ERU: 0,0226

ERI Abattoirs : 0,0082

Conserverie fruits-légumes : 0,01530

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Volume de matériau (m3.m-3 d’eau traitée)

Conversion en DBO5

ERU

Abattoirs

LES DISQUES BIOLOGIQUES ROTATIFS

Décanteur

primaire

Décanteur

final

Boues en excès

Eau traitéeEau brute

Boues




• Observation au 19ieme siècle du pouvoir épurateur des moulins à eaux !

• La biomasse est fixée sur des disques en rotation montés verticalement et immergés à 40 %

dans l'eau à traiter :

- épaisseur du biofilm 1 à 3 mm

- diamètre 2 à 4 m

- vitesse de 1 à 2 t/minute

- espacement entre les disques 2 à 3 cm

• Disques pour traiter la pollution soluble

• Faible agitation, il faut éviter les dépôts

• Décanteur primaire nécessaire

• Pas de recirculation des boues

• Disques ondulés ou autres formes:

- 50 à 200 m2 /m 3

- sur arbre de 7,5 m: jusqu'à 9300m2

- ajout de godets et injection d'air pour entraîner la rotation.

• Les disques doivent être couverts: protection contre les intempéries pluie, gel, soleil.

• Capacité : en DBO soluble: 15 à 30 g /m2.jour : charge hydraulique: de 0,04 à 0,16 m3/m2.jour


BIOFILTRES ET LIT FLUIDISES

S

A

S

A

A

S

Biofiltre ascendant Biofiltre descendant Lit fluidisé

LES BIOFILTRES

Procédé d'épuration de l'eau usée à culture de bactéries fixées

utilisant un matériau granulaire en tant que support assurant la

filtration et la dégradation biologique


LES BIOFILTRES

• Support < 5 mm

• Opération en lit fixe ou fluidisé

• Co-courant ascendant gaz-liquide ou contre-courant

• La biomasse reste dans le filtre : colmatage et nécessité de faire des cycles de

lavage pour enlever la biomasse (air ou eau)

• Compacité (faible emprise au sol, forte surface spécifique disponible pour le

biofilm 700 à 1200 m2 /m3)

• Absence de clarificateur secondaire: les eaux de lavage concentrées en

biomasse sont acheminées directement au traitement des boues.

• Capacité : 2-10 kg DCO/ m3.j

Biofiltres :le Biofor®

www.degremont.com

http://www.degremont-technologies.com/dgtech.php?article463

http://www.degremont-technologies.com/dgtech.php?article463

Biofiltres :le Biostyr®

http://www.veoliawaterst.com/biostyr/fr/

Système à biomasse fixée

Système à biomasse suspension

Résiste mieux aux composés toxiques de l'affluent

Sensible à la présence de toxiques

Limitations au transfert de masse du substrat dans le biofilm

Peu de limitation au transfert du substrat

Aucun effet du décanteur secondaire sur le fonctionnement du réacteur et sa charge en biomasse

Le fonctionnement du bassin d'aération, et sa quantité de biomasse sont directememt reliés à la performance du décanteur secondaire

Avec les biofiltres, on peut se passer de décanteur secondaire

Décanteur secondaire toujours nécessaire

Conception basée encore sur des relations empiriques car mécanismes complexes dans le biofilm

Nombreux modèles disponibles (et logiciels) pour la conception

Comparaison biomasse fixée-biomasse en suspension

Granules aérobies

- Procédé alimenté en mode SBR

- Rôle essentiel de l’hydrodynamique sur la granulation et la stabilité des granules

- Domaine d’application : traitement simultané du carbone, de l’azote et du

phosphore

Procédés émergents

PRINCIPE DE L’ÉPURATION BIOLOGIQUE ANAÉROBIE

Acides organiques,

alcools, ...

Acétate

B. hydrolytiques

B. acidogènes

B. acétogènes

B. homoacétogènes

A. méthanogènes

acétoclastesA. méthanogènes

hydrogénophiles

Méthanogenèse

Acidogenèse

Acétogenèse

CO2+H2

CH4CO2+CH4

Hydrolyse

Monomères

Macro-molécules

Carbone Organique

100 %

<90 %Ecosystème de la

méthanisation

Biomasse

>10%

Biogaz (CH4 + CO2)

PRINCIPE DE L’ÉPURATION BIOLOGIQUE ANAÉROBIE

HYDROLYSE ET ACIDOGENESE

Bactéries impliquées : Clostridium, Ruminococcus, Bacillus, Escherichia,

Bacteroïdes, Enterobacter, ...

