Aperçu du processus MBBR

Le MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) est un procédé biologique innovant utilisé dans le traitement des eaux usées. Dans ce système, des supports en plastique à surface élevée circulent librement dans le réacteur et des micro-organismes se développent dans la couche de biofilm qui se forme sur ces supports. Ces micro-organismes purifient l'eau en décomposant les substances organiques, les composés azotés et les autres polluants présents dans les eaux usées. La technologie MBBR combine les avantages des systèmes classiques à boues activées et des systèmes à biofilm fixe (par exemple, les filtres à ruissellement). Elle est devenue populaire dans le traitement des eaux usées industrielles et domestiques en raison de sa grande efficacité de traitement, de sa conception compacte (volumes de réservoir plus petits) et de sa facilité d'utilisation. Toutes les étapes du processus de traitement MBBR sont expliquées en détail ci-dessous, ainsi que les paramètres à surveiller à chaque étape, leur interprétation et l'équipement utilisé. En outre, les domaines d'application du MBBR, les polluants typiques qui peuvent être traités, les normes de rejet en Turquie et dans l'UE, les critères de conception, les conseils de conception/opération et les points à prendre en compte sont également abordés en détail.

Étapes du processus de traitement MBBR et paramètres à surveiller

Une station d'épuration intégrée MBBR se compose généralement d'un prétraitement, d'un traitement primaire, d'un traitement biologique (réacteurs MBBR), d'un traitement secondaire (sédimentation) et, si nécessaire, d'un traitement avancé et d'une désinfection. À chaque étape, certains paramètres sont mesurés et interprétés afin d'assurer le bon fonctionnement du processus. En outre, des équipements différents sont utilisés à chaque étape. Vous trouverez ci-dessous des informations sur chaque étape :

Traitement préliminaire

Le prétraitement est la première étape de l'élimination des gros solides des eaux usées, tels que le sable sédimentable et les hydrocarbures. Cette étape protège les processus biologiques ultérieurs des charges soudaines et des dommages physiques.

Paramètres à mesurer

Débit : Le débit d'entrée des eaux usées doit être mesuré en continu. Les débits élevés peuvent entraîner un risque d'inondation et une surcharge des équipements, c'est pourquoi ils sont surveillés à l'aide d'un débitmètre. Les données relatives au débit sont interprétées pour prendre des précautions ou déterminer le volume d'équilibrage en cas de dépassement de la capacité nominale.

pH : La valeur du pH des eaux usées influentes est contrôlée. Dans les eaux usées industrielles en particulier, un pH excessivement acide ou basique peut endommager les processus biologiques. La valeur du pH doit généralement être maintenue entre 6 et 9 ; si elle se situe en dehors de cette plage, des mesures telles que la neutralisation sont nécessaires.

Température : La température des eaux usées est mesurée. Les températures élevées (par exemple >40°C) peuvent avoir un effet négatif sur les micro-organismes, tandis que les températures basses ralentissent les taux de réaction biochimique. La température mesurée est interprétée pour prédire la performance des micro-organismes opérant dans la phase biologique.

Charge de déchets solides : la quantité de déchets grossiers retenus dans les grilles et la quantité de sable accumulée dans le dessableur sont surveillées (volume quotidien ou masse de déchets enlevés). Ces paramètres indiquent l'efficacité du prétraitement. Par exemple, si une grande quantité de déchets solides est retenue, cela signifie que la charge polluante dans les eaux usées est élevée et que des plans d'élimination sont établis en conséquence.

Principaux équipements utilisés

Tamis : Les dégrilleurs grossiers et fins retiennent les gros solides (tissu, plastique, bouteilles PET, etc.) dans les eaux usées. On utilise généralement des dégrilleurs nettoyés mécaniquement. Après le dégrilleur grossier, on trouve un dégrilleur fin dont les interstices sont plus étroits.

Bac à sable : il s'agit d'une unité qui sépare les particules inorganiques telles que le sable et le gravier dans les eaux usées en les décantant. Il peut être de type aéré ou non aéré (flux horizontal). Les matières accumulées dans le dessableur sont nettoyées périodiquement.

Séparateur d'huile : Il est utilisé pour séparer par flottaison les huiles et les graisses que l'on trouve notamment dans les eaux usées industrielles et de cuisine. La couche d'huile qui remonte à la surface est éliminée à l'aide de racleurs.

Réservoir d'égalisation : Un réservoir d'équilibrage est généralement installé après le prétraitement pour réduire les fluctuations du débit et des concentrations de pollution. Ce réservoir permet d'homogénéiser les eaux usées et de les acheminer vers l'unité biologique avec un débit constant grâce à la pompe. L'utilisation de mélangeurs dans le réservoir d'équilibrage permet d'éviter la sédimentation des solides et d'équilibrer la qualité des eaux usées au fil du temps.

Station de pompage : Les pompes sont utilisées pour envoyer les eaux usées du prétraitement vers le(s) réacteur(s) biologique(s) au débit et à la pression souhaités. Les débitmètres sont généralement situés dans les stations de pompage ou à la sortie du réservoir d'équilibre.

Décantation primaire

Le traitement primaire est l'étape où les solides en suspension et certains polluants organiques sont éliminés par sédimentation gravitaire. Dans le procédé MBBR, la sédimentation primaire peut être utilisée en fonction du débit et de la charge polluante ; elle a pour but de réduire la charge arrivant au réacteur biologique.

Paramètres à mesurer et interprétation

Total des solides en suspension (TSM) à l'entrée et à la sortie : La concentration en MES (mg/L) des eaux usées à l'entrée et à la sortie de la cuve de sédimentation primaire est mesurée. La différence entre l'entrée et la sortie indique la quantité de matières en suspension retenue par le traitement primaire. Par exemple, si la MNT à l'entrée est de 300 mg/L et que la MNT à la sortie est de 150 mg/L, cela signifie que 50 % des matières en suspension sont éliminées. Une forte élimination des MES signifie une charge plus faible dans l'étape biologique suivante.

Demande chimique en oxygène (DCO) entrée/sortie : À l'exception de certains composés organiques dissous, une partie des composés organiques en suspension peut être éliminée par la sédimentation primaire. En mesurant les valeurs de DCO à l'entrée et à la sortie, on comprend dans quelle mesure le traitement primaire réduit la charge organique. En règle générale, la sédimentation primaire peut éliminer 20 à 30 % de la DCO et 25 à 35 % de la DBO. Si l'efficacité du traitement primaire est faible, on peut en déduire que les particules organiques présentes dans les eaux usées sont fines ou que le temps de rétention dans le réservoir est insuffisant.

Volume et propriétés des boues décantées : Le volume et les propriétés (densité, teneur en eau) des boues accumulées au fond du décanteur primaire sont contrôlés. Une augmentation du volume des boues peut indiquer que la charge d'entrée est élevée. L'âge des boues accumulées n'est pas important ici (il s'agit de boues primaires brutes), mais l'efficacité du réservoir diminue en cas d'accumulation excessive. La hauteur/volume des boues mesurée à intervalles réguliers est utilisée pour déterminer la fréquence de pompage.

Principaux équipements utilisés

Réservoir de sédimentation primaire : Il s'agit généralement d'un bassin de sédimentation rond (à alimentation centrale) ou rectangulaire. Pendant que les eaux usées se déplacent lentement dans ce réservoir pendant un certain temps de rétention hydraulique (HRT) (généralement 1 à 2 heures), les solides se déposent au fond. Des ponts collecteurs à mouvement lent se trouvent à la surface du bassin ; des racleurs poussent les boues au fond vers le centre ou vers un entonnoir et les envoient vers la ligne d'élimination des boues. L'huile et la mousse à la surface sont collectées et éliminées par des racleurs de surface.

Pompe à boue et fosses à boue : Les boues primaires brutes collectées au fond du réservoir primaire sont envoyées vers l'unité de traitement des boues (par exemple, l'épaississeur de boues) par une pompe. La commande de la pompe est activée lorsque l'accumulation maximale souhaitée de boues dans le réservoir est atteinte.

Équipement de mesure : Les points d'échantillonnage pour la mesure des MES sont généralement situés à la sortie du réservoir. Des capteurs en ligne (par exemple des capteurs de turbidité) peuvent également être utilisés. Des débitmètres peuvent également être placés à l'entrée ou à la sortie du réservoir.

Traitement biologique - Réacteurs MBBR

Cette étape constitue le cœur du processus MBBR. Grâce au biofilm qui se développe dans le milieu porteur, l'oxydation de la matière organique et l'élimination des nutriments (azote, phosphore) se produisent dans ces réacteurs. Le traitement biologique est généralement conçu comme un réacteur à plusieurs étages: Par exemple, un MBBR aérobie axé sur l'élimination du carbone (élimination de la DBO/DCO) dans la première étape, un MBBR aérobie axé sur la nitrification dans la deuxième étape ; ou si l'on souhaite une élimination totale de l'azote, un MBBR anoxique + un MBBR aérobie peuvent être disposés de manière séquentielle. Chaque réacteur contient un certain pourcentage (% de remplissage) de supports de biofilm en plastique.

Paramètres à mesurer et interprétation

Niveau d'oxygène dissous (OD) : Dans les réacteurs aérobies MBBR, l'oxygène dissous est un paramètre contrôlé en permanence. Généralement, l'oxygène dissous est fourni à un niveau d'environ 2 mg/L. Une valeur d'OD inférieure à 1 mg/L indique qu'il n'y a pas assez d'oxygène et que la dégradation de la matière organique et la nitrification vont ralentir. Une valeur d'OD excessivement élevée (>4 mg/L) indique un gaspillage d'énergie. Les opérateurs ajustent la capacité du ventilateur en fonction de la valeur reçue des capteurs d'OD, ce qui permet d'obtenir un traitement efficace et d'optimiser l'énergie. L'OD est particulièrement critique pour la nitrification (oxydation de l'ammonium en nitrite/nitrate) et ne devrait pas descendre en dessous d'au moins ~1,5-2 mg/L.

pH et alcalinité : Dans les réacteurs biologiques, le pH est maintenu entre 6,5 et 8,5. Les réactions biochimiques (en particulier la nitrification) consomment de l'alcalinité et peuvent faire baisser le pH. Le pH est mesuré en continu ; s'il tombe à moins de 6,5, le taux de nitrification diminue de manière significative et, si nécessaire, un dosage chimique alcalin (par exemple bicarbonate de sodium ou chaux) est utilisé. Un pH élevé (>9) peut également nuire aux micro-organismes. La surveillance de l 'alcalinité est importante pour l'interprétation de la capacité de nitrification - par exemple, l'élimination de 1 mg NH4-N par nitrification consomme ~7 mg/L d'alcalinité CaCO₃, de sorte qu'un ajout externe est nécessaire si l'alcalinité de l'influent tombe en dessous d'une certaine valeur.

Demande chimique en oxygène (DCO) et demande biochimique en oxygène (DBO5) : Les valeurs DCO/DBO de l'eau d'entrée et de sortie du réacteur MBBR sont mesurées à certains intervalles (échantillons composites quotidiens). La différence entre l'eau d'entrée et l'eau de sortie indique la performance du traitement biologique en matière d'élimination des matières organiques. Par exemple, si la DCO est de 500 mg/L à l'entrée du réacteur MBBR et de 100 mg/L à la sortie, il est entendu que l'élimination est de 80 %. Si une élimination plus faible que prévu est observée (les paramètres sont élevés), cela peut être dû à une occupation insuffisante du support, à une température basse, à une entrée toxique ou à une quantité insuffisante d'oxygène - l'interprétation est faite en fonction de ces résultats.

L'azote ammoniacal (NH4-N) et le nitrate (NO3-N) : En particulier dans les systèmes ciblant la nitrification/dénitrification, les composés azotés sont régulièrement contrôlés. La concentration d'ammonium (NH4⁺) est mesurée à la sortie du MBBR aérobie ; des valeurs élevées d'ammonium (supérieures aux attentes) indiquent une nitrification insuffisante. L'interprétation de ce résultat est que l 'âge des boues (âge du biofilm) est insuffisant, que l'OD est insuffisant, ou que des facteurs tels que la température/le pH peuvent en être la cause. Le nitrate (NO3-) est mesuré après la dénitrification s'il y a un stade de dénitrification anoxique ; un taux de nitrate élevé indique une dénitrification insuffisante. S'il y a un réacteur anoxique, on peut également mesurer le potentiel d'oxydo-réduction (ORP) - une diminution de l'ORP à environ 100 mV indique que les conditions anoxiques sont présentes et qu'il y a un environnement approprié pour la dénitrification.

Azote total (TN) et azote total Kjeldahl (TKN) : Les analyses de l'azote total (TKN + NO2+NO3) sont effectuées périodiquement pour contrôler la qualité des effluents. La valeur TN permet de vérifier la conformité du traitement avec la législation environnementale (en particulier dans le cadre des limites de rejet du milieu récepteur). Un TN élevé indique un manque de nitrification ou de dénitrification et le processus est revu.

