Technologie de traitement des eaux usées du fossé d'oxydation d'aération pré-anaérobie micro-pore
Introduction
Analyse de laprocédé de fossé d'oxydation conventionnelrévèle qu'en ajustant et en optimisant l'intensité de l'aération et les modèles de débit, les eaux usées sont traitées séquentiellement à travers des réservoirs de réaction anaérobie, anoxique et aérobie, garantissant ainsi une élimination efficace des matières organiques. Cependant, des questions telles queinvestissement global élevéetfaible efficacité de transfert d'oxygènesont courants, conduisant àélimination sous-optimale de l’azote et du phosphore. Pour remédier à ces limitations, des recherches approfondies sur la technologie de traitement des eaux usées par fossé d'oxydation et d'aération microporeuse pré-anoxique ont été menées, dans le but d'améliorer l'efficacité opérationnelle des usines de traitement des eaux usées urbaines et d'améliorer l'utilisation des ressources en eau.
1. Aperçu du projet
La station d'épuration de la ville X traite principalement les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles, avec un volume important d'effluents industriels.La capacité de traitement conçue est de 10×10⁴ m³/j. Les normes de qualité pour les influents et les effluents sont indiquées dansTableau 1. Actuellement, 30 % des effluents traités sont réutilisés comme eaux de récupération pour les centrales thermiques, tandis que les 70 % restants sont rejetés dans les rivières. Sur la base des classifications fonctionnelles des eaux de surface et des normes de rejet de polluants pour les usines de traitement des eaux usées urbaines, l'usine doit répondre à la norme de rejet de catégorie 1B. Avec le développement économique urbain en cours et l'augmentation des rejets d'eaux usées, l'usine a mis en œuvre un traitement interceptif des eaux usées domestiques, élargi le réseau d'égouts et adopté le processus de fossé d'oxydation par aération microporeuse pré-anoxique pour réduire la pollution des sources d'eau de surface urbaines.
2. Déroulement du processus du fossé d'oxydation par aération microporeuse pré-anoxique
Le cœur de ce processus est la combinaison d'un réservoir pré-anoxique et d'un fossé d'oxydation par aération microporeux. La séquence de traitement est la suivante :eaux usées → tamis grossier → station de pompage d'entrée → tamis fin → chambre de dessablage vortex → réservoir anaérobie → zones anoxiques/aérobies → bassin de sédimentation secondaire → réservoir de désinfection → effluent. Une partie des boues du bassin de décantation secondaire est évacuée vers l'installation de déshydratation des boues avant leur élimination définitive. Le processus se concentre sur la libération du phosphore, l’élimination biologique de l’azote et l’élimination du phosphore.
2.1 Libération de phosphore
Dans le réservoir anaérobie, les bactéries fermentatives convertissent les macromolécules biodégradables en intermédiaires moléculaires plus petits, principalement des acides gras volatils (AGV). Dans des conditions anaérobies prolongées, les organismes accumulateurs de polyphosphates (PAO) se développent lentement et libèrent le phosphate de leurs cellules dans la solution en décomposant les polyphosphates. Ce processus fournit de l'énergie pour l'absorption et la conversion des acides gras de faible poids moléculaire en granules de polyhydroxybutyrate (PHB).
2.2 Élimination biologique de l’azote
L'azote ammoniacal est converti en nitrite et en nitrate par des bactéries nitrifiantes dans des conditions aérobies. Dans la zone anoxique, les bactéries dénitrifiantes réduisent le nitrate en azote gazeux, qui est rejeté dans l'atmosphère. Ce processus réduit efficacement les niveaux d’azote dans les eaux usées.
2.3 Élimination du phosphore
Dans des conditions aérobies, les PAO utilisent des sources de carbone et du PHB pour absorber l'orthophosphate, synthétisant ainsi des polyphosphates dans leurs cellules. Le phosphore accumulé est ensuite éliminé du système avec les boues usées, permettant ainsi une élimination efficace du phosphore.
Par rapport aux procédés conventionnels,le fossé d'oxydation et d'aération microporeuse pré-anoxique simplifie les opérations en éliminant la sédimentation primaire ou en réduisant sa durée. Cela permet aux particules organiques plus grosses de la chambre des sables de pénétrer dans le système biologique, comblant ainsi les carences en source de carbone. Les conditions anaérobies-anoxiques-aérobies alternées inhibent la croissance des bactéries filamenteuses, améliorent la décantation des boues et intègrent l'élimination de l'azote, l'élimination du phosphore et la dégradation organique. Les zones anaérobies et anoxiques créent des environnements favorables à l'élimination de l'azote et du phosphore, tandis que la zone aérobie favorise la libération et la nitrification simultanées du phosphore. Le volume de la zone aérobie doit être soigneusement calculé pour garantir son efficacité :
Où:
- X: Concentration des boues microbiennes (mg/L)
- Y: Coefficient de rendement des boues (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Concentration des effluents (mg/L)
- S0: Concentration d'influent (mg/L)
- θC0: Temps de rétention hydraulique(s)
- Q: Débit d'affluent (L/s)
- V0: Volume effectif du réacteur aérobie (L)
3. Aspects clés de la technologie des fossés d'oxydation par aération microporeuse pré-anoxique
3.1 Technologie des réservoirs pré-anoxiques
Le réservoir pré-anoxique héberge des micro-organismes anaérobies qui décomposent et transforment préalablement la matière organique, réduisant ainsi la production de boues et allégeant la charge sur les étapes de traitement ultérieures.
