Réacteur biologique pour eaux usées

Le¬†traitement biologique des eaux us√©es¬†est effectu√© gr√Ęce √† une s√©rie de processus importants qui ont en commun l’utilisation de microorganismes (parmi lesquels signalons les bact√©ries) pour effectuer l’√©limination des composants solubles dans l’eau. Ces processus mettent √† profit la capacit√© des microorganismes √† assimiler la mati√®re organique et les nutriments (azote et phosphore) dissous dans l’eau us√©e pour leur propre croissance. Lorsqu’ils se reproduisent, ils s’agr√®gent entre eux et forment des flocules macroscopiques avec suffisamment de masse critique pour se d√©canter en un temps raisonnable.

L’application traditionnelle consiste en l’√©limination de mati√®re organique biod√©gradable, qu’elle soit soluble ou collo√Įdale, ainsi que l’√©limination de compos√©s contenant de l’azote et du phosphore. C’est l’un des traitements les plus r√©pandus, non seulement dans le cas des eaux us√©es urbaines mais aussi en grande partie des eaux industrielles, de par sa simplicit√© et son faible co√Ľt √©conomique d’exploitation.

Dans la plupart des cas, la mati√®re organique constitue la source d’√©nergie de carbone dont ont besoin les microorganismes pour leur croissance. Il est √©galement n√©cessaire de compter sur la pr√©sence de nutriments, contenus par les √©l√©ments essentiels pour la croissance, particuli√®rement de l’azote et du phosphore, et enfin, dans le cas de syst√®mes a√©robies, la pr√©sence d’oxyg√®ne dissous dans l’eau. L’oxyg√®ne n’est pas indispensable, car les microorganismes sont capables de d√©grader la mati√®re organique √©galement en conditions ana√©robiques. Cet aspect sera essentiel au moment de choisir le processus biologique le mieux adapt√©.

Dans le m√©tabolisme cellulaire, l’accepteur final d’√©lectrons joue un r√īle fondamental dans les processus d’oxydation de la mati√®re organique. Cet aspect a aussi une influence sur les possibilit√©s d’application au traitement des eaux us√©es. Concernant ce que l’on appelle, l’accepteur final d’√©lectrons, on distingue trois cas:

  • Syst√®mes a√©robies: l’oxyg√®ne est l’accepteur final d’√©lectrons pr√©f√©r√© par toutes les cellules. S’il y a de l’oxyg√®ne dans l’environnement, celui-ci sera l’accepteur final d’√©lectrons, ce qui implique d’obtenir des rendements √©nerg√©tiques √©lev√©s et une importante production de vases, √† cause de la croissance importante des bact√©ries en conditions a√©robies.
  • Syst√®mes ana√©robies: dans ce cas l’accepteur final d’√©lectrons est la mati√®re organique elle-m√™me qui agit en tant que source de carbone. En cons√©quence de ce m√©tabolisme, la plupart du carbone est destin√© √† la formation de sous-produits de la croissance (biogaz, c’est-√†-dire CO2 et m√©thane) alors que la fraction de carbone utilis√©e pour la synth√®se cellulaire est basse. Pour ce qui est du traitement, cela entraine deux avantages : il se produit une faible quantit√© de boues en m√™me temps que du biogaz est produit, ce qui peut √™tre valoris√©. Il est g√©n√©ralement mis √† profit pour produire de l’√©nergie √©lectrique, qui est consomm√©e par l’installation elle-m√™me.
  • Syst√®mes anoxiques: C’est ainsi que l’on nomme les syst√®mes dont l’accepteur final d’√©lectrons n’est ni l’oxyg√®ne, ni la mati√®re organique. En conditions anoxiques, l’accepteur finale d’√©lectrons sont g√©n√©ralement les azotes, les sulfates, l’hydrog√®ne, etc. Lorsque l’accepteur final d’√©lectrons est le nitrate, en cons√©quence du processus m√©tabolique, l’azote de la mol√©cule de nitrate est transform√© en azote gazeux. Ainsi, ce m√©tabolisme permet l’√©limination biologique de l’azote de l’eau us√©e (d√©nitrification).