Composés du phosphore (P) : Étant donné que les systèmes MBBR seuls n'éliminent pas beaucoup de phosphore, la mesure de l'orthophosphate ou du phosphore total à l'entrée et à la sortie est surveillée si l'élimination chimique du phosphore est intégrée. Des valeurs élevées de phosphore indiquent la nécessité d'augmenter le dosage des produits chimiques ou de procéder à un traitement supplémentaire si nécessaire. (Remarque : l'élimination biologique du phosphore est limitée aux BRM, la précipitation chimique est généralement intégrée).

Observation continue et autres paramètres : La température dans le réacteur biologique est également surveillée (elle peut diminuer en hiver, en particulier dans les bassins ouverts). Lorsque la température diminue, on observe et on interprète que les taux de réaction biologique diminuent (par exemple, le taux de nitrification ralentit à <15°C). Les odeurs et l'observation visuelle sont également importantes : Les observations opérationnelles telles que l'état de surface des supports (la couleur du biofilm doit être brune/beige ; une couleur noire peut indiquer une anaérobiose), l'état de la mousse (une mousse excessive peut indiquer une activité biologique excessive ou la présence de tensioactifs) font également partie de la surveillance des paramètres. Si nécessaire, des analyses microscopiques peuvent être effectuées pour comprendre la composition des micro-organismes sur le biofilm (en particulier la présence de bactéries nitrifiantes, d'organismes filamenteux, etc. peut être examinée).

Principaux équipements utilisés

Réservoir de réacteur MBBR : Il s'agit généralement de réservoirs rectangulaires ou cylindriques en béton ou en acier. Chaque réacteur est conçu pour contenir de l'eau pendant le temps de rétention hydraulique (HRT) spécifié (par exemple, ~4-6 heures pour l'élimination des matières organiques, 4-6 heures supplémentaires pour la nitrification, HRT total). Les supports de biofilm sont situés dans le réacteur. Les supports sont généralement des particules cylindriques ou de forme spéciale, fabriquées à partir d'un matériau semblable au polyéthylène, d'un diamètre d'environ 1 à 3 cm. La densité des supports étant proche de celle de l'eau (~0,95-0,98 g/cm³), ils restent en suspension dans le flux d'eau. Le taux de remplissage volumétrique des supports dans le réacteur est généralement compris entre 40 et 60 % (~50 % est une valeur fréquemment utilisée dans la conception). Cela signifie, par exemple, qu'un réacteur de 100 m³ aura un volume de ~50 m³ de supports. Des remplissages plus élevés (supérieurs à 70 %) ne sont pas recommandés car la mobilité des supports et le transfert d'oxygène peuvent être restreints.

Système de ventilation : Les réservoirs MBBR aérobies sont équipés de diffuseurs de bulles fines/grandes au fond et de souffleurs qui y insufflent de l'air. Les diffuseurs remplissent deux fonctions en fournissant continuellement de l'air à l'environnement : (1) fournir de l'oxygène (2) assurer une distribution homogène du milieu par le mélange. Les diffuseurs sont placés à intervalles égaux sur le fond afin qu'il n'y ait pas d'espace mort dans l'ensemble du réservoir. La puissance de la soufflerie peut être modulée en fonction de la valeur de consigne de l'oxygène grâce à l'automatisation. Les bassins anoxiques n'ont pas de soufflantes ; à la place, des agitateurs mécaniques sont utilisés pour mélanger l'eau (pour maintenir les supports en suspension).

Tamis de rétention des médias : À la sortie de chaque cuve de réacteur, il y a des crépines en acier inoxydable qui empêchent les particules porteuses de s'échapper pendant que l'eau est transportée vers la section suivante. Ces tamis peuvent se présenter sous la forme de grilles à coins très rapprochés (par exemple 3-5 mm) ou de tôles perforées et sont généralement montés à la sortie du réacteur sous la forme d'un cylindre vertical ou d'une plaque plate. Le support ne peut pas passer à travers ces grilles et reste dans le réacteur, tandis que l'eau traitée s'écoule librement à travers les grilles. Les grilles peuvent être équipées d'un système de lavage à contre-courant ou d'un nettoyage à la brosse à certains intervalles afin d'éviter le colmatage du média.

Pompe de recirculation interne : Si l'élimination totale de l'azote est visée (nitrification + dénitrification), une pompe de recirculation interne est utilisée pour renvoyer le nitrate à la sortie du réacteur aérobie (nitrification) vers le réacteur anoxique. Par exemple, un débit de 200 à 400 % de l'effluent du réservoir de nitrification peut être renvoyé dans le réacteur anoxique. Cette pompe achemine l'eau riche en nitrates vers la section anoxique via une canalisation, où les bactéries hétérotrophes peuvent utiliser la matière organique pour dénitrifier les nitrates. La performance de cet équipement est essentielle pour l'élimination totale de l'azote souhaitée ; la relation entre le taux de recirculation réglé et la concentration de nitrate à la sortie est surveillée.

Capteurs et appareils de mesure : Les capteurs en ligne sont largement utilisés dans les réacteurs MBBR. Les équipements tels que les sondes DO, pH, de température, ORP (dans les réservoirs anoxiques) fournissent des données en continu. Les données de ces capteurs sont transférées au système PLC/SCADA, ce qui permet à l'opérateur d'effectuer un suivi en temps réel. Il y a également des robinets/ports pour prélever des échantillons si nécessaire (comme les mesures de DCO, NH4, NO3 pour l'analyse en laboratoire).

Clarification secondaire - Sédimentation

L'eau qui quitte les réacteurs MBBR contient des particules de biofilm et des solides en suspension restants qui sont séparés à la suite du traitement biologique. La sédimentation secondaire est le processus de clarification de l'eau traitée en séparant ces solides de l'eau. Dans le système MBBR, il n'y a pas de cycle intensif de recyclage des boues comme dans le processus des boues activées ; cependant, les micro-organismes et les fines matières en suspension qui se sont détachés du biofilm doivent être sédimentés et éliminés. Grâce à cette étape, l'eau de sortie a un faible TSS qui répond aux normes de rejet.

Paramètres à mesurer et interprétation

Solides en suspension (SS) et turbidité : La concentration en MES dans l'eau de sortie du bassin de sédimentation secondaire est un indicateur de performance essentiel. En général, l'objectif visé est de <30 mg/L de MES (pour respecter les normes). Des turbidimètres en ligne peuvent également assurer une surveillance continue. Si les valeurs de MES à la sortie augmentent (par exemple 50+ mg/L), cela indique que l'efficacité de la sédimentation a diminué. En guise d'interprétation, on peut comprendre que la charge dans le bassin de sédimentation est élevée, que le temps de rétention hydraulique est insuffisant ou qu'il y a un éventuel problème de fuite de boues. Si nécessaire, on intervient en réduisant la charge superficielle dans le bassin de sédimentation (en réduisant le débit) ou en ajoutant des produits chimiques et en améliorant la formation des flocs.

Solides de décantation et indice de volume des boues (IVB) : Pour évaluer la qualité des boues secondaires, l'indice de volume des boues (IVB) peut être mesuré en laboratoire à certaines périodes. Il indique les caractéristiques de décantation des particules de biofilm séparées. L'IVS est généralement plus faible dans les systèmes MBBR que dans les systèmes à boues activées, car les flocs peuvent être plus lourds et plus compacts. Un SVI élevé (par exemple > 150 ml/g) indique une mauvaise décantation et une turbidité/des boues résiduelles peuvent rester à la surface de l'eau.

Accumulation de mousse et de solides en surface : Observer s'il y a une accumulation (couche de boue flottante) à la surface du bassin de sédimentation. Si elle est présente, elle est généralement associée au vieillissement des boues ou à la remontée des gaz de dénitrification à la surface. Dans ce cas, des écrémeurs de surface doivent être utilisés et le temps de séjour des boues doit être raccourci si nécessaire.

Principaux équipements utilisés

Réservoir de décantation secondaire : En général, on utilise des bassins de décantation de forme circulaire et de grand diamètre alimentés par le centre. L'effluent MBBR est acheminé vers le réservoir par une structure de distribution centrale, les solides se déposent au fond tandis que l'eau s'écoule lentement vers le haut et de manière radiale, et l'eau traitée s'écoule par les déversoirs du périmètre supérieur. La surface du réservoir secondaire est équipée d'un pont à rotation lente et de pales de raclage qui balaient les boues du fond vers le centre et collectent les boues flottantes à la surface dans une trémie. Les boues qui se déposent au fond sont essentiellement la biomasse résiduelle qui s'est détachée du biofilm et qui est retirée du système en tant que boue résiduelle. (Comme il n'y a pas de cycle de retour continu dans les MBBR comme dans les boues activées, ces boues sont généralement directement jetées ou minimalement recyclées).

Séparateurs à lamelles (en option) : Afin d'économiser de l'espace, des unités compactes de sédimentation à lamelles peuvent être utilisées à la place du grand bassin de sédimentation classique dans certains systèmes MBBR. Dans ces équipements, la surface de sédimentation est augmentée et une sédimentation plus efficace est obtenue dans le même volume grâce aux plaques inclinées ou aux placements tubulaires. La fonction est la même en termes de surveillance des paramètres (élimination du SKM).

DAF (flottation à l'air dissous) (en option) : En particulier dans les applications industrielles, après le traitement biologique, les particules très fines et légères peuvent être séparées en les faisant flotter avec des bulles d'air à l'aide de l'unité de flottation à l'air dissous (DAF). La flottation à l'air dissous peut être utilisée comme alternative ou complément à la sédimentation secondaire. Elle comprend un système de dosage d'air comprimé et des racleurs. Des mesures AKM sont également effectuées à la sortie du DAF et il est généralement possible d'obtenir des teneurs en solides très faibles (<10 mg/L).

Pompe à boues : Les boues collectées au fond du bassin de sédimentation secondaire sont périodiquement extraites par une pompe. Cette pompe est généralement activée à intervalles de temps fixes et envoie la biomasse excédentaire accumulée vers les unités de traitement des boues. Dans le système MBBR, ces boues sont considérées comme des "boues de biofilm de déchets". Une pompe de retour (RAS) ne fonctionne pas en continu comme dans le système à boues activées car la majeure partie de la biomasse reste sur les surfaces porteuses.

Outils de mesure et de contrôle : Il peut y avoir une sonde AKM ou une sonde de turbidité (NTU) à la sortie du décanteur. En outre, le débit de l'eau de sortie et, si nécessaire, le taux de transmission au système de chloration/UV sont mesurés à cet endroit. Les opérateurs effectuent des contrôles périodiques pour surveiller l'état des boues à la surface ; dans certains systèmes, l'observation à distance peut être effectuée à l'aide de systèmes de caméras de surface.

Traitement et désinfection avancés (traitement et désinfection tertiaires)

L'eau obtenue après MBBR + sédimentation secondaire répond généralement aux normes réglementaires de rejet dans le milieu récepteur. Cependant, dans certains cas, un traitement supplémentaire peut être nécessaire : Par exemple, une filtration si l'on souhaite obtenir une très faible teneur en matières en suspension, un traitement chimique pour l'élimination du phosphore, l'élimination des agents pathogènes par ** désinfection ** ou l'élimination des polluants spéciaux par oxydation avancée. Cette étape permet d'améliorer la qualité de l'effluent et de préparer l'eau à des fins de réutilisation (irrigation, eau industrielle).

Paramètres à mesurer et interprétation

Turbidité et TUS (post-filtration) : Si un filtre à sable, un filtre à disque, etc. est utilisé, la turbidité (NTU) de l'eau de sortie de la filtration est mesurée. Généralement, on vise une turbidité très faible de ≤5 NTU. Cette valeur est également critique pour l'efficacité de la désinfection (une faible turbidité augmente l'accès des rayons UV ou du chlore aux micro-organismes). Si une turbidité élevée est observée, on interprète qu'il peut y avoir un blocage dans le filtre ou un problème de média et la fréquence de lavage à contre-courant est ajustée.

Concentration en phosphore (P) : Si une élimination chimique du phosphore a été effectuée (par exemple, un produit chimique coagulant a été ajouté près de la sortie et une précipitation/filtration a été effectuée), le phosphore total est analysé dans l'eau traitée. En général, l'objectif est d'atteindre une concentration inférieure à 1 à 2 mg/L selon les normes du milieu récepteur. Le dosage chimique (tel que FeCl₃, Al₂(SO₄)₃) est optimisé en fonction de la valeur mesurée. Si un taux élevé de phosphore subsiste, il est conclu que le dosage chimique doit être augmenté ou qu'un temps de réaction plus long est nécessaire.

Paramètres microbiologiques : En cas de désinfection, les bactéries coliformes, E. coli ou les coliformes fécaux sont testés périodiquement avant et après la désinfection. Ces paramètres sont essentiels pour l'efficacité de la désinfection, en particulier si l'eau traitée doit être réutilisée ou rejetée dans l'eau de baignade. Par exemple, si l'on souhaite obtenir un taux de coliformes totaux <1000/100 ml après la désinfection au chlore, on le vérifie à l'aide de mesures. Si des bactéries sont détectées au-dessus des limites, un dosage inadéquat ou des problèmes de temps de contact sont interprétés.

