Traitement biologique anaérobie

Introduction

Le traitement biologique anaérobie est un procédé de traitement des eaux usées qui décompose les polluants organiques en l'absence d'oxygène. Il s'appuie sur des micro-organismes anaérobies pour convertir des composés organiques complexes en substances plus simples, principalement du méthane (CH₄) et du dioxyde de carbone (CO₂). Cette méthode est largement utilisée pour la stabilisation des eaux usées et des boues industrielles à haute résistance en raison de son efficacité énergétique et de sa faible production de boues.

Avantages du traitement anaérobie par rapport au traitement aérobie

1. Capacité de chargement organique plus élevée

• La charge de boues typique (F/M) pour le traitement anaérobie des eaux usées industrielles est0,5 à 1,0 kg DBO₅/(kg MLVSS·d), plus de deux fois celui des processus aérobies (0,1–0,5 kg DBO₅/(kg MLVSS·d)).
• En raison de l'absence de limitations en matière de transfert d'oxygène, leMLVSS (solides volatils en suspension de liqueurs mélangées)dans les systèmes anaérobies peut atteindre5 à 10 foiscelui des systèmes aérobies.
• Le taux de charge volumétrique organique pour le traitement anaérobie est5 à 10 kg DBO₅/(m³·d), comparé à seulement0,5 à 1,0 kg DBO₅/(m³·d)pour le traitement aérobie-a10 fois la différence.

2. Production de boues réduite et meilleure qualité des boues

• Le traitement anaérobie produit uniquement5%–20%de la biomasse générée dans les processus aérobies.
• Les méthodes aérobies produisent0,25 à 0,6 kg de boues par kg de DCO éliminée, alors que les méthodes anaérobies ne donnent que0,02 à 0,18 kg, avec une meilleure déshydratation.
• La digestion anaérobie égalementtue les œufs de parasitesdans les boues, améliorant leur stabilité hygiénique et chimique, réduisant ainsi les coûts d'élimination des boues.

3. Besoins nutritionnels réduits et flexibilité opérationnelle

• Les microbes anaérobies nécessitentseulement 5 à 20 %des nutriments (N, P) nécessaires aux processus aérobies, ce qui les rend adaptés aux eaux usées-déficientes en nutriments.
• Les micro-organismes anaérobies restent actifs pendantdes mois voire des annéessans déclin significatif et peut redémarrer rapidement après des arrêts, permettantfonctionnement intermittent(idéal pour les eaux usées saisonnières).

4. Économies d'énergie et production de méthane

• Le traitement aérobie consomme0,5 à 1,0 kWhd'électricité par kg de DCO éliminée pour l'aération, tandis que les systèmes anaérobieséliminer les coûts d’aération.
• Digestion anaérobieproduit du méthane, cédant oplus de 12 000 kJ d'énergie par kg de DCO éliminée.
• Aucun problème de mousse (contrairement au traitement aérobie des eaux usées contenant des tensioactifs-).

5. Pollution atmosphérique réduite et capacité de dégradation plus large

• L'aération aérobie peutvolatiliser les composés organiques, provoquant une pollution de l’air, alors que les systèmes anaérobies évitent ce problème.
• Les microbes anaérobies peuventdégrader certains composés récalcitrants(par exemple, les hydrocarbures chlorés) que les bactéries aérobies ne peuvent pas.

6. Synergie microbienne complexe pour une dégradation améliorée

• La digestion anaérobie implique diverses communautés microbiennes travaillant en synergie, permettant la décomposition des matières organiques difficiles à-dégrader-que le traitement aérobie ne peut pas entièrement traiter.

Inconvénients du traitement anaérobie

1. Croissance microbienne lente et temps de démarrage plus long

• Les microbes anaérobies se développent lentement, ce qui nécessitepériodes de démarrage et temps de rétention hydraulique (HRT) plus longsque les systèmes aérobies.

2. Les effluents nécessitent un traitement supplémentaire

• Effluent anaérobie souventne répond pas aux normes de rejetet doit êtrepoli avec traitement aérobie.

3. Supplémentation en alcalinité nécessaire pour les eaux usées à faible -C/N

• Les eaux usées à faible-concentration ou à faible-C/N peuvent manquer d'alcalinité, ce qui nécessiteajout d'alcalinité externe.

4. Chauffage requis pour les eaux usées à faible-concentration

• Si la production de méthane est insuffisante pour maintenir des températures optimales(30–38 degrés), chauffage externeest nécessaire.

5. Risque d'explosion dû au méthane

• Le biogaz (CH₄ + CO₂ + H₂S) estinflammable et explosif, exigeantconceptions de réacteurs antidéflagrants-.

6. Sensibilité aux composés toxiques

• Aliphatiques chlorés et autres toxinesinhiber les méthanogènesplus sévèrement que les hétérotrophes aérobies ; un fonctionnement incorrect peut déstabiliser le système.

7. Un contrôle strict de la température est nécessaire

• Basses températuresréduire considérablement l'efficacité, et la gestion opérationnelle estplus complexeque dans les systèmes aérobies.

8. Problèmes d’odeur et de corrosion du H₂S

• Le sulfate (SO₄²⁻) dans les eaux usées produitH₂S, provoquantodeursetcorrosion des tuyaux, des moteurs et des chaudières.
• Réduction des sulfates égalementconsomme de la matière organique,réduisant le rendement en méthane.

9. Pas de nitrification

• Systèmes anaérobiesne peut pas nitrifier l'ammoniac; une activité microbienne optimale nécessiteNiveaux de NH₃-N de 40 à 70 mg/L.