3.1.1 Flux de processus
3.1.1.1 Prétraitement des influents
Le criblage élimine les matières en suspension comme les plastiques, les cheveux et les déchets de cuisine à l’aide de tamis biologiques avancés. La régulation du débit et de la qualité garantit l'homogénéité, tandis que la sédimentation (naturelle ou assistée par produits chimiques) élimine les matières en suspension et les matières organiques/inorganiques.
3.1.1.2 Réaction anaérobie
La température, le pH et le temps de rétention contrôlés facilitent un mélange complet des boues anaérobies et des eaux usées, améliorant ainsi l'élimination des matières organiques. Les réacteurs anaérobies utilisent le mélange ou la circulation pour favoriser la fermentation, produisant du CO₂, du CH₄ et des traces de H₂S. La séparation des gaz-liquides-solides et le traitement des gaz résiduaires suivent.
3.1.1.3 Post-traitement et effluents
Les polluants inorganiques et organiques résistants sont traités via des procédés aérobies ou par adsorption sur charbon actif. La surveillance en ligne suit l'activité microbienne et les indicateurs de qualité de l'eau (par exemple, rapport F/M, oxygène dissous). Le rapport F/M devrait être en moyenne de 0,06 ; l'oxygène dissous dans les zones anaérobies doit être compris entre 0,5 et 1 mg/L.
3.1.2 Contrôle du processus
Les mesures clés comprennent :
Cultiver des boues anaérobies à haute capacité de dégradation et maintenir des ratios de nutriments optimaux (C:N:P ≈ 100:5:1).
Contrôler la charge organique, la température (30 à 35 degrés) et le pH (6,5 à 7,5). La charge organique doit être de 3 à 6 kgDBO₅/(m³·d).
Mettre en œuvre le recyclage des boues pour maintenir la concentration et l’activité microbienne. Les boues déshydratées peuvent être valorisées comme engrais ou aliments pour animaux.
3.2 Technologie des fossés d’oxydation et d’aération microporeux
Le gonflement des boues, souvent causé par des bactéries filamenteuses ou par l'expansion de zoogloées, altère la décantation. Les équations suivantes décrivent la croissance microbienne :
Où:
- Kd: Coefficient de dégradation microbienne (d-1)
- S : Concentration du substrat (mg/L)
- Ks : Demi-coefficient de saturation (mg/L)
- Y : Coefficient de rendement (kgMLSS/kgCOD)
- μmaximum: Taux de croissance spécifique maximum (d-1)
- μ : taux de croissance microbienne (d-1)
Où:
- Smin: Concentration minimale de substrat à l'état d'équilibre (mg/L)
- Kd: Coefficient de dégradation microbienne (d-1)
- Ks : demi-coefficient de saturation, c'est-à-dire la concentration du substrat lorsque μ=μmax/2μ=μmax/2 (mg/L)
- Y : Coefficient de rendement (kgMLSS/kgCOD)
- μmaximum: Taux de croissance spécifique maximum (d-1)
3.2.1 Paramètres de conception du processus
Les eaux usées passent à travers des tamis, des dessableurs et des réservoirs anaérobies (avec mélangeurs) avant d'entrer dans le fossé d'oxydation. Les aérateurs microporeux et les hélices immergées créent une alternance de conditions aérobies/anoxiques. Le système comprend deux réservoirs anaérobies (HRT 2,8 h) et quatre fossés d'oxydation (HRT 8,64 h). L'âge des boues est de 11,3 jours.
3.2.2 Conception d'appareils à l'échelle pilote-
Le système pilote comprend une chambre de dessableur aérée, des pompes, un sélecteur anaérobie, un fossé d'oxydation, une pompe de reflux de boues, un décanteur secondaire et une pompe à effluents. Le sélecteur anaérobie (2,35 m³) dispose de trois compartiments avec mélangeurs et moniteurs (ORP, pH). Le fossé d'oxydation (26,3 m³) est doté de multiples entrées/sorties et de diffuseurs microporeux. Les tests ont montré des moyennes influentes : SS 160 mg/L, DCO 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Conclusion
L'intégration des technologies de fossés d'oxydation par aération pré-anoxique et microporeuse améliore considérablement l'élimination de l'azote et du phosphore.. Les efforts futurs devraient se concentrer sur l’optimisation de l’âge des boues, de l’oxygène dissous et du taux de reflux des boues afin d’améliorer encore l’efficacité du traitement.