Chlore résiduel (si disponible) : Si la désinfection est effectuée avec du chlore, le chlore résiduel libre est mesuré dans l'eau de sortie. Le dosage est généralement effectué de manière à obtenir un résidu de chlore libre de ≥0,5 mg/L à la fin du temps de contact dans l'eau. Si la valeur de chlore résiduel mesurée est inférieure à cette valeur, le dosage est augmenté ; si elle est trop élevée, une élimination du chlore (neutralisation avec du bisulfite de sodium) peut être nécessaire avant le rejet.

Transmittance UV (le cas échéant) : Dans les systèmes de désinfection par UV, la transmittance UV de l'eau (% de transmittance à une longueur d'onde de 254 nm) est contrôlée. Une transmittance UV élevée (>60-70%) convient pour la désinfection ; si la transmittance UV est faible (eau colorée ou chargée en matières organiques), le dosage du dispositif UV peut être insuffisant, auquel cas il est recommandé de revoir le prétraitement/filtration.

Principaux équipements utilisés

Unités de filtration : Les filtres à sable (filtres à sable rapides à pression ou à gravité), les filtres à disques en microfibres ou les filtres à cartouches sont utilisés pour clarifier davantage l'eau après le BRMB + sédimentation. Ces équipements sont dotés de systèmes de lavage à contre-courant périodiques. Il y a généralement une pompe d'alimentation du filtre avant le filtre et des indicateurs de pression à l'avant (l'augmentation de la différence de pression indique le colmatage du filtre, le lavage à contre-courant automatique est déclenché à partir d'une certaine différence).

Filtres à charbon actif (en option) : Les filtres à charbon actif en grains (CAG) sont utilisés dans certains systèmes pour éliminer les matières organiques dissoutes (couleur, odeur, micropolluants). Dans ce cas, des colonnes cylindriques sont utilisées comme équipement et un renouvellement périodique du charbon est nécessaire. L'absorbance UV254 ou des produits chimiques spécifiques peuvent être contrôlés en tant que paramètres.

Systèmes de désinfection : Les deux équipements de désinfection les plus courants sont le système de dosage du chlore et l'unité de désinfection par UV. Dans le système de chlore, de l'hypochlorite de sodium liquide (NaOCl) ou du chlore gazeux est dosé dans l'eau ; il comprend une pompe doseuse et un équipement de mélange. Dans le système UV, il y a un réservoir/canal de réacteur contenant des lampes UV ; l'eau est exposée aux rayons UV lorsqu'elle circule. Les deux systèmes servent à détruire la charge microbienne dans l'effluent. Si la neutralisation du chlore est nécessaire, il peut également y avoir un équipement de dosage du métabisulfite de sodium. L'unité UV est équipée de capteurs de lampes UV et de systèmes d'alarme (elle émet une alarme en cas de baisse de la dose d'UV).

Oxydation avancée (en option) : Pour les polluants très difficiles à décomposer (tels que les résidus de médicaments), des équipements d'oxydation avancée tels que l'ozonation, le peroxyde d'hydrogène + les UV peuvent être utilisés. Dans ces systèmes, des équipements tels que le générateur d'ozone, le réservoir de contact d'ozone, la pompe de dosage de peroxyde, etc. sont installés. Ces systèmes sont destinés à des cas très particuliers et le contrôle des paramètres se fait par le dosage d'O₃, la valeur redox ou l'analyse des substances chimiques cibles.

Capteurs et contrôles : Les unités de filtration et de désinfection sont équipées d'instruments tels que des débitmètres, des capteurs de pression, des analyseurs de chlore et des capteurs UV. L'automatisation des unités de traitement avancées prend des mesures telles que le démarrage du lavage à contre-courant et l'augmentation du dosage en fonction des données fournies par les capteurs. Par exemple, si la qualité de l'eau change dans le système UV (comme une augmentation de la turbidité), il peut y avoir une alarme ou une modulation de la puissance de la lampe en fonction des données du capteur.

Traitement des boues

Comme dans toute station d'épuration biologique, les boues retirées des étapes de traitement du procédé MBBR doivent être traitées et éliminées de manière appropriée. Les déchets de dégrillage et le sable provenant du prétraitement sont collectés séparément. Les boues primaires sont issues du traitement primaire et les boues résiduelles biologiques sont issues du traitement secondaire. Elles sont généralement soumises à des étapes d'épaississement, de stabilisation et de déshydratation des boues.

Paramètres à mesurer et interprétation

Teneur en solides des boues (%) : La teneur en matières solides est mesurée à l'entrée et à la sortie de l'épaississeur ou de l'équipement de déshydratation. Par exemple, si la teneur en matière sèche des boues déshydratées à la sortie de la presse à bande est de 20 %, il s'agit d'une bonne performance. Une valeur basse indique que le dosage du polymère ou les réglages de la presse doivent être revus.

Volume de boues : Le volume quotidien de boues produites est enregistré. Si la quantité de boues produites est beaucoup plus importante que prévu, on peut envisager une situation anormale dans le caractère des eaux usées (eaux usées très chargées) ou une utilisation excessive des doses de produits chimiques. Un volume de boues extrêmement faible peut indiquer que les boues ne sont pas suffisamment collectées ou qu'elles s'échappent du système.

Indicateurs de stabilisation : Si un digesteur anaérobie ou un réacteur aérobie de digestion des boues est utilisé, des paramètres tels que la température, le pH, le rapport acide volatile/alcalinité (pour l'anaérobie) sont contrôlés. Ils indiquent si les boues sont devenues stables. Par exemple, la production de méthane est mesurée dans la digestion anaérobie ; une faible production de méthane est interprétée comme un problème de digestion.

Taux de décomposition : Le pourcentage de décomposition de la matière organique résultant de la stabilisation des boues peut être calculé (matière organique dans les boues brutes entrantes - boues stables sortantes / boues entrantes * 100). Ce taux est utilisé pour le contrôle des performances.

Principaux équipements utilisés

Épaississeur : Les épaississeurs par gravité ou mécaniques sont utilisés pour réduire la teneur en eau des boues. Une partie de l'eau est éliminée en maintenant la boue dans le réservoir d'épaississement par gravité ; dans les systèmes mécaniques (par exemple, épaississeur à tambour ou à bande), la séparation de l'eau est accélérée par le dosage du polymère.

Réacteurs de stabilisation des boues : Dans les installations où une grande quantité de boues biologiques est produite, des digesteurs anaérobies (qui produisent également du biogaz si possible) ou des réservoirs de digestion aérobie des boues sont utilisés pour la stabilisation des boues. Ces réacteurs contiennent des équipements tels que des mélangeurs et des réchauffeurs (maintenus à une température mésophile de ~35°C pour l'anaérobie).

Unités de déshydratation : Dans l'étape finale, les boues stabilisées (ou non, dans les petites installations directement) sont solidifiées à l'aide de presses de déshydratation. Il s'agit généralement d'équipements de type presse à bande, centrifugeuse à boues ou filtre-presse. Avec l'ajout de produits chimiques polymères, les flocs de boue sont agrandis et la majeure partie de l'eau est séparée par compression mécanique/force centrifuge. Le gâteau qui en résulte devient suffisamment solide (~15-25% de matière sèche) pour être envoyé dans la zone d'élimination par des camions à boues. Ces équipements comprennent des sous-composants tels que des pompes doseuses, des manomètres et des entraînements motorisés.

Équipement d'élimination/évaluation : Les boues du produit final sont acheminées vers des silos ou des conteneurs de stockage des boues. Il existe des options telles que le compostage, le stockage intermédiaire, la combustion dans des fours à ciment ou l'envoi dans une décharge ordinaire comme méthode d'élimination. Ces étapes peuvent également se situer en dehors des limites de l'installation, mais dans l'approche intégrée, elles sont toutes conçues comme un tout.

Domaines d'application et industries de la technologie MBBR

Les systèmes MBBR sont utilisés dans un large éventail d'applications, du traitement des eaux usées domestiques au traitement de diverses eaux usées industrielles. La structure flexible de cette technologie permet de traiter efficacement les eaux usées à forte charge organique et d'améliorer les installations existantes. Les principaux secteurs où la technologie MBBR est utilisée et les caractéristiques typiques des eaux usées dans chacun d'entre eux sont résumés ci-dessous :

Traitement des eaux usées municipales (domestiques) : Le MBBR est utilisé dans les stations d'épuration des eaux usées des villes et des villages, en particulier lorsque l'espace est limité ou lorsqu'il est nécessaire d'améliorer la station à boues activées existante. Les eaux usées domestiques ont généralement une charge organique modérée (DBO5 ~200-300 mg/L, DCO ~400-600 mg/L, MES ~200-300 mg/L). Elles contiennent également de l'azote (TKN ~20-60 mg/L) et du phosphore (~5-15 mg/L). Le système MBBR peut être conçu pour réduire ces valeurs afin de respecter les normes de rejet. Par exemple, un système MBBR municipal peut atteindre une DBO5 < 20 mg/L, NH4-N < 5-10 mg/L à la sortie. La compacité et la facilité de fonctionnement du MBBR sont des avantages importants dans les applications domestiques ; il est largement préféré dans les installations municipales de petite et moyenne taille.

Industrie alimentaire et des boissons : L'industrie alimentaire (par exemple, les laiteries, les abattoirs et la transformation de la viande, les brasseries, les confiseries et les conserveries) produit des eaux usées contenant une très grande quantité de polluants organiques. Ces eaux usées ont souvent des concentrations élevées en DBO/DCO. Par exemple, une usine laitière peut avoir des niveaux de DCO de 2 000 à 5 000 mg/L et des niveaux de DBO5 de 1 000 à 3 000 mg/L ; les eaux usées des abattoirs ont souvent des niveaux de DBO5 de 1 500 à 4 000 mg/L et contiennent également beaucoup d'azote (l'azote total peut atteindre plusieurs centaines de mg/L) provenant de l'huile et de la graisse ainsi que des protéines sanguines. Le MBBR a l'avantage de pouvoir supporter des charges élevées et de tolérer des charges organiques importantes dans ces eaux usées. Dans les eaux usées typiques de l'industrie alimentaire, les BRMB peuvent éliminer plus de 90 % des matières organiques tout en réduisant l'azote par nitrification. En outre, les BRMB sont utilisés avec une rétention préalable de l'huile dans les eaux usées à forte teneur en huile et en graisse afin de minimiser les problèmes de colmatage et d'accumulation excessive de biofilm. L'utilisation généralisée des BRMB dans l'industrie alimentaire est également due à leur capacité à tolérer les changements de charge saisonniers (par exemple, pendant les périodes de campagne).

Dans ce sous-secteur, les eaux usées contiennent généralement une quantité élevée de DBO facilement dégradable (par exemple, dans les brasseries, la DBO5 se situe à des niveaux de 1 000-2 000 mg/L, l'azote et le phosphore sont relativement faibles). Les MBBR peuvent fonctionner avec des charges volumétriques élevées (OLR élevé) dans de telles eaux usées et réduire la DBO en peu de temps. Par exemple, une élimination de 95 % de la DBO peut être obtenue dans les eaux usées de brasserie avec un MBBR à une seule étape. Comme les eaux usées liées à la fermentation peuvent être à une température élevée (30-35°C), la tolérance à la température des MBBR est suffisante pour ce secteur.

Industrie textile (eaux usées contenant des colorants et des produits chimiques) : Les eaux usées provenant des processus de teinture, de finissage et de lavage des textiles ont des valeurs DCO élevées (500-1500 mg/L ou plus), mais le rapport DBO/DCO est généralement faible (c'est-à-dire que le taux de biodégradabilité peut être de l'ordre de 40-60%). En outre, ces eaux usées contiennent de la couleur, des produits chimiques de teinture (colorants azoïques, colorants réactifs), des produits chimiques auxiliaires (tensioactifs, sels). Le MBBR est utilisé pour réduire la DCO biodégradable dans les eaux usées textiles. Une unité MBBR textile typique élimine 70 à 80 % de la DCO, tandis qu'un traitement chimique supplémentaire peut être nécessaire pour la couleur restante et les matériaux réfractaires. Bien que l'azote soit généralement faible dans les eaux usées textiles (il peut y avoir une contribution d'azote provenant des produits chimiques de teinture), le rôle principal du MBBR est de réduire la couleur et la matière organique. Dans les usines textiles, le BRMB est généralement intégré à des processus tels que le traitement chimique (coagulation) et/ou l'ozonation. Son avantage est que les micro-organismes peuvent facilement s'adapter à des charges de colorants importantes grâce à la stabilité du biofilm, même dans des eaux usées ayant un potentiel de toxicité élevé.

