Analyse de l'efficacité de l'élimination des polluants dans les eaux usées à l'aide d'un système AAO modifié
Aperçu
LeAnaérobie-Anoxique-Oxique (AAO ou A²/O)Le processus est une technologie de traitement biologique des eaux usées largement adoptée, conçue pour l’élimination simultanée du carbone organique, de l’azote et du phosphore. Il se compose de trois zones interconnectées :
- Zone anaérobie: Manquant d'oxygène et de nitrate, les bactéries facultatives décomposent les composés organiques et libèrent du phosphore.
- Zone anoxique: Les bactéries dénitrifiantes utilisent le carbone organique comme donneur d'électrons pour réduire les nitrates/nitrites (revenant de la zone oxique) en azote gazeux, réalisant ainsi l'élimination de l'azote.
- Zone Oxique : Les micro-organismes aérobies oxydent la matière organique restante et facilitent la nitrification (ammoniac en nitrate), tandis que les organismes accumulant du phosphore-absorbent les phosphates.
Dans le domaine du traitement des eaux usées, alors que le système AAO conventionnel peut éliminer les polluants des eaux usées, la composition de plus en plus complexe des eaux usées a conduit à une certaine baisse de l'efficacité du traitement du procédé AAO. Pour garantir le niveau d’application et l’efficacité du processus AAO,il est nécessaire de mener des recherches spécifiques sur les systèmes modifiés, qui revêt une importance pratique significative pour les entreprises et les départements concernés dans l'amélioration de leur qualité opérationnelle.
Système AAO modifié
1. Principes de base du système AAO
En prenant comme exemple le système de traitement des eaux usées AAO dans une station d'épuration spécifique, le système existant est unprocédé AAO conventionnel, composé principalement de quatre éléments :un réservoir anaérobie, un réservoir aérobie, un réservoir anoxique et un bassin de sédimentation secondaire, comme détaillé dansFigure 1.
Dans le système AAO conventionnel, les micro-organismes se développent et se métabolisent dans diverses conditions environnementales. Grâce aux interactions entre différentes communautés microbiennes, l’élimination efficace des polluants est obtenue via des réactions chimiques telles que l’ammonification, la nitrification et la dénitrification, qui éliminent de manière significative les polluants organiques.
Le système AAO conventionnel offre des avantages tels que de faibles coûts techniques, une utilisation simple et un temps de rétention hydraulique (HRT) court. Cependant, il présente également des inconvénients, notammentmauvaise efficacité d’élimination du phosphoreetexigences strictes en matière d'âge des boues et de conception des sources de carbone, ce qui rend difficile le respect des normes attendues dans certains projets d'élimination des polluants des eaux usées.
2. Analyse de conception du système AAO modifié
Sur la base de recherches antérieures, des améliorations ont été apportées au système AAO conventionnel, en se concentrant principalement sur le réservoir anaérobie. Lesystème de réservoir anaérobie modifiése compose de trois parties :une zone de mélange des boues-eau, une zone de séparation des boues-eau et une zone de média, comme le montreFigure 2.
Dans lesystème AAO modifié (Figure 3), la zone de mélange boues-eau et la zone média sont conçues avec des dimensions identiques (15 cm de longueur × 20 cm de largeur × 60 cm de hauteur), chacune avec un volume effectif de 9 L. Le temps de rétention hydraulique (HRT) pour la zone de boues et la zone média est de 2 heures.
3. Analyse de l’efficacité de l’élimination de la DCO dans le système AAO modifié
L’efficacité de l’élimination de la demande chimique en oxygène (DCO) du système AAO modifié a été analysée. Lorsque la DCO de l'influent était de 447 mg/L, la DCO de l'effluent provenant de l'étape anaérobie était d'environ 147 mg/L et la DCO de l'effluent final était de 42 mg/L, répondant ainsi à la norme de rejet de classe A. L’efficacité de l’élimination de la DCO au début de la phase anaérobie était instable, avec des fluctuations significatives et des niveaux de matières en suspension dans les liqueurs mélangées (MLSS) relativement faibles. Cependant,après 7 jours, le taux d'élimination s'est stabilisé à 94%. L’étape anaérobie élimine principalement les polluants par dégradation microbienne et dilution par reflux, démontrant une élimination efficace des polluants.
À l'aide du logiciel Minitab, les performances de suppression des systèmes AAO modifiés et conventionnels ont été comparées via une analyse de test t-d'échantillons indépendants, avec les résultats présentés dansFigure 4.
À un intervalle de confiance de 95 %, la valeur t-était de 0,26 et la valeur p-était de 0,605.. L'analyse des données n'a révélé aucune différence significative dans les taux d'élimination moyens entre les deux systèmes. Le système AAO modifié a montré une variabilité relativement élevée dans l'efficacité de l'élimination de la DCO, principalement en raison de différences dans les données du stade précoce-, y compris la phase d'acclimatation.Dans l’ensemble, le système AAO modifié a démontré une élimination efficace de la DCO.