Avantages de chaque système selon critère

En prenant en compte tous ces aspects, il existe une grande vari√©t√© de modes op√©ratoires, en fonction des caract√©ristiques de l’eau, ainsi que la charge organique √† traiter. Les crit√®res qui aident √† s√©lectionner s’il est pr√©f√©rable de choisir un processus a√©robie ou si un processus ana√©robie serait plus profitable, sont la concentration de mati√®re organique √† √©liminer, s’il est n√©cessaire d’√©liminer de l’azote, la disponibilit√© d’espace physique et la relation entre l’OPEX et le CAPEX du projet. Dans le tableau suivant, on peut observer comment, en fonction de certains crit√®res, quel type de processus (a√©robie ou ana√©robie) convient le mieux:

Aérobie Anaérobie
Concentration matière organique DQO<3 000 mg/L DQO<3 000 mg/L
Espace requis Très grand Petit
√Člimination de nutriments Possible Impossible
CAPEX (co√Ľts d’investissement) Bas √Člev√©
OPEX (co√Ľts d’exploitation) √Člev√© Bas

D’un autre c√īt√©, la biomasse peut croitre librement, en suspension √† l’int√©rieur du bior√©acteur, ou bien en adh√©rant √† un support (biomasse fixe). Dans le processus conventionnel, elle croit en suspension, comme dans le cas des r√©acteurs s√©quentiels (SBR) et dans les r√©acteurs √† biomembrane (MBR) Dans les r√©acteurs √† biodisques, biofiltres, filtres percolateurs ou √† lit mobile (MBBR) la biomasse croit en adh√©rant √† la surface d’un support en plastique ou avec du sable. Ce crit√®re, si la biomasse croit en suspension ou fix√©e √† un support, entraine une s√©rie de cons√©quences pratiques qu’il convient de prendre en compte au moment de s√©lectionner quelle technologie est la plus appropri√©e. Ils sont r√©sum√©s par le tableau suivant:

Biomasse fixe Biomasse en suspension
Espace requis Petit Grand
CAPEX (co√Ľts d’investissement) √Člev√© Bas
OPEX (co√Ľts d’exploitation) Bas √Člev√©
√Člimination des nutriments Basse √Člev√©e
Flexibilit√© d‚Äôop√©ration Moyenne-basse √Člev√©e
R√©ponse √† toxiques et/ou inhibiteurs Moyenne-basse √Člev√©e

Par cons√©quent, la s√©lection du processus biologique le plus appropri√© peut s’effectuer apr√®s analyse des caract√©ristiques de l’effluent, le type de processus industriel qui le g√©n√®re, le degr√© d’√©puration requis et les besoins g√©n√©raux du client. Condorchem Envitech dispose d’une longue exp√©rience dans la conception, la fabrication, l’installation, la mise en marche et l’exploitation de stations d’√©puration biologiques, qu’elles soient a√©robies ou ana√©robies, adapt√©es aux besoins particuliers de leurs clients.

Il existe des configurations singuli√®res qui rassemblent les avantages des diff√©rent syst√®mes. C’est le cas du r√©acteur BioCarb¬ģ, lequel est un mod√®le exclusif d√©pos√© par Condorchem Envitech et qui est bas√© sur le d√©veloppement d’un r√©acteur a√©robic fixe dont la mati√®re de remplissage est le charbon de lignite granul√©. Le charbon filtre, adsorbe et sert de support √† la biopellicule, en plus d’alimenter les microorganismes de min√©raux et les √©l√©ments trace. D’autre part, le processus d’adsorption r√©alise une double contribution au processus en stratifiant les pics de chargement de contaminants et en faisant que le temps de r√©sidence des contaminants √† l’int√©rieur du r√©acteur augmente ce qui rend possible la d√©gradation de compos√©s organiques persistants. Le r√©acteur BioCarb¬ģ s’est montr√© particuli√®rement efficace pour le traitement de contaminants difficiles √† biod√©grader et avec la couleur. De plus, l’immobilisation de la biomasse en surface du charbon de lignite permet de r√©aliser en une seule √©tape un traitement biologique et physicochimique des eaux r√©siduelles.

Concernant les syst√®mes ana√©robies, la longue exp√©rience de Condorchem Envitech nous a conduits √† utiliser des technologies telles que l’UASB (r√©acteur ana√©robie √† flux ascendant et manteau filtrant), le RAFAC ¬ģ (r√©acteur ana√©robie √† flux ascendant de contact) et le RAC¬ģ (r√©acteur ana√©robie de contact), toutes se distinguant par leur grande efficacit√©, pour produire des effluents cristallins et pour transformer la mati√®re organique en biogaz et en fertilisant organique stabilis√©.