Industrie du papier et de la cellulose : Les eaux usées des papeteries et des usines de cellulose se caractérisent par une teneur en DCO très élevée (la DCO peut atteindre 5 000 à 10 000+ mg/L en raison des dérivés de la lignine, en particulier dans la production de cellulose) et par une grande quantité de solides en suspension (particules de fibres). Le rapport DBO/DCO de ces eaux usées est faible (c'est-à-dire que la fraction difficile à décomposer biologiquement est élevée). Le MBBR est généralement utilisé dans l'industrie papetière comme prétraitement (filtre grossier) des eaux usées de grand volume ou pour l'augmentation de la capacité intégrée avec les boues activées (IFAS). Par exemple, dans une usine de papier, une première étape MBBR peut éliminer 50-70% de la DCO et ensuite effectuer un traitement supplémentaire avec un processus de boues activées à l'étape suivante. Paramètres typiques : L'AKM étant très élevé (plus de 1 000 mg/L), une présélection/sédimentation est effectuée ; le BRMB est avantageux à cet égard car il est résistant au colmatage. La récupération de l'eau pouvant également être importante dans les papeteries, des systèmes hybrides MBBR+MBR (bioréacteur à membrane) sont également utilisés - le MBBR réduit la charge organique et la filtration complète est assurée par la membrane.

Pétrochimie et raffinerie : dans les raffineries de pétrole, les usines pétrochimiques et l'industrie chimique, les eaux usées contiennent un large éventail de polluants organiques (benzène, phénol, dérivés du toluène, COV) et de composés huileux. La DCO peut être élevée dans ces eaux usées (1000-3000 mg/L), mais il y a aussi des composants difficiles à biodégrader ou qui peuvent être toxiques. Les BRMB favorisent la transformation biologique des substances difficiles à décomposer en fournissant une biomasse équilibrée dans ces secteurs. Par exemple, dans les eaux usées contenant du phénol, les bactéries dégradant le phénol peuvent se développer sur le biofilm avec une acclimatation lente. Le long âge du biofilm (SRT élevé) fourni par les MBBR permet la rétention et le fonctionnement de ces micro-organismes à croissance lente dans le système. Dans les applications pétrochimiques, des séquences MBBR à plusieurs étapes sont généralement utilisées ou MBBR + boues activées sont utilisées ensemble (comme le pré-MBBR, puis l'aération conventionnelle). Les paramètres typiques des eaux usées peuvent être les suivants : Hydrocarbures pétroliers totaux (TPH) 50-200 mg/L, DCO 1500 mg/L, phénol 50 mg/L ; le MBBR peut réaliser >90% d'élimination du phénol et une réduction significative de la DCO. La séparation préalable de l'huile est nécessaire pour l'huile et la graisse, sinon la surface des supports peut être couverte d'huile et réduire l'activité du biofilm. Lorsque le prétraitement est suffisant, le MBBR donne de très bons résultats dans ces eaux usées complexes.

Industrie des engrais et de l'agriculture : Les eaux usées des installations de production d'engrais (engrais azotés et phosphorés) ou de traitement des déchets animaux peuvent contenir des niveaux très élevés d'azote ammoniacal ou d'azote organique. Par exemple, le NH4-N peut atteindre des niveaux de plusieurs milliers de mg/L dans les eaux usées d'une usine d'engrais. Le MBBR est un bon choix pour la nitrification de charges d'ammoniac particulièrement élevées. Grâce à la forte concentration de bactéries nitrifiantes dans le biofilm, l'ammoniac peut être réduit à des valeurs limites en effectuant plusieurs étapes de nitrification dans les eaux usées à forte teneur en azote. Dans ces applications, les paramètres tels que la température et le pH sont contrôlés très soigneusement (la nitrification peut nécessiter un tamponnage du pH, un refroidissement, etc.) Dans l'industrie agricole (par exemple, les usines d'aliments pour animaux, les déchets alimentaires agricoles), les BRMB sont utilisés pour équilibrer la charge organique. Les BRMB peuvent également être préférés dans le traitement biologique des déchets liquides (fuites d'engrais) provenant de grandes fermes d'élevage.

Applications à petite échelle et mobiles : La structure modulaire du MBBR permet de l'utiliser dans des systèmes portables comme unités de traitement groupées. Par exemple, des unités MBBR conteneurisées peuvent être installées dans des lieux temporaires tels que des chantiers de construction, des installations militaires, des navires ou des zones sinistrées. Ces unités ont les paramètres typiques des eaux usées domestiques, mais le système est compacté dans un petit volume. La résistance des MBBR à des charges élevées et leur facilité d'utilisation conviennent à ces scénarios. De même, les systèmes MBBR en kit sont largement utilisés dans les établissements individuels tels que les hôtels, les villages de vacances et les centres commerciaux. Dans ces applications, les caractéristiques des eaux usées sont domestiques et le MBBR peut être amené à la qualité d'irrigation ou de réutilisation.

Outre les secteurs énumérés ci-dessus, il existe également des applications MBBR dans des domaines tels que la pisciculture (aquaculture). Les BRMB sont très efficaces pour l'élimination de l'ammoniac (nitrification) de l'eau dans l'aquaculture, car ils nettoient continuellement l'accumulation de NH4 dans les bassins de pisciculture grâce au biofilm. Comme on peut le voir, le domaine d'application des BRMB est assez vaste ; les paramètres polluants typiques de chaque secteur et la façon dont les BRMB y font face sont pris en compte dans la conception du procédé. Le tableau suivant résume les valeurs typiques des paramètres des eaux usées dans certains secteurs :

Tableau : Valeurs approximatives des paramètres des eaux usées acheminées vers le MBBR dans différents secteurs (peuvent varier en fonction des différences régionales et de processus).*

Sur la base des valeurs ci-dessus, les besoins spécifiques de chaque secteur sont pris en compte lors de la conception du système MBBR. Par exemple, dans une usine d'engrais à forte teneur en azote, le réacteur MBBR est maintenu de grande taille, en particulier pour la nitrification, et est étagé si nécessaire ; dans une eau usée textile à forte DCO, un MBBR intégré avec un traitement chimique est envisagé. Étant donné que le BRMB peut être utilisé comme un hybride avec d'autres procédés de traitement si nécessaire (par exemple boues activées + BRMB = IFAS ou BRMB + membrane = BRMB-MBR), il est possible d'atteindre les objectifs de qualité de différents secteurs.

Paramètres et polluants typiques pouvant être éliminés par le procédé MBBR

Le procédé MBBR sert principalement à éliminer les polluants biodégradables. Cependant, avec une conception et un fonctionnement appropriés, certains polluants inorganiques et peu dégradables peuvent également être indirectement réduits. Vous trouverez ci-dessous des informations sur les principaux paramètres et polluants qui peuvent être traités par le procédé MBBR :

Matière organique (DBO₅ et DCO) : L'objectif principal du MBBR est de réduire les valeurs de DBO₅ (demande biochimique en oxygène) et de DCO (demande chimique en oxygène) en consommant la matière organique contenue dans les eaux usées. Les bactéries hétérotrophes vivant sur le biofilm utilisent les polluants organiques des eaux usées comme nutriments et les oxydent, les convertissant en CO₂ et en eau. De cette manière, la charge organique est largement éliminée dans le réacteur MBBR. En règle générale, un système MBBR bien conçu peut éliminer 85 à 95 % de la DBO₅ et 75 à 90 % de la DCO. Les exemples de polluants organiques qui peuvent être traités comprennent les sucres, l'amidon, les protéines, les graisses (partie biodégradable), les alcools, les acides organiques et de nombreux produits organiques industriels (partie biodégradable des colorants, dérivés du phénol - avec une adaptation appropriée). L'élimination de la matière organique dans les BRMB se produit dans un environnement plus compact que dans les boues activées en raison de la forte densité de micro-organismes. Cependant, les matières organiques instables ou toxiques (par exemple certains composés chlorés) sont difficiles à décomposer même dans le biofilm ; dans ce cas, des étapes de traitement supplémentaires peuvent être nécessaires. En général, on peut dire que les BRMB peuvent éliminer tous les contaminants organiques biologiquement oxydables.

Composés azotés : Le MBBR est également très efficace pour l'élimination de l'azote. L'azote organique et l'ammonium présents dans les eaux usées sont éliminés par un processus en deux étapes : la nitrification et (le cas échéant) la dénitrification. Dans l'environnement MBBR, les bactéries autotrophes qui effectuent la nitrification, telles que Nitrosomonas et Nitrobacter, s'installent dans le biofilm et oxydent l'azote ammoniacal d'abord en nitrite, puis en nitrate. La pollution par l'ammoniac (NH₃/NH₄⁺) est ainsi éliminée. L'ammonium peut être converti à >90% avec le MBBR aérobie seul ; par exemple, s'il y a 50 mg/L de NH4-N à l'entrée, des valeurs telles que <5 mg/L peuvent être atteintes à la sortie. Dans la deuxième étape, une étape anoxique MBBR est ajoutée au système pour éliminer l'azote total. Ici, les bactéries hétérotrophes de dénitrification réduisent les nitrates en azote moléculaire (gaz N₂) et l'azote est éliminé de l'eau sous forme de gaz volatile. L'élimination de l'azote total par les BRMB peut atteindre des niveaux de 70 à 90 % s'ils sont bien conçus par étapes. En particulier dans les cas où de faibles limites de rejet sont exigées (par exemple TN < 10 mg/L), ces objectifs peuvent être atteints avec une séquence MBBR anoxique + aérobie et le cycle interne nécessaire. La structure stable du biofilm du BRMB est avantageuse car elle répond à l'exigence d'un âge élevé des boues pour les bactéries nitrifiantes - les nitrifiants qui sont facilement lavés dans les boues activées restent dans le système en s'adsorbant sur la surface du BRMB et travaillent efficacement. Par conséquent, le BRMB peut éliminer l'azote sous forme d'ammonium (NH₄⁺), de nitrite (NO₂-) et de nitrate (NO₃-) dans des conditions appropriées. Les polluants typiques pouvant être traités sont les suivants : Les déchets de production d'engrais azotés tels que le sulfate d'ammonium (NH₄⁺ élevé), les produits de dégradation des protéines (urée, acides aminés - d'abord convertis en ammonium puis nitrifiés) et les eaux industrielles nitratées (par exemple, le drainage de l'usine d'engrais, les eaux de traitement nitratées - éliminées dans un BRM anoxique). Il convient de noter que pour une dénitrification complète, la source de carbone organique doit être suffisante ; pour les eaux à faible teneur en carbone mais à forte teneur en nitrates, un dosage supplémentaire de carbone (méthanol, éthanol, etc.) peut être appliqué au BRMB.

Composés du phosphore (P) : L'élimination biologique de l'excès de phosphore n'est pas possible avec le MBBR seul, car elle nécessite la culture sélective de micro-organismes spéciaux fixant le phosphore (PAO) dans des environnements anaérobies-aérobies séquentiels (processus EBPR). Le procédé MBBR n'est généralement pas utilisé comme un procédé de déphosphatation biologique au sens classique du terme. L'élimination du phosphore est plutôt réalisée par précipitation chimique. Cependant, une partie du phosphore est retenue dans le biofilm par la croissance cellulaire : La biomasse bactérienne contient en moyenne 2 % de phosphore, de sorte que l'élimination du phosphore se fait, bien que légèrement, par l'élimination de la biomasse excédentaire. Néanmoins, si le phosphore total est important parmi les paramètres cibles du traitement des eaux usées, la substance coagulante (telle que les sels de Fe³⁺ ou d'Al³⁺) est généralement dosée vers la fin du BRMB et les phosphates sont éliminés par précipitation chimique. Dans ce cas, le procédé MBBR + le traitement chimique fonctionnent de manière intégrée. En résumé, l'orthophosphate ou le phosphore total ne font pas partie des paramètres que le MBBR peut traiter directement ; un traitement chimique doit être prévu pour ceux-ci. Cependant, avec les BRMB, les valeurs typiques de phosphore de l'influent (par exemple 5-10 mg/L TP) peuvent être réduites à moins de 1-2 mg/L avec un soutien chimique, ce qui est généralement à ce niveau dans les normes turques et de l'UE.

Solides en suspension (SS) et solides de décantation : Le réacteur MBBR capture la plupart des solides en suspension grâce à l'effet de piégeage du biofilm ou consomme biologiquement les parties organiques, mais ne produit pas une eau complètement claire. L'élimination principale des solides en suspension se produit par sédimentation secondaire ou filtration comme mentionné ci-dessus. Par conséquent, au lieu du paramètre direct d'"élimination des MES" des BRMB, nous pouvons parler de stabilisation des MES. Les particules attachées à la surface du biofilm sont partiellement décomposées par les cellules microbiennes qui s'y trouvent. En outre, la floculation est favorisée dans l'environnement mixte du MBBR : les parties détachées du biofilm peuvent se combiner avec d'autres additifs dans les eaux usées et former des flocs plus grands, ce qui les rend plus faciles à retenir dans la sédimentation finale. Par conséquent, le procédé MBBR joue un rôle de soutien dans la réduction du total des solides en suspension. Dans la pratique, une partie importante des MES provenant du traitement préliminaire est métabolisée soit dans la sédimentation primaire, soit dans les réacteurs biologiques, et le reste est considéré comme la boue de l'effluent. En résumé, les polluants physiques tels que la turbidité, les boues et les sédiments peuvent être largement contrôlés par le système MBBR, mais leur élimination finale dépend de l'étape de séparation physique.

