Qualité des effluents
1. Excès de matière organique
Les facteurs qui affectent principalement l’efficacité du traitement de la matière organique comprennent :
(1) Nutriments
En général, les nutriments tels que l’azote et le phosphore présents dans les eaux usées suffisent aux besoins microbiens, et souvent en excès. Cependant, lorsque la proportion d'eaux usées industrielles est relativement élevée, le rapport carbone-azote-phosphore doit être vérifié pour s'assurer qu'il répond à la norme de 100 : 5 : 1.
● En cas de carence en azote, des sels d'ammonium sont généralement ajoutés.
● En cas de carence en phosphore, de l'acide phosphorique ou des phosphates sont généralement ajoutés.
(2) pH
Le pH des eaux usées est généralement neutre, allant de 6,5 à 7,5. Une légère diminution du pH peut être provoquée par une fermentation anaérobie dans la canalisation d'eaux usées. Les baisses significatives de pH pendant la saison des pluies sont souvent dues aux pluies acides urbaines, en particulier dans les réseaux d’égouts unitaires.
Un changement soudain et important du pH, qu’il s’agisse d’une augmentation ou d’une diminution, est généralement provoqué par un rejet important d’eaux usées industrielles. L'ajustement du pH des eaux usées implique généralement l'ajout d'hydroxyde de sodium ou d'acide sulfurique, mais cela augmente considérablement les coûts de traitement.
(3) Huiles et graisses
Lorsque la teneur en substances huileuses des eaux usées est élevée, l’efficacité de l’aération de l’équipement d’aération diminue. Sans augmenter l’aération, l’efficacité du traitement diminuera, mais augmenter l’aération augmentera inévitablement les coûts d’exploitation.
Une teneur élevée en huile réduit également les performances de décantation des boues activées et, dans les cas graves, peut provoquer un gonflement des boues, conduisant à des matières en suspension (MES) dans les effluents dépassant les normes. Pour les affluents à forte teneur en huile, un équipement d'élimination de l'huile doit être ajouté lors de l'étape de prétraitement.
(4) Température
La température a un large éventail d’effets sur le procédé à boues activées.
● Premièrement, cela affecte l'activité microbienne. En hiver, si aucune mesure de contrôle n’est prise, l’efficacité du traitement diminuera.
● Deuxièmement, cela affecte les performances de séparation dans les bassins de décantation secondaires ; par exemple, les changements de température peuvent provoquer des courants de densité et des courts-circuits ; les basses températures augmentent la viscosité des boues et réduisent les performances de décantation.
● Troisièmement, la température affecte l'efficacité de l'aération. En été, des températures plus élevées diminuent la saturation en oxygène dissous, ce qui rend le transfert d’oxygène plus difficile et réduit l’efficacité de l’aération. Cela diminue également la densité de l’air, donc pour maintenir le même apport d’air, le volume d’air doit être augmenté.
2.TP (phosphore total) dépassant les normes
L'élimination biologique du phosphore repose sur des organismes accumulateurs de polyphosphates (PAO) qui libèrent du phosphore dans des conditions anaérobies et absorbent l'excès de phosphore dans des conditions aérobies. Le phosphore est éliminé en évacuant les boues en excès riches en phosphore-. Les causes du dépassement des normes de TP des effluents comprennent :
(1) Température
La température affecte moins évidemment l’élimination du phosphore que l’élimination biologique de l’azote. Dans une certaine plage, l’élimination biologique du phosphore fonctionne avec succès malgré des changements de température modérés. Les expériences montrent que l'élimination du phosphore est préférable à des températures supérieures à 10 degrés, car les PAO se développent plus lentement à basse température.
