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TRAITEMENT SECONDAIRE | Traitement de l’eau | Traitement des eaux usées



SOLIDES DANS LES EAUX USÉES

Les solides présents dans les eaux usées sont de deux types:

  1. Solides organiques, et
  2. Solides inorganiques.

 traitement secondaire

Les solides organiques sont les substances dérivées des êtres vivants comme les produits végétaux et animaux. Des exemples de solides organiques sont les glucides, les protéines et les graisses. Les solides organiques subissent une décomposition par les micro-organismes. Les solides inorganiques sont des matériaux inertes et ne subissent pas de décomposition. Des exemples de solides inorganiques sont le sable, le sel, etc. Seuls 0,3 à 0,7% de solides sont présents dans les eaux usées, si ces solides sont éliminés, l’eau peut être récupérée et réutilisée. Le traitement des eaux usées a pour but d’éliminer les solides présents dans les eaux usées.

RÔLE DES MICROORGANISMES

Les micro-organismes sont des êtres vivants microscopiques unicellulaires. Ils se multiplient par division binaire des cellules en 10 à 20 minutes. Ils ont besoin d’oxygène pour leur respiration. Ils décomposent la matière organique et les convertissent en cellules. Des exemples de micro-organismes sont les bactéries, les champignons, les virus, etc. Il existe deux types de micro-organismes. Elles sont

  1. Bactéries aérobies, et
  2. Bactéries anaérobies.

Les bactéries aérobies utilisent l’oxygène dissous (OD) des plans d’eau pour leur respiration. Ils oxydent la matière organique en conditions aérobies. Les produits finaux de la décomposition sont l’eau, le CO2 et Tissus cellulaires. Les bactéries anaérobies utilisent l’oxygène dérivé de substances chimiques pour leur respiration. Ils se multiplient en l’absence d’OD dans les plans d’eau. Ils oxydent la matière organique dans des conditions septiques. Les produits finaux comprennent des gaz odorants de volaille comme H2S, CH, etc.

PROCESSUS DE TRAITEMENT BIOLOGIQUE

Les objectifs généraux du traitement biologique des eaux usées domestiques sont les suivants:

  1. Oxyder ou transformer les substances biodégradables dissoutes et en suspension en produits finaux acceptables;
  2. Capturer et incorporer les solides colloïdaux en suspension non décantables dans le floc biologique ou le film biologique, et
  3. Pour transformer et éliminer les nutriments tels que l’azote et le phosphore.

L’élimination de la DBO carbonée dissoute et en suspension et la stabilisation de la matière organique présente dans les eaux usées est réalisée à l’aide d’un vune multitude de micro-organismes, principalement des bactéries. Les micro-organismes sont utilisés pour oxyder la matière organique carbonée dissoute et en suspension en produits finaux simples et en biomasse supplémentaire. Ceci est réalisé en fournissant un environnement favorable aux micro-organismes avec de la nourriture, de l’OD, du pH, de la température, etc. Les solides organiques présents dans les eaux usées servent de nourriture aux micro-organismes aérobies. La seule chose à fournir est le DO, qui est essentiel pour la respiration des organismes aérobies. Dans les processus de traitement biologique, l’OD est fourni soit par des moyens naturels, soit par des moyens mécaniques par agitation.

Les organismes anaérobies peuvent se multiplier en l’absence d’OD et faire la décomposition, mais les produits finaux sont des gaz indésirables pour la volaille comme H2S, CH, etc. Par conséquent, le processus de décomposition anaérobie n’est généralement pas préféré. Cependant, les traitements anaérobies sont également adoptés dans certaines situations en raison de certains avantages spécifiques. Des exemples de processus de traitement anaérobie sont les fosses septiques, l’UASB, les digesteurs de boues anaérobies.

