1. Présentation
L'élimination améliorée des nutriments biologiques (BNR) est un élément essentiel des systèmes conventionnels à boues activées (CAS), visant à réduire les concentrations d'azote et de phosphore pour répondre aux réglementations de plus en plus strictes en matière de rejets d'effluents. Les systèmes CAS traditionnels reposent souvent sur une aération continue et des paramètres opérationnels fixes, ce qui peut limiter l'efficacité de l'élimination des nutriments, en particulier dans des conditions d'affluent fluctuantes. L'étude examine les modifications opérationnelles, y compris l'aération intermittente et l'optimisation de l'âge des boues, pour améliorer l'élimination des éléments nutritifs sans modifications majeures des infrastructures, fournissant ainsi des conseils pratiques pour la modernisation des usines existantes.
2. Matériels et méthodes
Les réacteurs à l'échelle pilote-ont été conçus pour comparer différentes conditions opérationnelles. Les modes d'aération comprenaient des cycles d'aération continus et intermittents, tandis que les temps de rétention des boues (SRT) variaient de 5 à 20 jours. Les rapports carbone-à-azote (C/N) ont été ajustés de 4 à 10 pour évaluer leur effet sur l'élimination des nutriments. L’effluent secondaire municipal a été utilisé comme influent. Les concentrations d'azote et de phosphore ont été surveillées quotidiennement. La composition de la communauté microbienne a été évaluée à l’aide du séquençage de l’ARNr 16S, en se concentrant sur l’enrichissement en bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes selon diverses stratégies opérationnelles. Des stratégies de contrôle adaptatif ont été mises en œuvre pour évaluer la stabilité des effluents sous la variabilité des influents.
3. Résultats
L'aération intermittente combinée à un vieillissement optimisé des boues a considérablement amélioré l'efficacité de l'élimination des nutriments. L'élimination de l'ammonium dépassait systématiquement 95 %, l'élimination totale de l'azote variait de 80 % à 90 % et les concentrations de phosphore total tombaient en dessous de 1 mg/L dans des conditions optimales. L'analyse microbienne a révélé un enrichissement sélectif en bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes, corrélé à une meilleure élimination des nutriments. La surveillance continue et le contrôle adaptatif ont maintenu une qualité stable des effluents même lorsque les concentrations des influents variaient. Une analyse comparative a démontré que l'aération intermittente permettait une élimination supérieure de l'azote et du phosphore par rapport à l'aération continue, tout en optimisant le SRT pour améliorer encore les performances du processus.
4. Discussion
Les résultats indiquent que les modifications opérationnelles des systèmes CAS peuvent améliorer considérablement l’élimination des éléments nutritifs sans nécessiter de mises à niveau coûteuses des infrastructures. L'aération intermittente crée une alternance de conditions aérobies et anoxiques qui favorisent la nitrification et la dénitrification simultanées. L’âge optimisé des boues maintient une population microbienne équilibrée, favorisant une activité biologique stable. L'étude met en évidence l'importance de comprendre la dynamique de la communauté microbienne et d'appliquer un contrôle adaptatif pour répondre à la variabilité des influences. Ces résultats offrent des conseils pratiques aux installations de traitement des eaux usées qui cherchent à améliorer la qualité des effluents de manière rentable-tout en répondant à des exigences réglementaires plus strictes.
5. Conclusion
Une meilleure élimination des nutriments biologiques dans les systèmes à boues activées conventionnels peut être obtenue en combinant une aération intermittente avec un âge de boue optimisé. Cette stratégie améliore l’élimination de l’azote et du phosphore, favorise les changements bénéfiques de la communauté microbienne et garantit une qualité stable des effluents dans des conditions variables. L'approche comparative fournit une méthode réalisable et rentable-pour moderniser les usines CAS existantes, démontrant que les modifications opérationnelles peuvent générer des avantages environnementaux et réglementaires substantiels sans investissements majeurs dans les infrastructures.