(2) Valeur pH
Entre pH 6,5 et 8,0, la teneur en phosphore et le taux d’absorption des micro-organismes polyphosphates restent stables. Lorsque le pH descend en dessous de 6,5, l’absorption du phosphore diminue fortement. Des baisses soudaines du pH provoquent des augmentations rapides de la concentration de phosphore dans les zones aérobies et anaérobies ; plus la baisse du pH est importante, plus le phosphore est libéré. Cette libération n'est pas une réponse physiologique ou biochimique des PAO mais un effet purement chimique de « dissolution acide ». Une libération plus importante de phosphore anaérobie due à une baisse du pH entraîne une absorption aérobie plus faible du phosphore, ce qui indique que la libération est destructrice et inefficace. Une légère absorption de phosphore se produit lorsque le pH augmente.
(3) Oxygène dissous (OD)
Chaque mg d'oxygène moléculaire peut consommer 1,14 mg de DCO biodégradable, inhibant la croissance de la PAO et entravant l'élimination du phosphore. La zone anaérobie doit maintenir une faible OD pour favoriser la fermentation acide par les anaérobies, favorisant la libération de phosphore par les PAO, et réduire la consommation de matière organique biodégradable, permettant aux PAO de synthétiser davantage de PHB. À l’inverse, la zone aérobie nécessite une DO plus élevée pour aider les PAO à dégrader le PHB stocké afin d’obtenir l’énergie nécessaire à l’absorption du phosphate dissous dans les eaux usées et à la synthèse du polyphosphate intracellulaire. La DO doit être contrôlée en dessous de 0,3 mg/L dans les zones anaérobies et au-dessus de 2 mg/L dans les zones aérobies pour garantir une libération anaérobie efficace du phosphore et une absorption aérobie.
(4) Azote nitrate dans un réservoir anaérobie
L'azote nitrique dans la zone anaérobie consomme des substrats organiques, inhibant la libération de phosphore des PAO et affectant ainsi l'absorption du phosphore dans des conditions aérobies. En outre, l'azote nitrate est utilisé par les bactéries dénitrifiantes comme accepteurs d'électrons pour la dénitrification, ce qui interfère avec les processus de fermentation produisant les acides nécessaires au métabolisme du phosphore de la PAO, supprimant la libération, l'absorption et la synthèse du phosphore de la PAO. Chaque mg d'azote nitrique consomme 2,86 mg de DCO biodégradable, supprimant ainsi la libération anaérobie de phosphore. En règle générale, l’azote nitrique est contrôlé en dessous de 1,5 mg/L.
(5) Âge des boues
L'élimination du phosphore s'effectue principalement par l'évacuation des boues excédentaires ; ainsi, la quantité de boues en excès détermine l’efficacité de l’élimination. L’âge des boues affecte directement le volume de rejet des boues et l’absorption du phosphore. Un âge inférieur des boues améliore l’élimination du phosphore en augmentant le rejet excédentaire des boues et l’élimination du phosphore du système, réduisant ainsi le phosphore dans les effluents de sédimentation secondaire. Cependant, l’élimination biologique de l’azote et du phosphore nécessite un âge de boue suffisant pour la croissance des bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes, ce qui rend souvent l’élimination du phosphore insatisfaisante. Généralement, l’âge des boues dans les systèmes de déphosphatation est contrôlé entre 3,5 et 7 jours.
(6) Rapport DCO/TP
Lors de l'élimination biologique du phosphore, le type et la quantité de substrats organiques au stade anaérobie, ainsi que le rapport entre les nutriments nécessaires aux microbes et le phosphore dans les eaux usées, affectent de manière cruciale l'efficacité de l'élimination. Différents substrats induisent une libération et une absorption variables du phosphore. Les matières organiques de faible poids moléculaire et facilement dégradables (par exemple, les acides gras volatils) sont facilement utilisées par les PAO pour libérer les polyphosphates stockés et induire fortement la libération de phosphore. Les matières organiques de poids moléculaire élevé et difficiles à-dégrader-induisent une libération de phosphore plus faible. Plus la libération de phosphore en anaérobie est complète, plus l'absorption de phosphore en aérobie est importante. Les PAO utilisent l’énergie provenant de la libération anaérobie de phosphore pour absorber les matières organiques de faible poids moléculaire afin de survivre dans des conditions anaérobies. Par conséquent, une quantité suffisante de matière organique (DCO/TP > 15) est essentielle à la survie de la PAO et à une élimination idéale du phosphore.