4. Analyse de l’efficacité d’élimination de l’azote ammoniacal dans le système AAO modifié
L'efficacité d'élimination de l'azote ammoniacal (NH₃-N) a été analysée. Lorsque la concentration de NH₃-N dans l'influent était de 36 mg/L, l'effluent NH₃-N de l'étape anaérobie était d'environ 19 mg/L. Au début, la concentration des effluents était relativement élevée et l’efficacité de l’élimination fluctuait considérablement. Cependant,après 12 jours d'acclimatation, le taux d'élimination est passé à environ 81%, avec des bactéries nitrifiantes en phase de croissance logarithmique.Par la suite, le taux d'enlèvement s'est stabilisé pour atteindre une moyenne de 93%, avec une concentration d'effluent NH₃-N de 4 mg/L, répondant à la norme de rejet de classe A.
À un intervalle de confiance de 95 %, la valeur t-était de 3,41 et la valeur p-était de 0,998.. L'analyse des données n'a révélé aucune différence significative dans les taux d'élimination moyens entre les deux systèmes. Le système AAO modifié a montré une variabilité relativement élevée dans l'efficacité d'élimination de NH₃-N, principalement en raison de différences dans les données du stade précoce-, y compris la phase d'acclimatation.Dans l'ensemble, le système AAO modifié a démontré une élimination efficace du NH₃-N.
5. Analyse du phosphore total et de l’efficacité d’élimination de l’azote total dans le système AAO modifié
5.1 Efficacité totale d’élimination du phosphore
L’efficacité d’élimination du phosphore total (TP) a été analysée. Lorsque la concentration de TP dans l'influent était de 3,6 mg/L, une période d'acclimatation de 11 jours était nécessaire. La concentration de TP dans l'effluent de l'ensemble du système a atteint 2,8 mg/L, tandis que la concentration de TP dans l'effluent au stade anaérobie était de 4,2 mg/L, ce qui indique un rejet important de phosphore. Après acclimatation, les performances d'élimination du TP se sont nettement améliorées, la concentration en TP de l'effluent de l'étape anaérobie diminuant à 2,7 mg/L et l'efficacité d'élimination atteignant 17 %.Au stade ultérieur, le taux d'élimination du TP s'est stabilisé au-dessus de 60 % et la concentration de TP dans l'effluent s'est approchée de 0,5 mg/L., répondant à la norme de décharge de classe B.
La comparaison des deux systèmes a montré que le système AAO modifié nécessitait une période d'acclimatation initiale avec une efficacité d'élimination relativement faible. Cependant, après acclimatation,ses performances d'élimination des TP se sont considérablement améliorées, démontrant une efficacité accrue par rapport au système AAO conventionnel.
5.2 Efficacité totale d’élimination de l’azote
L’efficacité d’élimination de l’azote total (TN) a été analysée. Lorsque la concentration de TN dans l'influent était de 34 mg/L, la concentration de TN dans l'effluent au stade anaérobie était d'environ 18 mg/L. Au début, la concentration des effluents était relativement élevée et l’efficacité de l’élimination fluctuait considérablement.Après 10 jours d'acclimatation, le taux d'élimination du TN a augmenté à 68 %, avec une concentration d'effluent de 9 mg/L., répondant à la norme de décharge de classe A.
À un intervalle de confiance de 95 %, la valeur t-était de 0,72 et la valeur p-était de 0,753.. L'analyse des données n'a révélé aucune différence significative dans les taux d'élimination moyens entre les deux systèmes. Le système AAO modifié a montré une variabilité relativement élevée dans l'efficacité de l'élimination du TN, principalement en raison de différences dans les données du stade précoce-, y compris la phase d'acclimatation.Dans l’ensemble, le système AAO modifié a démontré une élimination efficace du TN.
Conclusion
En résumé, le système AAO modifié démontre de solides performances en matière d'élimination des principaux polluants des eaux usées -DCO, azote ammoniacal, azote total et phosphore total-répondant aux normes de rejet de classe A ou B après une brève période d'acclimatation.
Bien que l'analyse statistique (test t-, valeur p-) n'ait montré aucune différence significative dans l'efficacité moyenne d'élimination par rapport au système conventionnel, la conception modifiée a montré une plus grande stabilité et de meilleurs résultats de traitement au fil du temps, malgré une plus grande variabilité des données lors du fonctionnement initial. Les améliorations, en particulier dans la zone anaérobie avec des zones optimisées de mélange, de séparation et de médias, contribuent à accroître la résilience et l'efficacité du processus.
Ces résultats soulignentle potentiel des systèmes AAO modifiés pour traiter efficacement les compositions complexes des eaux usées, soutenant leur application pratique pour la modernisation des infrastructures de traitement existantes.