11,4 TRAITEMENT SECONDAIRE

Le traitement secondaire est conçu pour éliminer les matières organiques solubles des eaux usées. Le traitement secondaire consiste en un processus biologique et la décantation secondaire est conçue pour dégrader substantiellement le contenu biologique des eaux usées tel qu’il provient des déchets humains, des déchets alimentaires, des savons et des détergents. La majorité des stations d’épuration des eaux usées municipales et industrielles traitent les eaux usées décantées à l’aide de processus biologiques aérobies. Pour que cela soit efficace, les micro-organismes ont besoin à la fois d’oxygène et d’un substrat sur lequel vivre. Il existe plusieurs façons de procéder. Dans toutes ces méthodes, les bactéries et les protozoaires consomment des contaminants organiques solubles biodégradables (par exemple, les sucres, les graisses, les molécules organiques de carbone à chaîne courte, etc.) et lient une grande partie des fractions moins solubles en particules de floc.

CLASSIFICATION DU SYSTÈME DE TRAITEMENT BIOLOGIQUE

Les systèmes de traitement biologique sont classés en (a) film fixe ou système de croissance attaché et (b) systèmes de croissance en suspension.

Système de croissance attaché

Dans les systèmes de traitement biologique à croissance attachée, la biomasse est attachée. Les filtres anti-ruissellement et les tours biologiques sont des exemples de systèmes qui contiennent de la biomasse adsorbée sur des roches ou du plastique. Les eaux usées sont pulvérisées sur le dessus des roches ou du plastique et peuvent ruisseler vers le bas et sur la biomasse attachée, ce qui élimine les matériaux des déchets par sorption et biodégradation. Un type apparenté de système de croissance attaché est le contacteur biologique rotatif, où la biomasse est attachée à une série de roues minces en plastique qui font tourner la biomasse dans et hors des eaux usées. Ce revêtement de micro-organismes est capable de piéger et de consommer B.O.D. et l’ammoniac dans les eaux usées.

Dans les systèmes à croissance fixe ou à film fixe, les micro-organismes responsables de la conversion de la matière organique sont attachés à un matériau d’emballage inerte. Les matériaux d’emballage utilisés dans les processus de croissance attachés comprennent la roche, le gravier, le sable et une large gamme de plastique et d’autres matériaux synthétiques. Le système de croissance attaché peut fonctionner comme des processus aérobies ou anaérobies. Les matériaux d’emballage peuvent être complètement immergés dans du liquide ou non immergés, avec un espace d’air au-dessus de la couche liquide du biofilm.

Les systèmes à film fixe sont plus en mesure de faire face aux chocs liés à la charge biologique et offrent des taux d’élimination plus élevés de la DBO et des solides en suspension que les systèmes de croissance en suspension.

Les avantages des systèmes de croissance attachés comprennent

  • maintenir une forte densité de population de biomasse,
  • augmenter l’efficacité du système sans qu’il soit nécessaire d’augmenter la concentration de solides en suspension de liqueur mixte (MLSS), et
  • éliminer le coût d’exploitation de la ligne de retour de boues activées (RAS).

Système de croissance suspendu

Dans les systèmes de croissance en suspension, les micro-organismes responsables du traitement sont maintenus en suspension liquide par des méthodes de mélange appropriées. En règle générale, les systèmes de croissance en suspension nécessitent des empreintes plus petites que les systèmes à film fixe pour une capacité équivalente. Il existe un certain nombre de processus biologiques. Le plus courant est le processus de boues activées dans lequel les microbes, également appelés biomasse, sont autorisés à se nourrir de matière organique dans les eaux usées et à rester en suspension. La composition et la dynamique de la population microbienne sont fonction du fonctionnement de l’ASP.

TYPES DE PROCESSUS BIOLOGIQUES

Il existe deux types de processus de traitement biologique; aérobie et anaérobie. Le processus aérobie signifie que l’oxygène est présent pour la respiration des microbes. Le processus anaérobie signifie que le processus se déroule en l’absence d’OD. Les systèmes biologiques aérobies et anaérobies sont disponibles dans des configurations de croissance fixées et suspendues. Des exemples de systèmes de croissance en suspension aérobie sont le filtre à ruissellement et le RBC. Les systèmes de croissance en suspension aérobie sont des processus de boues activées, des bassins de stabilisation des déchets, etc.

Les produits finaux des processus aérobies et anaérobies sont différents. Dans des conditions aérobies, si elle est complètement oxydée, la matière organique est transformée en produits non dangereux. Mais un processus anaérobie peut produire méthane (CH4), qui est explosif, et ammoniac (NH3) et hydrogène sulfure (H2S), qui sont toxiques. Certains matériaux sont mieux dégradés dans des conditions anaérobies que dans des conditions aérobies. Dans certains cas, la combinaison de systèmes anaérobies et aérobies dans une série offre un traitement meilleur et plus économique que l’un ou l’autre système seul.

