Procédé de traitement biologique: procédé de traitement des boues activées et filtres de ruissellement
Les principaux processus de traitement secondaire ou biologique sont notamment les suivants: (i) Processus des boues activées (ii) Filtres de ruissellement.
Le processus biologique des eaux usées est un traitement secondaire consistant à éliminer, stabiliser et rendre inoffensives les matières en suspension très fines et les solides des eaux usées qui subsistent même après le traitement primaire.
Étant donné qu'une grande partie de la matière organique présente dans les eaux usées peut être colloïdale ou dissoute, les processus de traitement primaire ne permettent généralement pas son élimination. La matière organique représente toujours une demande importante en oxygène, qui doit être encore réduite afin que l’effluent puisse être rendu apte à être rejeté dans les masses d’eau.
Dans le traitement biologique, l'oxygène fourni aux bactéries est consommé dans des conditions contrôlées, de sorte que la plus grande partie de la DBO est éliminée dans l'usine de traitement plutôt que dans le cours d'eau. Ainsi, les principales exigences d’un procédé de traitement des déchets biologiques sont une quantité adéquate de bactéries qui se nourrissent de la matière organique présente dans les eaux usées, de l’oxygène et un moyen d’établir un contact entre les bactéries et les matières organiques.
Deux des systèmes les plus couramment utilisés pour le traitement des déchets biologiques sont le système à boues activées et le système à film biologique. Dans le système à boues activées, les eaux usées sont mises en contact avec un groupe divers de micro-organismes sous la forme d'une suspension de floculant dans un réservoir aéré, tandis que dans le système à film biologique, également appelé filtre à ruissellement, les eaux usées sont amenées contact avec une population microbienne mixte sous la forme d'un film de boue attaché à la surface d'un système de support solide. Dans les deux cas, la matière organique est métabolisée en formes inorganiques plus stables.
(i) Procédé de traitement des boues activées:
Les caractéristiques essentielles du procédé par boues activées sont les suivantes: une étape d'aération, une séparation solides-liquides après l'aération et un système de recyclage des boues. Après le traitement primaire, les eaux usées pénètrent dans un réservoir d’aération où les matières organiques entrent en contact étroit avec les boues du clarificateur secondaire. Ces boues sont fortement chargées de micro-organismes en croissance active. L'air est introduit dans le réservoir sous forme de bulles par des diffuseurs ou par des aérateurs de surface.
Les micro-organismes utilisent l'oxygène de l'air et transforment la matière organique en composés stabilisés à faible énergie, tels que le NO 3, le SO 4 et le CO 2, et synthétisent de nouvelles cellules bactériennes. L'effluent du bassin d'aération contenant la masse microbienne floculante, appelé boue, est séparé dans un décanteur, parfois appelé décanteur secondaire ou clarificateur. Dans le décanteur, les boues séparées sortent sans contact avec la matière organique et s'activent.
Une partie des boues activées est recyclée dans le réservoir d'aération sous forme de graine; le reste est gaspillé. Si toutes les boues activées sont recyclées, la masse bactérienne continuerait d'augmenter jusqu'à atteindre le stade où le système serait encrassé par des solides. Il est donc nécessaire de «gaspiller» certains des micro-organismes, et ce sont ces boues qui sont traitées et éliminées.
Le diagramme de traitement d'une installation de traitement des boues activées typique est présenté à la figure 5.16:
1: prétraitement,
2: clarificateur primaire,
3: réservoir d'aération,
4: clarificateur secondaire,
5: épaississeur,
6: Digestion des boues (- - - → Débit de boues) (→ Débit de liquide)
(ii) Filtres ruisselants:
Le procédé de traitement des déchets biologiques, couramment utilisé en second lieu, est la méthode du filtre de ruissellement. Les filtres ruisselants sont également appelés filtres percolants. Il a une bonne adaptabilité pour gérer les charges de choc maximales et la capacité de fonctionner de manière satisfaisante après une courte période de temps.
Le traitement du lait, les déchets de papeterie et de produits pharmaceutiques font partie des déchets traités au moyen de filtres trompeurs. Les filtres à gouttes classiques consistent normalement en un lit de roche de 1 à 3 mètres de profondeur, avec suffisamment d'ouvertures entre les rochers pour permettre à l'air de circuler facilement.
L'affluent est saupoudré sur la garniture de lit (voir Fig. 5.17), qui est recouverte d'une boue biologique. Au fur et à mesure que le liquide ruisselle sur la garniture, l'oxygène et les matières organiques dissoutes se diffusent dans le film pour être métabolisés par les micro-organismes présents dans cette couche visqueuse. Les produits finaux tels que le NO 3, le CO 2, etc., diffusent en dehors du film et apparaissent dans l'effluent du filtre.
Au fur et à mesure que les micro-organismes utilisent la matière organique, l'épaisseur du film visqueux augmente à un point tel qu'il ne peut plus être supporté sur le support solide et se détache de la surface. Ce processus s'appelle le mue. Un décanteur placé à la suite du filtre filtre élimine le film bactérien détaché et certaines matières en suspension.
La manipulation et l'élimination des boues de stations d'épuration biologiques constituent un problème important et représentent environ la moitié du coût de la plupart des stations d'épuration.
La concentration de matières solides dans les boues d’épuration primaires est d’environ 5%; la boue d'activation contient moins de 1% de solides; et les boues de filtres qui ruissellent ont environ 2% de solides. Les opérations unitaires communes de traitement et d'élimination des boues impliquent une concentration ou un épaississement, une digestion, un conditionnement, une déshydratation, une oxydation et une élimination en toute sécurité.