(7) DCO facilement biodégradable (RBCOD)
Des études montrent que des substrats tels que les acides acétique, propionique et formique entraînent des taux de libération élevés de phosphore, qui dépendent de la concentration des boues activées et de la composition microbienne, et non de la concentration du substrat. Une telle libération de phosphore suit une cinétique d'ordre zéro-. D'autres matières organiques doivent être converties en ces petites molécules avant que les PAO puissent les métaboliser.
(8) Glycogène
Le glycogène est un gros polysaccharide ramifié composé d’unités de glucose et sert de stockage d’énergie intracellulaire. Dans les PAO, le glycogène se forme dans des environnements aérobies, stockant l'énergie métabolisée dans des conditions anaérobies pour produire du NADH (un précurseur de la synthèse du PHA), fournissant ainsi de l'énergie métabolique. Une aération excessive ou une sur-oxydation réduit le glycogène dans les PAO, provoquant une carence en NADH dans des conditions anaérobies et une mauvaise élimination du phosphore.
(9) Temps de rétention hydraulique (HRT)
Dans les-systèmes municipaux d'élimination biologique de l'azote et du phosphore bien exploités, la libération et l'absorption du phosphore nécessitent généralement respectivement 1,5 à 2,5 heures et 2,0 à 3,0 heures. La libération de phosphore est un peu plus critique ; ainsi, le THS anaérobie est étroitement surveillé. Un THS anaérobie trop court empêche une libération suffisante de phosphore et une dégradation de la matière organique en acides gras faibles ; trop longtemps augmente les coûts et les effets secondaires. La libération et l'absorption du phosphore sont interdépendantes : une libération anaérobie suffisante améliore l'absorption aérobie et vice versa, créant un cycle positif. Les données opérationnelles indiquent des THS adaptés : 1h15 à 1h45 en anaérobie et 2h à 3h10 en aérobie.
(10) Taux de rendement (R)
Dans les procédés A/O (anaérobie/aérobie), il est essentiel de maintenir suffisamment d’oxygène dissous dans les boues activées revenant du bassin d’aération vers le bassin de décantation secondaire pour éviter la libération de phosphore anaérobie dans ce dernier. Sans élimination rapide des boues, des couches épaisses de boues provoquent une libération anaérobie de phosphore malgré une OD élevée. Ainsi, les taux de retour ne doivent pas être trop faibles, garantissant ainsi une évacuation rapide des boues des bassins de décantation. Des taux de retour trop élevés augmentent la consommation d’énergie et réduisent le temps de rétention des boues dans le bassin d’aération, nuisant à l’élimination de la DBO5 et du phosphore. Les taux de rendement optimaux se situent entre 50 % et 70 %.
3.Équipements mécaniques et électriques
Le fonctionnement stable du traitement des eaux usées et des boues dépend d’équipements mécaniques et électriques fiables, ce qui a également un impact sur la consommation énergétique de l’usine.
(1) Machine à tamis à barres
Première étape du traitement, sujette à des défauts pouvant stopper l'afflux des eaux usées. Problèmes courants :
Bourrage dû à l’usure des roulements ou à une défaillance mécanique. Nécessite une lubrification et une inspection régulières.
Obstruction par des fibres, des sacs plastiques provoquant une réduction du débit et un débordement. Nécessite des mises à niveau techniques ou un nettoyage manuel.
(2) Pompes de levage
Pompes principalement submersibles. Les espaces entre la turbine de la pompe et la bague d'étanchéité peuvent être obstrués par des débris, réduisant ainsi l'étanchéité et l'efficacité, provoquant une panne du moteur. Inspection régulière, rotation de la pompe et fonctionnement amélioré du tamis à barres recommandés.
La conception du système d'entrée et de collecte variable nécessite des pompes disposées en gradients avec des pompes à vitesse fixe-et des pompes à vitesse variable-pour gérer efficacement les fluctuations.