Micro-organismes pathogènes : Au cours du traitement biologique, certains micro-organismes pathogènes (par exemple les bactéries coliformes) sont réduits en raison de la concurrence naturelle et de l'exposition à l'environnement extérieur. Il n'y a généralement pas d'exposition aux rayons UV dans les bassins MBBR (il s'agit d'un système fermé), mais des protozoaires et d'autres organismes prédateurs peuvent se trouver dans l'écosystème du biofilm et chasser les bactéries pathogènes. Ainsi, les bactéries indicatrices présentes dans les eaux usées domestiques diminuent quelque peu après le traitement biologique (par exemple, une diminution de 1 à 2 logs peut être observée pour les coliformes). Toutefois, si l'on considère les normes de rejet, le procédé MBBR n'est pas un procédé de désinfection. En d'autres termes, l'élimination des pathogènes n'est pas considérée comme le paramètre cible, la désinfection est requise dans la section finale. Néanmoins, on sait qu'il peut y avoir une fragmentation virale ou des antagonismes biologiques dans le biofilm et qu'une certaine suppression des pathogènes est assurée. Cet effet est particulièrement utile dans des situations telles que l'eau d'irrigation, qui n'exige pas des normes microbiennes très basses mais nécessite un certain traitement.

Matières organiques et inorganiques toxiques : Le MBBR est plus résistant aux contaminants potentiellement toxiques que les systèmes à boues activées. La raison en est que la matrice du biofilm fournit un micro-environnement contrôlé par diffusion: Même si une charge toxique soudaine (par exemple, une forte concentration de phénol, de cyanure ou de métaux lourds) tue la première couche de cellules à la surface du biofilm, elle atteint les couches inférieures de manière limitée, de sorte que toute la biomasse n'est pas détruite. En outre, certaines substances organiques toxiques peuvent être adsorbées dans le biofilm et biodégradées au fil du temps. Les contaminants tels que les phénols, le formaldéhyde, le cyanure peuvent être dégradés dans les systèmes MBBR avec une adaptation appropriée (bien sûr jusqu'à des valeurs limites ; des doses très élevées de traitement chimique séparé peuvent être nécessaires). Les métaux lourds (par exemple Cr, Ni, Zn, Pb) ne peuvent pas être détruits biologiquement, mais peuvent être partiellement retenus dans le biofilm et éliminés du système avec les boues. Par exemple, dans l'analyse des boues résiduaires du MBBR, on peut voir que certains métaux sont à des concentrations plus élevées que dans l'entrée - il s'agit d'un effet d'accumulation plutôt que d'un effet de traitement du biofilm. Il s'agit d'un effet d'accumulation plutôt que d'un effet de traitement du biofilm. Cela réduira tout de même la concentration de métaux dans l'eau dans une certaine mesure (ils peuvent s'intégrer dans la biomasse, en particulier sous la forme de précipités d'hydroxyde). Les métaux et les produits chimiques toxiques ne sont pas une cible parmi les paramètres du BRMB, mais lors du traitement de l'eau chargée de ces contaminants, le système est conçu en sachant que le BRMB a une durabilité et une certaine rétention. Si nécessaire, un traitement chimique (par exemple, oxydation) avant le MBBR ou des étapes de polissage (charbon actif, échange d'ions) après le MBBR sont prévus.

Autres paramètres : Le procédé MBBR contribue aussi indirectement à la désodorisation de l'eau; les composés odorants tels que le sulfure d'hydrogène sont oxydés dans un environnement aérobie. Le paramètre de couleur diminue si le colorant est biodégradable (par exemple, les pigments naturels qui donnent de la couleur aux eaux usées alimentaires sont dégradés). Cependant, les éléments colorants résistants tels que les colorants textiles ne peuvent pas être complètement éliminés par les BRMB, seuls certains d'entre eux peuvent être réduits par adsorption et biodégradation. Les paramètres de salinité inorganique tels que le chlorure, le sulfate et la conductivité ne changent pas avec le BRMB (même si des produits chimiques sont ajoutés en tant que nutriments, une certaine charge de conductivité peut venir dans l'eau). Par conséquent, le MBBR n'élimine pas le TDS (sel dissous).

En résumé, la force du MBBR est qu'il fournit une efficacité élevée pour tous les paramètres de pollution qui peuvent être éliminés par oxydation biologique. L'élimination de la matière organique et de l'azote sont les plus importants d'entre eux. L'élimination du phosphore se fait avec un support chimique ; une désinfection séparée est nécessaire pour l'élimination des pathogènes. Pour les polluants difficiles, le MBBR joue le rôle de "colonne vertébrale" biologique du processus et est soutenu par des méthodes conventionnelles en cas de besoin. De cette manière, il devient possible d'atteindre les limites des paramètres de rejet dans les législations environnementales de l'UE et de la Turquie.

Limites de rejet selon les législations turque et européenne

Lors de la conception et de l'exploitation des stations d'épuration, les critères de qualité de l'environnement dans lequel l'eau traitée sera rejetée sont déterminants. Les normes de rejet en Turquie et dans l'Union européenne varient en fonction de l'environnement ou de l'environnement récepteur à rejeter. En général, les scénarios suivants s'appliquent :

Déversement dans les égouts (déversement dans les infrastructures de traitement des eaux usées) : Il s'agit de la situation dans laquelle les eaux usées brutes, qui ont subi un prétraitement avant la station d'épuration, sont directement déversées dans le réseau d'égouts de la ville. Par exemple, si une usine rejette ses eaux usées dans le réseau d'assainissement municipal après un simple prétraitement dans son propre système, elle doit se conformer aux critères de rejet dans le canal déterminés par la municipalité. En Turquie, les administrations de l'eau telles que İSKİ et ASKİ disposent de réglementations en la matière et définissent généralement des limites de paramètres basées sur le règlement relatif au contrôle de la pollution de l'eau (SKKY). Limites typiques :

pH : Doit être compris entre 6 et 10 (ou 6 et 12, peut être flexible dans certaines régions). L'eau extrêmement acide ou basique ne devrait pas endommager le réseau.

Température : En général, une limite de <40-45°C est fixée (par exemple, İSKİ regulation max. 50°C). Les températures élevées peuvent endommager les canalisations et les processus de traitement.

DCO : la DCO pour les eaux usées à rejeter dans les égouts est généralement limitée entre 500-1000 mg/L. S'il existe une infrastructure d'eaux usées à Istanbul qui sera entièrement traitée, la limite DCO = 1000 mg/L est appliquée ; s'il s'agit d'un système avec seulement un prétraitement + un rejet en haute mer, une limite plus basse (600 mg/L) est exigée. Ces limites sont fixées de manière à ce que les eaux à forte charge organique, qui sont loin d'être des eaux usées domestiques, ne nuisent pas au réseau. Après l'installation MBBR, la DCO ne dépasse généralement pas 1000 mg/L ; par conséquent, si vous êtes une industrie qui sera raccordée à une installation de traitement centrale, vous pouvez satisfaire à ce critère avec la sortie MBBR.

TSS (matières en suspension) : Afin d'éviter qu'une quantité excessive de boues ne pénètre dans le système de canaux, une valeur de MES inférieure à 300-400 mg/L est généralement requise. Par exemple, il y a une limite de 500 mg/L (pour les systèmes entièrement traités) dans l'İSKİ. Avec la sédimentation après le MBBR, cette limite est facilement atteinte puisque les MES sont généralement <30 mg/L.

Huiles et graisses : La teneur en huile et en graisse de l'eau destinée à être rejetée dans les égouts est généralement limitée à <50-150 mg/L (si la station d'épuration d'İSKİ effectue un traitement complet, la limite est de 150 mg/L, sinon, elle est de 50 mg/L). Cela permet d'éviter l'obstruction des canalisations et les problèmes à la station d'épuration. Cette limite est ramenée à un niveau qui ne peut être dépassé en utilisant un séparateur de graisse avant le MBBR ou en décomposant biologiquement les huiles dans le MBBR.

Substances toxiques : Les normes de rejet dans le canal pour les métaux lourds (Cr, Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni, etc.), le cyanure, les phénols, les toxines organiques sont assez strictes - les limites sont généralement fixées à mg/L ou moins (par exemple, cyanure total <1-2 mg/L, Cr total <5 mg/L, Hg <0,2 mg/L selon les valeurs de l'İSKİ Tableau-1). Ces substances font l'objet de restrictions car elles peuvent endommager la station centrale d'épuration des eaux usées ou détériorer la qualité finale des boues. Bien que le procédé MBBR puisse réduire de nombreux composés organiques toxiques autres que les métaux lourds (tels que les phénols), ces limites nécessitent généralement un prétraitement industriel. Par conséquent, si ces paramètres sont élevés à la sortie de votre MBBR, un traitement supplémentaire peut s'avérer nécessaire.

Débit et débitmètre : En outre, chaque installation raccordée au réseau d'assainissement ne doit pas dépasser un certain débit et doit être équipée d'un débitmètre. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un "paramètre", il s'agit d'une exigence réglementaire. Si les limites spécifiées sont dépassées, des sanctions pénales peuvent être prises.

Commentaire : Les normes de rejet dans les égouts visent à protéger les infrastructures et les installations centrales plutôt que le destinataire final. Les usines qui utilisent les BRM comme prétraitement et rejettent l'eau dans les égouts exploitent généralement les BRM pour satisfaire aux critères relatifs aux matières organiques et à la neutralisation acido-basique, tels que la réduction de la DCO de 2000 mg/L à moins de 500 mg/L ou l'ajustement du pH. Ces limites sont similaires dans les pays de l'UE, chaque ville établissant ses propres réglementations en matière de raccordement aux égouts. Dans l'UE, les critères de rejet dans les infrastructures d'assainissement sont généralement régis par la législation nationale et comprennent des ensembles de paramètres similaires.

Rejet dans l'environnement récepteur (rivière, lac, mer ou sol) : Si les eaux usées traitées sont rejetées dans un milieu aquatique naturel (ou dans un canal qui aboutira indirectement à ce milieu), des limites de rejet environnemental sont appliquées. En Turquie, le règlement sur la lutte contre la pollution de l'eau (WPL) et le règlement sur le traitement des eaux urbaines résiduaires fournissent un cadre sur cette question. Dans l'UE, la directive 91/271/CE sur les eaux urbaines résiduaires et la législation nationale des pays membres servent de base. Les principales limites des paramètres sont les suivantes :

DBO₅ (20°C) : En général, une limite de 25-30 mg/L est appliquée pour la DBO₅ rejetée dans le milieu récepteur. La directive européenne prévoit 25 mg/L (et une efficacité de traitement de 70-90%) pour les eaux usées municipales de 10 000 personnes et plus. En Turquie, une valeur limite de 25 ou 30 mg/L est généralement utilisée (en particulier 25 mg/L pour les grandes installations). Il peut y avoir une certaine flexibilité dans les installations à faible débit, mais l'objectif de la conception doit toujours être ≤25 mg/L. Avec le MBBR, la DBO₅= <20 mg/L peut être facilement atteinte, de sorte que ce critère ne pose pas de problème.

DCO : la norme de l'UE est de 125 mg/l (et une réduction de 75 %). En Turquie, la limite de 125 mg/L a été adoptée pour les rejets municipaux dans la SKKY. Dans certains pays, elle peut varier entre 120 et 150 mg/l. Il peut également y avoir des limites inférieures spécifiques au secteur pour les grands rejets industriels (par exemple, DCO 250 mg/L pour certains secteurs dans la SKKY). Néanmoins, la DCO < 100 mg/L est l'objectif à atteindre pour une conception sûre. Avec les BRMB, une DCO <80-100 mg/L peut être facilement atteinte dans de bonnes conditions de fonctionnement.

TSS (Total des solides en suspension) : La limite typique des MES dans les rejets des milieux récepteurs est de 35 mg/L (norme de l'UE). En Turquie, elle est fixée à 30 mg/L dans certaines réglementations. En d'autres termes, il n'est pas souhaitable que l'eau purifiée contienne plus de 30 mg/L de solides en suspension. Avec une bonne seconde sédimentation/filtration, les MES peuvent être maintenues dans une fourchette de ~5-20 mg/L à la sortie du MBBR. Il s'agit donc également d'un critère réalisable.