Hydrolyse

Macromolécules Molécules simples

Acidogénèse

AGV, Acide lactique, Alcools, CO2, H2

BACTERIES HOMO-ACETOGENES

C6H12O6 3 CH3COO- + 3 H+ G0’ = -311 KJ/réaction

4H2 + 2HCO3- + H+ CH3COO- + 4 H2O G0’ = -105 KJ/réaction

Bactéries impliquées : Clostridium, Acetobacterium, Sporomusa...

BACTERIES SYNTROPHES

Bactéries impliquées :

Syntrophobacter, Syntrophomonas, Syntrophospora et Syntrophus.

Type de réaction Réactifs Produits Energie libre*

(KJ/réaction)

G ' G'

Oxydation d’acide gras Propionate +3H2O Acétate + HCO3- + H+ + 3H2 +74 -1

Oxydation d’alcool Ethanol + H2O Acétate + H+ + 2H2 +2 -44

Oxydation d’acide aminé Alanine + 3H2O Acétate + HCO3- + H+ + NH4

+ + 2H2 +8 -38

Oxydation de composé

aromatique Benzoate + 7H2O 3 Acétate + HCO3- + H+ + H2 +53 -16

* G ' : conditions standard, pH7, 25 C ; G' : conditions identiques à l’exception de pH2=10-4 atm.

LE TRANSFERT INTER-ESPECES D’HYDROGENE

ARCHAEA METHANOGENES

Méthanogènes acétoclastes

Methanosarcina et Methanosaeta (Methanothrix)

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3- G°'=-31 KJ

Méthanogènes hydrogénophiles

Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Methanogenium,...

HCO3- + 4H2 + H+ CH4 + 3H2O G°'=-135,6 KJ

4HCOO- + H2O + H+ CH4 + 3HCO3- G°'=-130 KJ

ARCHAEA METHANOGENES

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhylogeneticTree.png

INFLUENCE DES CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUE

SUR LA DIGESTION ANAEROBIE

pH

Neutralité

Température

Mésophile (35-40 C) ou thermophile (55-60 C)

Potentiel d ’oxydo -réduction

Anaérobiose stricte : -300 à -330 mV

Facteurs nutritionnels

Macro-éléments : C:N:P = 150:4:1

Micro-éléments : Fe, Ni, Mg, Ca, Na, Co

LA MÉTHANISATION DES EFFLUENTS

Spécificités

Adaptée pour des concentrations élevées (>2500 mgDBO)

Convient pour ERI, ERU pays chaud

Optimal à 35 C

Faible rendement en biomasse (0,1 à 0,2 kgMVS.kgDBO-1)

Biogaz (70% CH4) valorisable, autonomie énergétique

Taux de croissance faible : démarrages longs

Sensibilité aux perturbations (surcharges, chocs pH)

La méthanisation est une voie de dépollution relativement peu développée en France par

les traiteurs d’eau.

Elle revient « à la mode » périodiquement pour des raisons diverses :

- énergétiques (années 80)

- économiques (années 90: abattement de pollution en ERI)

- écologiques (depuis 98): énergie renouvelable, hygiénisation des boues d’épuration,

réduction des boues d’épuration.

- énergétiques depuis 2006: augmentation du prix de rachat de l’électricité produite à partir

de biogaz

Cellules libres:

CONTACT

ANAEROBIE

R

S

EG

REACTEUR

COMPARTIMENTE

E

S

G

LES TECHNOLOGIES DE LA MÉTHANISATION

REACTEUR

A LIT DE BOUES

(UASB)

G

E

S

E: entrée effluent, S: sortie effluent, G: biogaz, R: recyclage


UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) REACTOR

http://www.paques.nl/en/biopaq_uasb_anaerobic_treatmenthttp://www.uasb.org/discover/agsb.htm#uasb

UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) REACTOR

Charge volumique : 10 à 25 kgDCO/ m3.jour

Vitesse de décantation des granules élevée : 20-50 m/h

Forte densité de biomasse : 20-50 kgMVS/m3

SVI < 20ml/g

Hauteur : 4-6 m

Vitesse ascensionnelle du liquide : 0,5-2 m/h

Brasserie (Belgique), 600 m3/j

Procédé Seghers

EXPANDED GRANULAR SLUDGE BED (EGSB) REACTOR

http://www.veoliawaterst.com/biobed-egsb/fr/

EXPANDED GRANULAR SLUDGE BED (EGSB) REACTOR


Vitesse de décantation des granules très élevée : 60-100 m/h

Hauteur : 12 à 18 mètres

Vitesse ascensionnelle du liquide : 5-6 m/h

Auto-nettoyage du séparateur triphasique

http://www.veoliawaterst.com/biobed-egsb/fr/

http://www.pulpandpaper-technology.com/contractors/environmental/paques/

INTERNAL CIRCULATION (IC) REACTOR

INTERNAL CIRCULATION (IC) REACTOR


Hauteur : jusqu’à 25 m mètres

Vitesse ascensionnelle du liquide : 10-20

m/h en bas, 2-10 m/h en haut

http://www.pulpandpaper-technology.com/contractors/environmental/paques/

http://www.uasb.org/discover/granules.htm#granules

GRANULES ANAÉROBIES

GRANULES ANAÉROBIES

Substrat : acétate (Methanosaeta) Substrat : saccharose (mixed

culture)


granulaire flocculante dispersée

DÉCANTATION DE BOUES ANAÉROBIES


MODELISATION

Vers la prise en compte de la complexité

microbiologique

Damien Batstone, University of Queensland, Australia


Cellules fixées:

REACTEUR A

LIT FIXE

(FILTRE ANAEROBIE)

R

E

S

G

BIOFILTRE ANAÉROBIE


REACTEURS

A LIT MOBILE

Lit fluidisé ascendant Lit turbulé inverseLit fluidisé inverse

E

E

E

S S

S

GG

G

RR

R(gaz)

LIT FLUIDISÉ, GAS-LIFT

• Augmentation de la surface disponible (support granulaire ou granules)

• Support mis en mouvement

• Pas de colmatage

• Contrôle possible des biofilms (hydrodynamique)

Réacteur fortes

contraintes

Réacteur faibles

contraintes

1

234

5

6

7

89

1011

12

13

14

15

16

200 µm

200 µm

BIOFILM ANAEROBIE

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES DIGESTEURS

Température

mésophile (35 C) : contrôle nécessaire

pH

- Neutralité

- Pouvoir tampon du milieu ou ajustement (soude, chaux)

Stabilité

- suivi des Acides Gras Volatils (surcharges)

- suivi de la teneur en H2 du biogaz

- développement de systèmes de conduite automatisée

- nécessité de contrôler les apports (N, P, oligo-éléments)

Acidification

Selon les substrats (sucres ou riches en sulfates),

un bac tampon en tête du méthaniseur peut être utilisé

comme réacteur d’acidification, cela limite les fluctuations

de pH, ainsi que la prolifération des bactéries fermentaires

acidogènes dans le réacteur.

Biogaz

- valorisable en place (chaudières, cogénération, injection du gaz dans le

réseau)

- combustion (torchères)

Démarrage des digesteurs

- ensemencement massif pour les cellules libres

- boues acclimatées, digesteurs ERU, lisiers (porcs, bovins)

- plus délicat pour les cellules fixées (adhésion)

- augmentation progressive de la charge

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES DIGESTEURS

PERFORMANCES DES DIGESTEURS

Cinétique de la méthanisation

0,1 à 2 kgDCO.kgMVS-1.j-1

Yx/s= 0.05 à 1 kgMVS.kgDCO-1

YCH4=0,3 m3CH4. kgDCO

-1

X (kgMVS.m-3) Cv (kgDCO.m-3.j-1) TSH (j)

Contact 5-20 1-5,5 5-10

Filtre 10-30 10-15 1-5

Lit fluidisé 40-50 30-40 0,2-2

UASB 20-40 15-25 0,5-4

Performances des digesteurs industriels

Potentialités des réacteurs aux fortes charges

Réacteurs à lit mobiles: > 100 kgDCO.m-3.j-1

Problèmes hydrodynamiques (biogaz, détachement biofilm)

Exemple

Usine Euroserum (séchage de lactosérum) rejette

2500 m3.j-1 d’effluent à 4,3 kgDCO.m-3. Le traitement est réalisé

dans 2 réacteurs à lit fluidisé de 300 m3 chacun. Le biogaz

génère de la vapeur d’eau utilisée dans le procédé, ce qui

entraîne une économie de 90 000 €/an pour l’installation.

PERFORMANCES DES DIGESTEURS

Documents

Traitement biologique des eaux usées 1-Traitement du carbone - … · 2015-08-11 · Traitement biologique des eaux usées 1-Traitement du carbone Nicolas Bernet [email protected]