(3) Souffleurs
Équipement clé et-énergivore. Les paramètres incluent le débit d’air, la pression, la consommation électrique et le bruit. Les ventilateurs centrifuges couramment utilisés présentent des avantages par rapport aux ventilateurs Roots en termes d'efficacité, de durée de vie, de bruit et de stabilité. Le contrôle de fréquence variable et les multiples configurations de ventilateur optimisent la consommation d'énergie.
Un entretien régulier des refroidisseurs d'huile et des filtres et une garantie de la bonne qualité de l'huile sont nécessaires pour éviter l'émulsification et la surchauffe.
(4) Têtes d'aération
Membranes principalement microporeuses (types disque, dôme, plaque, tube). Le colmatage et le vieillissement du caoutchouc réduisent l’efficacité du transfert d’oxygène. Un nettoyage régulier avec de l'acide formique ou de l'air à haute-pression est nécessaire, avec des précautions de sécurité. Les vannes de vidange doivent être régulièrement ouvertes pour éliminer le condensat. Les diffuseurs gravement obstrués ou endommagés doivent être remplacés.
(5) Équipement d'élimination des boues
Certains procédés ne disposent pas de bassins de décantation secondaires (par exemple, SBR, UNITANK), ce qui entraîne un entonnoir de la couche de boue et un rejet insuffisant des boues, augmentant ainsi la consommation d'énergie et de produits chimiques. Rejet des boues intermittent ou multi-points recommandé. Un entretien régulier des dispositifs de raclage et d'aspiration dans les bassins de décantation est nécessaire.
(6) Machines de déshydratation
Deux types principaux : centrifugeuse et filtre-presse à bande.
4.Centrifugeuse :
Tenez compte de la concentration des boues, du débit d'alimentation, du différentiel de vitesse, du dosage de polymère sur les solides du gâteau, des MES du filtrat et de la récupération.
Un différentiel de vitesse plus important réduit la rétention des boues, augmentant ainsi la teneur en humidité et les solides filtrés.
Un différentiel plus petit améliore la séparation mais risque de se boucher.
Ajustez le dosage du polymère et le débit d’alimentation pour optimiser.
Problèmes courants :alarmes dues à un lavage inadéquat, à une surchauffe des roulements due à un blocage de la lubrification, à des alarmes de moteur provenant du convertisseur de fréquence et à des boues non évacuées en raison de petits flocs de boues, en particulier pendant les saisons des pluies. Ajustez les paramètres opérationnels pour atténuer.
Filtre-presse à bande :
Boues comprimées et cisaillées entre deux tapis passant sur des rouleaux pour éliminer l'eau.
Les points d'exploitation et de maintenance comprennent une distribution uniforme des boues, des grattoirs souples, des systèmes de nettoyage des buses, un suivi automatique des bandes et des protections de verrouillage.
Problèmes courants : glissement de la courroie, déviation de la courroie, colmatage et diminution des solides du gâteau, principalement en raison d'une surcharge, d'une tension inappropriée, de rouleaux endommagés et d'un excès de polymère. Un réglage et un nettoyage réguliers sont essentiels.
Instruments de surveillance
Des impuretés élevées et un environnement hostile provoquent de fréquentes erreurs de mesure ou endommagent les analyseurs en ligne, ce qui a un impact sur le contrôle et l'automatisation.
Des unités de prétraitement des échantillons d’eau appropriées et des analyseurs adaptés aux plages de concentration sont nécessaires. Les gros équipements doivent disposer de systèmes de contrôle compatibles avec l'automatisation de l'usine afin de réduire les coûts de communication.
Les procédures de maintenance comprennent les pièces de rechange planifiées, l'étalonnage régulier, le nettoyage et le remplacement des consommables.
La protection contre la foudre est cruciale pour les appareils extérieurs en raison des fréquents éclairs dans les stations d'épuration. Le manque de protection entraîne des coûts de réparation élevés et des risques opérationnels.