L'azote total (TN) et l'ammonium : Ces paramètres entrent en jeu en fonction de la sensibilité du récepteur et de la taille de l'installation. Selon le règlement de l'UE, les grandes installations municipales qui rejettent leurs effluents dans des zones sensibles (lac, barrage d'eau potable, baie fermée) doivent respecter une moyenne annuelle d'azote total de 10 mg/l (ou une élimination d'au moins 70 à 80 %) (avec des marges de manœuvre telles que 10 mg/l pour plus de 100 000 personnes et 15 mg/l pour une population comprise entre 10 000 et 100 000 personnes). Des limites similaires sont appliquées en Turquie si l'environnement récepteur est "sensible en termes de nitrates" ; dans certains cas, des limites individuelles pour le NH4-N et le NO3-N peuvent également être spécifiées dans la SKKY. Par exemple, on s'attend généralement à ce que le NH4-N soit réduit à un niveau de 2 à 5 mg/L (en particulier s'il est rejeté dans un cours d'eau où vivent des poissons). L'azote NH4 < 5 mg/L peut être facilement capturé en ajoutant une étape de nitrification à la conception du MBBR ; pour l'azote total, l'objectif est d'obtenir un TN < 10-15 mg/L avec la phase anoxique. Pour les rejets industriels, la limite d'azote total est fixée en fonction de la tendance à l'eutrophisation des eaux réceptrices.

Phosphore total (PT) : Là encore, dans les environnements récepteurs sensibles (en particulier les lacs, les eaux stagnantes), la limite du phosphore total est fixée entre 1 et 2 mg/L dans l'UE (1 mg/L pour plus de 100 000 habitants, 2 mg/L pour les plus petits). De même, dans la législation turque, si l'environnement récepteur est sensible à l'eutrophisation, une limite de <2 mg/L est fixée ; s'il est très sensible, 1 mg/L ou même 0,5 mg/L (cas particuliers : par exemple, les zones protégées). Cet objectif peut être atteint grâce à un soutien chimique dans l'installation MBBR. Avec un dosage chimique suffisant et, de préférence, une filtration, il est possible de capturer des concentrations inférieures à 1 mg/L. Dans les environnements récepteurs standard (avec débit, tels que les rivières et les mers), le PT est généralement maintenu à un niveau flexible de 3 à 5 mg/L, mais la réglementation précise la décision finale dans les permis de déversement. Ce paramètre n'est pas contrôlé par le BRMB lui-même mais par le processus chimique intégré.

Autres paramètres : Il est obligatoire de maintenir le pH entre 6 et 9 (UE et TR) lors du rejet dans le milieu récepteur. La température doit généralement être inférieure à 30-35°C afin de ne pas augmenter la température des eaux réceptrices. Les huiles et les graisses doivent généralement être inférieures à 10-20 mg/L dans le milieu récepteur (afin de ne pas former de film à la surface de l'eau). Les rejets des BRMB sont généralement inférieurs à 10 mg/L. Des limites spécifiques peuvent être fixées pour l'azote total Kjeldahl (TKN) et le NH4-N : par exemple, dans le cas d'un rejet d'eaux usées domestiques dans un endroit sans eaux usées en SKKY, NH4-N < 10 mg/L, TKN < 15 mg/L. S'il y a nitrification avec le MBBR, ceci est assuré puisque la plupart du TKN~NH4 se sera déjà transformé en nitrate. Il peut y avoir des restrictions telles que <0,5 mg/L de chlore libre dans le rejet de chlore et de sous-produits de désinfection (parce que le chlore est toxique pour les poissons). Par conséquent, la neutralisation du chlore est effectuée lors du rejet de l'eau désinfectée au chlore dans la nature.

Métaux lourds et substances toxiques : La SKKY contient des tableaux sectoriels pour les installations industrielles qui rejettent directement leurs effluents dans l'environnement récepteur. Par exemple, si une installation de teinture de textiles doit rejeter des eaux traitées dans un cours d'eau, elle doit respecter des limites spéciales telles que DCO < 200 mg/L, chlore actif < 0,2 mg/L, AOX < 1 mg/L, etc. selon le tableau 8.11 de la SKKY. En général, il existe des limites spéciales pour chaque secteur (pour chaque polluant) dans les rejets non domestiques. Le procédé MBBR joue un rôle important dans l'atteinte de ces limites ; si nécessaire, les valeurs sont maintenues par des traitements chimiques. Par exemple, il y a une limite de Cr+6 < 0,1 mg/L dans l'eau traitée pour le secteur du chromage, ceci est réalisé par réduction chimique plutôt que biologique, le MBBR s'occupe de la partie organique ici.

Commentaire : Les limites de rejet dans le milieu récepteur sont assez strictes car elles visent à protéger l'environnement. Dans l'UE, la plupart des stations d'épuration municipales atteignent des valeurs telles que DBO₅ ~5-15 mg/L, DCO ~30-60 mg/L, MES <20 mg/L, TN ~5-10 mg/L, TP ~1 mg/L à leurs sorties, qui sont même inférieures aux limites réglementaires. Les installations nouvellement établies en Turquie sont conçues avec des objectifs similaires. Le MBBR est un procédé adéquat pour atteindre ces objectifs. En particulier dans le cadre de la réglementation sur le traitement des eaux usées urbaines, les installations utilisant le MBBR obtiennent des permis de rejet en intégrant la nitrification/dénitrification et, si nécessaire, l'élimination du phosphore. La situation est similaire dans les installations industrielles qui rejettent leurs effluents dans le milieu récepteur ; s'il existe un paramètre pour lequel la technologie MBBR n'est pas adaptée (par exemple, les métaux lourds), une unité spéciale est ajoutée pour ce paramètre, et les autres paramètres tels que la DBO, la DCO et l'azote sont gérés par la technologie MBBR.

Rejet dans les eaux souterraines/infiltration et réutilisation : dans certains cas particuliers, les eaux traitées peuvent faire l'objet d'un rejet indirect par infiltration ou réutilisation dans le sol plutôt que directement dans un environnement d'eau de surface. Par exemple, une installation peut vouloir injecter l'eau traitée dans le sol par le biais de puits profonds ou la déverser sur des terres à des fins d'irrigation. Dans ces scénarios, une qualité plus stricte est requise :

Infiltration/rejet des eaux souterraines : Afin de protéger les ressources en eaux souterraines, une qualité d'eau presque potable est souhaitée. Généralement, des critères tels que DBO₅ < 10 mg/L, AKM < 5 mg/L, ammonium < 1-2 mg/L, nitrate < 50 mg/L (limite de l'eau potable), coliformes totaux 0/100 ml (c'est-à-dire que la désinfection doit être complète) sont fixés. En Turquie, ces rejets souterrains directs sont généralement interdits ou soumis à des permis très stricts car le risque de contamination est important. Bien que le MBBR fournisse ce niveau de purification (99%), une purification avancée telle que l'osmose inverse est généralement requise pour des raisons de sécurité dans ce scénario.

Norme d'irrigation/de réutilisation : Si l'eau traitée doit être utilisée comme eau d'irrigation dans l'agriculture ou comme eau de traitement dans l'industrie, elle doit être conforme aux normes d'utilisation pertinentes. Par exemple, il peut y avoir des limites telles que DBO₅ < 20 mg/L, AKM < 30 mg/L, E. coli < 1000 CFU/100 mL avec désinfection dans la qualité de l'eau d'irrigation. Des réglementations distinctes sont en cours d'élaboration dans l'UE en ce qui concerne la réutilisation de l'eau (comme le règlement UE 2020/741). Ces normes peuvent généralement être atteintes en ajoutant une filtration et une désinfection à la sortie du MBBR.

Rejet en mer (mer profonde) : Si les eaux usées doivent être rejetées directement en haute mer (en particulier dans des points profonds éloignés du rivage), une certaine souplesse peut être accordée pour certains paramètres (étant donné que la dilution est rapide dans la mer). Toutefois, les rejets à proximité du littoral sont également soumis à des règles strictes, comme les eaux de surface. En Turquie, les installations qui effectuent des rejets en eaux profondes sont soumises à des conditions spéciales dans la SKKY en fonction de la valeur du taux de dilution initial (S1). Par exemple, si S1 > 40, des valeurs de sortie plus élevées pour la DBO et les MES (telles que DBO 40 mg/L) peuvent être autorisées. Toutefois, dans la pratique, même les installations municipales ayant d'importants rejets en mer respectent la norme de DBO de 25 mg/l.

Commentaire : Les scénarios concernant les eaux souterraines et les rejets dans le sol sont des situations plus prudentes. Le BRMB ne suffit pas à lui seul à amener l'eau à la qualité de l'eau potable, mais dans de tels projets, le BRMB est utilisé comme prétraitement, puis la qualité souhaitée est atteinte grâce à des techniques avancées telles que la filtration membranaire et la désinfection. L'objectif du MBBR est de minimiser la charge organique et nutritive avant ces techniques avancées et de leur faciliter le travail.

Comparaison entre la Turquie et l'UE : En général, la législation turque en matière d'environnement comporte des valeurs proches des normes de l'UE. La réglementation relative au traitement des eaux usées urbaines est parallèle à la directive 91/271 de l'UE. Les différences se situent au niveau de certains paramètres spécifiques à l'industrie ou des tolérances accordées aux installations à petite échelle. Par exemple, alors qu'une limite de DBO de 30 mg/L peut être fixée pour les installations municipales ayant une population équivalente de 2000-10000 habitants en Turquie, 25 mg/L est généralement exigé pour les installations de plus de 2000 habitants dans l'UE. De même, il y a eu des cas où 35 mg/L ont été choisis au lieu de 30 mg/L pour l'AKM en Turquie. Cependant, en termes de conception sûre, viser les valeurs DBO₅=25, DCO=125, AKM=30, TN=10, TP=1 mg/L dans un projet de traitement MBBR assurera l'harmonisation légale à la fois en Turquie et dans l'UE. Dans les pays de l'UE, la directive sur les émissions industrielles et les BREF sectoriels fournissent des orientations - un traitement supplémentaire est généralement nécessaire.

Le tableau suivant résume les normes de rejet typiques de l'UE et de la TR pour le traitement des eaux usées urbaines :

Tableau : Normes de rejet typiques pour les eaux usées municipales dans l'UE et en Turquie. Les valeurs sont données pour les zones sensibles. Les directives de l'UE fixent également des conditions d'élimination en %, et la législation turque est parallèle.

** Remarque : la norme relative aux coliformes varie en fonction de la classe du milieu récepteur ; il ne s'agit pas d'un paramètre obligatoire à la sortie du système de traitement des eaux usées, mais d'un critère de qualité pour les eaux réceptrices.

En plus des valeurs ci-dessus, des limites de paramètres supplémentaires (métaux, substances toxiques) sur une base sectorielle sont indiquées dans le tableau 5-20 de l'annexe 1 de SKKY. Par exemple, AOX (halogènes organiques absorbables) <1 mg/L pour les textiles, soufre <1 mg/L pour le cuir, huile totale <5 mg/L pour les raffineries de pétrole. Bien qu'il ne soit pas possible d'énumérer ces cas particuliers un par un ici, il faut garder à l'esprit que ces paramètres doivent également être pris en considération dans une conception de traitement industriel qui inclut le procédé MBBR et que, si nécessaire, des unités telles que le traitement chimique et la filtration doivent être placées à côté du MBBR.

Par conséquent, la législation en vigueur en Turquie et dans l'UE stipule des valeurs de rejet qui peuvent être atteintes avec la technologie MBBR d'aujourd'hui. L'important est de déterminer quel scénario de rejet est valable pendant la phase de conception et de planifier le système MBBR et les unités auxiliaires pour atteindre ces objectifs.

Paramètres de base utilisés dans la conception du système MBBR

La conception d'un système de traitement MBBR est basée sur certains paramètres clés, à la fois en termes de dimensionnement du réacteur et de performance opérationnelle. Ces paramètres définissent les taux de réaction biochimique, la quantité de supports nécessaires et le comportement global du système. Le tableau suivant résume les paramètres clés et leurs valeurs typiques qui sont importants dans la conception d'un BRMB :

Tableau : Quelques paramètres importants et plages de valeurs typiques dans la conception du MBBR. Ces paramètres sont optimisés en fonction des caractéristiques de chaque usine. Par exemple, une station située dans un climat très froid peut prendre une température de conception de 10°C et prolonger le TRH ; tandis qu'une autre station peut maintenir une faible charge de surface et ajouter plus de porteurs en fonction de la concentration élevée des eaux usées industrielles. Dans le processus de conception, la surface totale de support requise est généralement calculée en utilisant les données cinétiques de la littérature (telles que la charge de DBO ou de NH₄ qui peut être éliminée par unité de surface à une certaine température), puis le volume de support qui fournira cette surface et le volume du réacteur sont déterminés en conséquence. Ensuite, la demande en oxygène et l'équilibre des nutriments (par exemple, la source de carbone est-elle suffisante pour la dénitrification ? Les paramètres ci-dessus sont interdépendants ; par exemple, si la charge organique est élevée, il faut prévoir une surface élevée (plus de média et/ou un temps de réaction plus long). Grâce à la flexibilité du MBBR, les concepteurs peuvent réviser les paramètres si nécessaire et obtenir la qualité d'effluent souhaitée. Par exemple, si une installation existante devient insuffisante, une capacité de traitement supplémentaire peut être obtenue en augmentant le taux d'occupation des supports de 50 % à 60 % (c'est-à-dire en ajoutant une partie des supports).

Points à prendre en compte lors de la conception

Au cours de la phase de conception du processus MBBR, il convient de prêter attention aux questions d'ingénierie pratique ainsi qu'aux paramètres théoriques. Voici les points critiques à prendre en compte lors de la conception :

Conception hydraulique et mélange : Il est très important qu'il n'y ait pas de zones mortes dans les réacteurs MBBR. Pour que les supports circulent dans tout le volume, la ventilation et/ou la disposition du mélangeur doivent être homogènes. La géométrie de la cuve est choisie en conséquence lors de la conception (coins arrondis pour éviter l'accumulation de matières dans les coins, plaques de guidage, etc.) En outre, les distributeurs d'entrée et de sortie doivent assurer une distribution uniforme du flux ; ils ne doivent pas provoquer un courant de court-circuit soudain qui ferait sortir le milieu d'une région. Si l'on conçoit un réacteur à flux horizontal, des chicanes peuvent être placées de manière à ce que l'eau d'entrée ne pousse pas le milieu dans le premier compartiment et ne s'accumule pas sur la grille de sortie. La puissance de l'équipement de mélange (diffuseur, mélangeur) doit être calculée pour mettre le milieu en suspension (par exemple, le mélangeur du réservoir anoxique doit être d'un type où le milieu sera en suspension). Étant donné qu'un mélange excessif provoque l'érosion du milieu, la puissance optimale (W/m³) est sélectionnée en fonction des valeurs de la littérature.

Supports et conception des écrans : Lors du choix d'un support, il convient de tenir compte non seulement de la surface, mais aussi de la résistance du matériau, de la tendance au colmatage et des références du fabricant. Les supports peuvent s'user avec le temps en se frottant ou en se heurtant les uns aux autres ; les produits de qualité ont une longue durée de vie (ils peuvent être utilisés pendant plus de 20 ans). La conception du tamis (tamis de rétention) doit avoir une ouverture adaptée à la taille du média ; il ne doit pas laisser fuir le média ni provoquer de blocage. Les grilles à coins sont idéales pour cette tâche ; l'ouverture peut être choisie à 80 % du plus petit diamètre du média (par exemple, une ouverture de 8 mm si le diamètre du média est de 10 mm). Des mécanismes d'accès et de lavage doivent être prévus pour le nettoyage des grilles. Dans le cas contraire, ils risquent d'être obstrués par le biofilm et la saleté au fil du temps et d'empêcher le passage du flux. En outre, l'écran doit être mécaniquement résistant à la pression créée par le média (lorsque le support s'accumule, une charge est créée sur l'écran, ce qui doit être pris en compte).

Capacité de transfert d'oxygène : Lors du dimensionnement du système d'aération, le concepteur doit calculer la demande en oxygène des eaux usées avec des corrections pour l'environnement réel, telles que le facteur α. Dans les réacteurs à biofilm, l'efficacité du transfert d'oxygène des diffuseurs peut être légèrement inférieure à celle de l'eau propre (hydrodynamique différente due au biofilm). Par conséquent, la capacité des soufflantes d'aération doit être sélectionnée en tenant compte de la charge maximale, de la basse température et des facteurs de vieillissement possibles. La redondance des soufflantes et des diffuseurs est également essentielle : même en cas de défaillance d'une soufflante, une quantité suffisante d'oxygène doit être fournie. En outre, des mesures relatives au bruit et aux vibrations (isolation acoustique, raccords flexibles) doivent être prises en compte dans l'aération, car des débits d'air élevés peuvent être source de bruit.

Alcalinité et équilibre des nutriments : Dans les conceptions qui permettent une forte élimination de l'azote, il convient d'examiner l'état de l'alcalinité de l'eau usée influente. En effet, la nitrification consomme beaucoup d'alcalinité ; si l'alcalinité est insuffisante, le pH dans le réacteur peut chuter et le processus peut être interrompu. Par conséquent, lors de la phase de conception, il est calculé que ~7 mg CaCO₃ sont nécessaires pour 1 mg NH₄, et si nécessaire, un équipement de dosage chimique alcalin (chaux, soude) est ajouté au système. De même, l'équilibre de la source de carbone est important dans les systèmes avec une étape de dénitrification : s'il n'y a pas assez de carbone organique facilement dégradable dans les eaux usées (par exemple, une eau usée avec un faible rapport C/N), le dosage de la source de carbone externe (système d'ajout de méthanol, d'éthanol, etc.) doit être pris en compte dans la conception. L'emplacement de ces équipements et les scénarios de contrôle du dosage doivent être clarifiés au cours de la phase de projet.

Conception en plusieurs étapes : La performance du système MBBR peut être augmentée en utilisant des réservoirs échelonnés au lieu d'un seul réservoir. Si nécessaire, le concepteur peut diviser le processus en 2 ou 3 réacteurs MBBR consécutifs (par exemple, le premier réacteur est chargé de l'élimination des matières organiques, le second réacteur est chargé de la nitrification). Cela permet un fonctionnement plus stable en divisant la surface totale. Lors de l'étude des étapes, des structures appropriées d'équilibrage et de distribution des flux doivent être placées entre chaque étape (par exemple, une grille intermédiaire pour retenir les solides biologiques en suspension à la sortie du premier réacteur ou une simple structure de séparation par gravité). En outre, les taux de remplissage des étages peuvent être choisis différemment ; des stratégies telles qu'un remplissage légèrement inférieur (40 %) au premier étage et un remplissage supérieur (60 %) au second peuvent être poursuivies dans la conception. Ces décisions sont prises en fonction des rendements obtenus dans des applications similaires dans la littérature.

Flexibilité et modularité : La flexibilité doit être laissée dans la conception en tenant compte des augmentations de charge futures possibles ou des normes qui peuvent changer. Les systèmes MBBR étant modulaires, la possibilité d'ajouter du volume de réacteur ou des supports doit être envisagée. Par exemple, si le débit augmente de 20 % au bout de 10 ans, le plan d'occupation des sols peut être modifié pour accueillir un réacteur MBBR supplémentaire. Ou si la norme de sortie devient plus stricte pour le TN à l'avenir, l'infrastructure (tuyaux de retour, espaces vides) adaptée à l'ajout d'une section anoxique peut être laissée en place. Les conduites de dérivation ne doivent pas être oubliées dans la conception : Il convient de prévoir des vannes et des conduites permettant de désactiver un réacteur donné et de diriger le flux vers un autre réacteur en cas de maintenance ou de défaillance.

Sélection des matériaux et corrosion : Les réacteurs à biofilm sont généralement des environnements à forte teneur en oxygène et, dans certaines régions, à forte humidité. Par conséquent, il convient d'envisager la protection des réservoirs en béton par des revêtements appropriés (en particulier dans les sections hors d'eau) ; des matériaux tels que l'acier inoxydable et les PRFV doivent être privilégiés pour les équipements métalliques. Le choix de matériaux résistants à la corrosion (acier inoxydable SS316 ou 304, plastique) pour les pièces telles que les grilles et les boulons prolongera la durée de vie. L'humidité de l'air dans les salles de soufflage pouvant être élevée, la ventilation et le refroidissement doivent être conçus pour l'équipement. En outre, en cas de dosage de produits chimiques (par exemple, acide/alcali pour le contrôle du pH, FeCl₃ pour l'élimination du phosphore), les matériaux des zones de contact doivent être résistants aux effets chimiques (tuyaux en PVC/HDPE, joints en caoutchouc, etc.).

Facilité d'utilisation et de contrôle : La facilité d'exploitation du système doit également être prise en compte lors de la phase de conception. Par exemple, des trous d'homme et des ouvertures d'accès doivent être prévus pour l'introduction du milieu porteur dans le réacteur et son retrait le cas échéant (filet de récupération du milieu ou vanne de décharge si nécessaire). Les capteurs doivent être placés à des endroits où la maintenance peut être effectuée (par exemple, nettoyage facile de la sonde d'oxygène). Les seuils d'alarme et la nécessité de mesures redondantes sont pris en compte lors de la conception du système d'automatisation (plusieurs capteurs ou vérifications en laboratoire sont prévus pour un paramètre critique). Tous ces détails, bien qu'ils puissent sembler mineurs sur le papier, sont très pratiques en fonctionnement réel et devraient être inclus dans le projet par le concepteur.

Problèmes pouvant survenir en cours d'utilisation (dépannage)

Les systèmes MBBR sont généralement stables s'ils sont conçus et exploités correctement. Cependant, certains problèmes de fonctionnement typiques peuvent être rencontrés sur le terrain :

Échappement ou endommagement des supports : L'un des problèmes les plus courants est la fuite des supports de biofilm hors du réacteur pour diverses raisons. À la suite d'une défaillance, d'une rupture ou d'une mauvaise installation des tamis, les supports peuvent être entraînés vers la sédimentation secondaire ou même vers la décharge. Cela réduit la capacité de traitement (perte de surface) et peut endommager l'équipement mécanique (pompe, vanne). Si un support est observé sur la surface de sédimentation secondaire ou dans la station de pompage pendant le fonctionnement, le système doit être arrêté immédiatement, le média manquant doit être remis dans le réacteur et le dégrilleur doit être réparé. En outre, la flottabilité des médias peut diminuer avec le temps (ils peuvent devenir lourds et remplis de boue), auquel cas certains médias couleront au fond et cesseront de circuler. Cela entraîne une perte de surface effective. La solution consiste à fournir périodiquement de l'air pour s'assurer que le support se nettoie de lui-même ou à arrêter le système et à retirer le support pour le laver.

Croissance excessive du biofilm et colmatage : Si la charge est plus faible que prévu ou si le remplissage du support est trop élevé, la couche de biofilm peut devenir excessivement épaisse dans le milieu. Le biofilm épais peut créer une restriction de la diffusion et les parties internes peuvent devenir anaérobies. Dans ce cas, les milieux peuvent fusionner et s'agglomérer (la biomasse collante peut tasser les milieux) et la libre circulation dans le réacteur est entravée. En outre, les grilles et les diffuseurs peuvent commencer à être obstrués par la biomasse. Dans ce cas, l'opérateur doit temporairement augmenter l'aération ou le mélange mécanique pour briser une partie du biofilm (le biofilm excédentaire est éliminé avec une force de cisaillement élevée). Certaines entreprises procèdent à une élimination contrôlée appelée "élimination du biofilm" à certains intervalles sur une base planifiée (par exemple, une fois par mois, augmenter l'apport d'air à 150 % pendant une courte période et choquer). Un autre indicateur de la prolifération du biofilm est l'augmentation de la valeur AKM à la sortie (cela signifie qu'une trop grande quantité de biomasse se détache et crée une charge dans la sédimentation). Dans ce cas, le biofilm est aminci en utilisant la même méthode ou, si nécessaire, une partie du milieu porteur est retirée du réacteur (si la charge est tombée trop bas).

Adhésion insuffisante du biofilm (perte de film) : Dans certains cas, le contraire est vrai, le biofilm ne peut pas se développer suffisamment dans le réacteur. En particulier au cours de la période initiale de démarrage, il peut y avoir un problème de "supports restant blancs", c'est-à-dire qu'aucun film visible ne se forme sur eux. Cela est dû soit à un manque de nutriments (faible charge), soit à un cisaillement trop élevé (les micro-organismes se détachent avant de pouvoir adhérer). Comme solution, le système peut être inoculé (ensemencement biologique du milieu par l'ajout de boues provenant d'une autre installation), la charge est progressivement augmentée et si l'aération est trop élevée, elle est légèrement réduite. L'adhésion du biofilm se produira avec le temps lorsque les conditions adéquates sont réunies. En outre, en cas de choc toxique (mort du biofilm due à l'entrée soudaine de déchets toxiques), l'inoculation et la patience sont nécessaires pour que le biofilm se reforme.

Effet des charges variables : Bien que le MBBR soit plus résistant aux chocs que les boues activées, des changements de charge très soudains et importants (par exemple, des eaux usées très concentrées accumulées dans l'usine après l'arrivée soudaine des vacances dans l'installation) peuvent causer des problèmes temporaires. Effets typiques : DCO/DBO temporairement élevée, diminution du pH (augmentation de l'acidité), diminution de l'OD (augmentation soudaine de la demande biologique en oxygène), etc. Lorsque cette situation se produit dans l'installation, on procède, si possible, à une alimentation contrôlée par le débit ou la charge (alimentation lente à partir du réservoir d'équilibrage). Si la situation est momentanée, l'opérateur augmente l'aération au maximum et, si nécessaire, il applique un dosage chimique (par exemple, un tampon de pH). Le biofilm s'adapte généralement et établit l'équilibre en peu de temps, mais la qualité de la production peut diminuer au cours de ce processus. Par conséquent, le volume d'équilibrage était très important dans la conception - et l'usine doit l'utiliser efficacement. Si les fluctuations de charge deviennent permanentes (production plus importante que prévu, etc.), des solutions à long terme telles que l'ajout d'un support supplémentaire ou la mise en service d'un réacteur supplémentaire sont envisagées.

Problèmes de nitrification : La nitrification étant sensible à des facteurs tels que la température, le pH et la toxicité, l'un des problèmes les plus courants est la "diminution soudaine de l'élimination de l'ammoniac". La raison en est généralement une baisse de la température (en hiver), une alcalinité insuffisante (le pH a diminué) ou l'entrée d'une substance inhibitrice (chlore, solvant, etc.). Dans ce cas, l'opérateur examine d'abord la tendance de l'ammoniac à la sortie, s'il constate une augmentation, il mesure immédiatement le pH et l'alcalinité - s'ils sont faibles, il faut administrer des doses de produits chimiques alcalins. Si la température est basse, la marge de manœuvre est limitée ; il est possible de réduire légèrement la ventilation et d'essayer d'augmenter le TRS (en empêchant le biofilm de trop se détacher). Si l'on soupçonne l'entrée d'une substance toxique (par exemple, en raison de l'odeur ou de la couleur de l'eau), la source est recherchée et l'on tente de l'éliminer. Si les bactéries de nitrification sont touchées, elles peuvent mettre quelques jours à se rétablir ; pendant cette période, la charge en nutriments est réduite (si nécessaire, la circulation dans le système peut être assurée par un cycle de retour et l'apport de nouvelles charges peut être réduit). Dans les cas les plus avancés, un support de biofilm nitrifié peut être apporté d'une autre installation, ajouté au système et inoculé.

Problèmes de dénitrification : Un problème courant dans la phase de dénitrification est que le réacteur anoxique ne réduit pas suffisamment le nitrate, c'est-à-dire que le nitrate de sortie reste élevé. Cela peut indiquer un manque de source de carbone. Lorsqu'il est observé en fonctionnement, l'opérateur vérifie le rapport C/N (par exemple, les données de DCO et de TKN à l'entrée). Si nécessaire, augmenter le dosage de carbone externe (par exemple le méthanol). Un autre problème peut être une augmentation de l'OD dans le réservoir anoxique (la dénitrification s'arrête si l'eau de circulation interne du réservoir aérobie contient trop d'O₂). Dans ce cas, le taux de circulation interne est réduit ou le volume anoxique est augmenté. Si la dénitrification est présente mais inefficace, le mélangeur est peut-être insuffisant (le mouvement du milieu est faible) - les vitesses du mélangeur sont contrôlées. De même, une température basse ralentit la dénitrification, auquel cas le processus peut être poursuivi avec de la patience et peut-être un dosage de carbone légèrement plus élevé.

Mousse et odeur : De la mousse peut se former dans les réacteurs à biofilm, en particulier au début de l'exploitation ou pendant les fluctuations de charge. Cette mousse est généralement une mousse biologique brune (formée par des bactéries filamenteuses telles que Actinomyces ou des particules flottantes de biofilm). Une quantité excessive de mousse peut recouvrir le média, réduire le contact avec l'air et provoquer un débordement. La solution consiste à utiliser un système de pulvérisation de surface (la mousse est brisée par des gicleurs) ou à doser un produit chimique antimousse (inhibiteur de mousse). Le problème des odeurs est généralement causé par la production de H₂S dans les zones anoxiques/anaérobies. Si l'ensemble du BRM est maintenu en aérobiose, l'odeur est généralement minime. Cependant, si une odeur provient du réservoir de dénitrification ou de l'unité de sédimentation, il est interprété que l'oxygénation est insuffisante - l'aération est augmentée ou la zone problématique est fermée et un filtre d'aération est installé. L'odeur peut également être due à la nature de l'eau usée entrante (par exemple, une eau usée qui a été stockée pendant trop longtemps), auquel cas l'aération pendant le prétraitement et l'équilibrage peut être la solution.

Problèmes de gestion des boues : Bien que l'on pense que le système MBBR produit moins de boues excédentaires que les boues activées classiques, en réalité, si le biofilm accumulé n'est pas enlevé régulièrement, il doit être éliminé en tant que boue secondaire. Parfois, si un âge élevé des boues est utilisé dans la station et que les boues ne sont pas enlevées pendant une longue période, des boues flottantes et des problèmes de turbidité apparaissent dans le bassin de sédimentation. Par conséquent, l'opérateur doit retirer les boues excédentaires du système à certaines périodes (ce n'est pas un problème, c'est un devoir ; si cela n'est pas fait, cela devient un problème). Lors de la déshydratation des boues retirées, il convient de s'assurer qu'elles ne contiennent pas de matières plastiques - il arrive qu'une ou deux petites matières qui s'échappent des grilles pénètrent dans l'équipement de déshydratation, ce qui doit être vérifié (par exemple, elles peuvent se coincer dans la centrifugeuse).

Conseils d'optimisation pour le procédé MBBR

Pour exploiter le système MBBR de manière efficace, économique et avec une longue durée de vie, certaines stratégies d'optimisation peuvent être appliquées :

Alimentation échelonnée et séparation des phases : Si une série de petits réacteurs est utilisée au lieu d'un seul grand réacteur, la réduction d'une partie de la charge organique dans le premier étage et la réalisation d'une nitrification à faible charge dans le deuxième étage augmenteront les performances globales. Pour l'optimisation, des méthodes telles que l'alimentation de la majeure partie des eaux usées directement dans le premier étage et d'une plus petite partie dans le deuxième étage peuvent être essayées (par exemple, un débit de 70 % dans le premier étage, un débit de 30 % à l'entrée du deuxième étage et un by-pass partiel dans le deuxième étage). Cela permet d'obtenir un rapport C/N plus élevé dans le deuxième étage et d'augmenter l'efficacité de la dénitrification. Ce type d'optimisation de la distribution du débit peut être déterminé par des essais pilotes.

Ajout ou retrait d'un support : Le plus grand avantage du MBBR est que la quantité de support peut être ajustée. Si la qualité de l'effluent est trop bonne (DBO trop faible, NH₄) selon les données d'exploitation et si la consommation d'énergie doit être optimisée, une partie du support peut être retirée du réacteur (la surface du biofilm diminue, le taux de réaction ralentit, mais la charge de la soufflerie peut également être réduite). Inversement, si la charge a augmenté avec le temps ou si la performance est à la limite, un support supplémentaire peut être ajouté au réacteur (si la conception le permet, par exemple de 50 % à 60 % de remplissage) pour augmenter la capacité de traitement. Il s'agit d'une solution beaucoup moins coûteuse que l'agrandissement de l'usine. Toutefois, il convient de vérifier l'adéquation de l'aération après l'ajout.

Réglages d'automatisation et de contrôle : Les applications d'automatisation avancées permettent de réaliser des économies d'énergie significatives et de stabiliser le MBBR. Par exemple, l'alimentation en air contrôlée par l'oxygène dissous : L'ajustement de la vitesse du ventilateur avec VFD en fonction des données de la sonde DO peut économiser 20-40% d'énergie en fonctionnant à faible vitesse lorsque cela n'est pas nécessaire. De même, la dénitrification contrôlée par ORP peut être réalisée : La pompe de retour interne peut être accélérée ou décélérée pour maintenir la valeur ORP du réservoir anoxique dans la plage cible ou le dosage de carbone externe peut être optimisé. Le logiciel d'automatisation enregistre également les données de tendance et fournit à l'opérateur des données permettant d'optimiser le processus (par exemple, en arrêtant les ventilateurs lorsque la charge diminue au milieu de la nuit et en remarquant que les capacités de ventilation sont trop élevées). Par conséquent, l'utilisation de capteurs et d'algorithmes de contrôle aussi avancés que possible rend le MBBR à la fois économique et sûr.

Contrôle périodique du biofilm : Un contrôle régulier est essentiel pour optimiser l'épaisseur et la santé du biofilm. Il est conseillé aux opérateurs de prélever des échantillons des supports et de les examiner au microscope. Cela permettra d'identifier des indices tels qu'une prolifération de bactéries filamenteuses (indiquant un faible rapport F/M, une carence en nutriments) ou une carence en protozoaires (indiquant une charge excessive). Le régime alimentaire ou le volume d'air peuvent être ajustés en fonction de l'équilibre microbiologique. Par exemple, si les bactéries filamenteuses sont en excès, une légère augmentation de la charge (plus de F/M) ou peut-être un traitement anoxique préliminaire pour créer un effet semblable à celui d'un sélecteur peuvent être essayés. Bien que ce niveau d'optimisation soit plus avancé, il est mis en œuvre dans les grandes usines pour maximiser les rendements.

Optimisation des supports chimiques : Les produits chimiques utilisés dans le procédé MBBR (par exemple, alcali pour l'ajustement du pH, coagulant pour l'élimination du phosphore, antimousse pour la mousse, source de carbone, etc. À cette fin, les pompes doseuses devraient fonctionner si possible avec un contrôle en retour (par exemple, en ajustant la dose d'alun en fonction de l'analyse de l'orthophosphate en sortie). Même si ce n'est pas le cas, l'opérateur peut augmenter la fréquence des analyses de laboratoire et réviser manuellement les doses si nécessaire. Par exemple, si à la fin d'une période, on constate que le P total en sortie est toujours inférieur à 0,2 mg/L, il est possible d'optimiser le dosage du chlorure de fer pour le maintenir autour de 0,5 mg/L en le réduisant de 20 % (alors que la norme exige 1 mg/L). Ces ajustements précis permettent de réduire les coûts chimiques du processus et d'éviter une charge chimique inutile dans l'environnement.

Récupération d'énergie et intégration : Le BRMB n'est pas un système producteur d'énergie en soi (au contraire, il consomme de l'énergie avec les surpresseurs), mais s'il est considéré comme faisant partie d'une station de traitement biologique, il y a quelques possibilités de récupération de chaleur ou d'énergie. Par exemple, l'air sortant des soufflantes est assez chaud ; il est possible d'utiliser cette chaleur pour chauffer d'autres parties de la station (à l'aide d'un échangeur de chaleur). Ou encore, si les boues résiduaires sont soumises à une digestion anaérobie, le biogaz peut être utilisé pour produire de l'électricité afin d'actionner les soufflantes de la station. Ces étapes d'optimisation holistique garantissent un fonctionnement plus durable du procédé MBBR et réduisent les coûts à long terme.

Formation et suivi des opérateurs : Enfin, même les meilleures solutions techniques ne peuvent fonctionner à pleine efficacité sans une équipe d'exploitation bien informée. L'optimisation des systèmes MBBR exige que les opérateurs comprennent la dynamique du processus. Une formation régulière, l'échange d'informations avec des installations similaires et la préparation d'instructions d'exploitation claires sont nécessaires. L'opérateur doit enregistrer les données quotidiennes telles que l'OD, le pH, la température, le courant et les résultats d'analyse, et surveiller les tendances. Cela permet de détecter rapidement les changements saisonniers ou les problèmes qui se développent lentement et de procéder à des ajustements proactifs.

Conclusion

Le procédé MBBR (Moved Bed Biofilm Reactor) s'est imposé dans le traitement des eaux usées industrielles et municipales grâce à sagrande efficacité et à sa structure flexible et modulaire. Dans ce guide complet, toutes les étapes du procédé MBBR sont abordées séparément ; les paramètres critiques à mesurer à chaque étape, leurs méthodes d'interprétation et l'équipement utilisé sont détaillés. En outre, les principaux domaines d'application du MBBR et les caractéristiques typiques des eaux usées sur une base sectorielle sont expliqués, et les types de polluants qui peuvent être éliminés par ce procédé et leurs limites sont spécifiés. Les normes de rejet dans l'environnement en vigueur en Turquie et dans l'UE sont présentées de manière comparative, et les paramètres de dimensionnement et les critères d'exploitation acceptés comme fondamentaux dans la conception des BRMB sont énumérés de manière exhaustive.

Le succès des systèmes MBBR exige un fonctionnement et un suivi attentifs ainsi que l'application de principes de conception corrects. Pour les concepteurs, de nombreuses questions se posent, allant des détails hydrauliques à la sélection des matériaux, de la cinétique du biofilm aux scénarios de secours. Pour les opérateurs, il est important de se préparer à d'éventuels problèmes et de prendre des mesures régulières d'entretien et d'optimisation. Lorsqu'ils sont correctement optimisés, les procédés MBBR peuvent fournir une qualité de rejet entièrement conforme à la législation et peuvent la maintenir de manière stable pendant de nombreuses années. Compte tenu notamment de l'évolution des limites de rejet de plus en plus strictes dans notre pays, l'utilisation de technologies modernes à biofilm telles que les MBBR offrira aux entreprises de grands avantages en termes de respect de l'environnement et de facilité d'exploitation.

Les informations fournies dans ce guide ont été compilées à la lumière de détails académiques et d'expériences pratiques, en tenant compte des situations qui peuvent être rencontrées sur le terrain. Par conséquent, lorsque le processus de traitement MBBR est conçu et géré correctement, il se distingue comme un système capable de tolérer des charges élevées, d'occuper une zone compacte et de fournir une qualité de sortie stable. La part des technologies de traitement avancées telles que le MBBR continuera à augmenter pour atteindre les objectifs de gestion durable de l'eau à la fois en Turquie et dans l'UE. Ainsi, les installations industrielles et les municipalités pourront poursuivre leurs activités de manière efficace et harmonieuse tout en remplissant leurs obligations en matière de protection des ressources en eau.