La biomasse ayant une gravité spécifique légèrement supérieure à celle de l’eau, la biomasse peut être éliminée du liquide traité par sédimentation par gravité. Il est important de noter qu’à moins que la biomasse produite à partir de la matière organique ne soit retirée périodiquement, un traitement complet n’a pas été accompli parce que la biomasse, qui est elle-même organique, sera mesurée comme DBO dans l’effluent. La biomasse générée lors du traitement biologique est déposée dans un bassin de sédimentation secondaire. Cette biomasse décantée ou boue est ensuite acheminée vers des systèmes de gestion des boues. Dans le processus de boues activées, une partie de la biomasse décantée est retournée au réacteur biologique en quantités nécessaires pour maintenir le niveau de biomasse approprié.

Options dans les processus biologiques

Les options disponibles dans les processus de traitement biologique des options d’eaux usées domestiques sont

  1. Filtre anti-goutte (TF),
  2. Processus de boues activées (ASP),
  3. Fossé d’oxydation (OD),
  4. Lagune aérée (AL),
  5. Bassins de stabilisation des déchets (WSP),
  6. Système de couverture de boues anaérobies à flux ascendant (UASB),
  7. Réacteur biologique à lit mobile (MBBR), et
  8. Réacteur biologique à membrane (MBR)

Les deux premières méthodes sont des procédés de traitement conventionnels, les quatre méthodes suivantes sont des méthodes à faible coût et les deux dernières méthodes sont des technologies émergentes.

Filtres anti-ruissellement

Les filtres anti-ruissellement sont destinés à traiter des charges organiques particulièrement fortes ou variables. Ce sont généralement des filtres circulaires remplis de pierre ouverte ou de médias filtrants synthétiques auxquels les eaux usées sont appliquées à un taux relativement élevé. La conception des filtres permet une charge hydraulique élevée et un débit d’air élevé. Sur les grandes installations, l’air est forcé à travers les médias à l’aide de soufflantes. La liqueur résultante se situe généralement dans la plage normale pour les procédés de traitement conventionnels.

Processus de boues activées

Le processus de boues activées (ASP) est un processus de traitement biologique des eaux usées aérobie qui utilise des micro-organismes, y compris des bactéries, des champignons et des protozoaires, pour accélérer la décomposition de la matière organique nécessitant de l’oxygène pour le traitement. Dans ce processus, les micro-organismes sont soigneusement mélangés avec des matières organiques dans des conditions qui stimulent leur croissance et les déchets sont éliminés. Les usines de boues activées utilisent une variété de mécanismes et de processus pour utiliser l’oxygène dissous afin de favoriser la croissance de flocons biologiques qui éliminent sensiblement la matière organique. Une partie des boues déposées est renvoyée dans le réservoir d’aération (et est donc appelée boues de retour) maintenir une concentration optimale de micro-organismes acclimatés dans le bassin d’aération pour décomposer les matières organiques. Il emprisonne également les matières particulaires et peut, dans des conditions idéales, convertir l’ammoniac en nitrite et nitrate et finalement en azote gazeux.

Fossé d’oxydation

Le fossé d’oxydation est un ASP à aération prolongée. Il s’agit d’un grand réservoir de rétention dans un fossé continu de forme ovale semblable à celui d’un circuit de course. Le fossé est construit à la surface du sol et est recouvert d’une doublure imperméable. Avec un temps de rétention de plus de 24 heures, les eaux usées sont largement exposées à l’air libre pour la diffusion de l’oxygène. La profondeur du liquide dans les fossés est très peu profonde, de 0,9 à 1,5 po, ce qui aide à empêcher les conditions anaérobies de se produire au fond du fossé.

Lagon aéré

Une lagune aérée est une unité de traitement par procédé à croissance suspendue. Le système de lagune aérée se compose d’un grand bassin ou bassin en terre équipé d’aérateurs mécaniques pour maintenir un environnement aérobie et empêcher la sédimentation de la biomasse en suspension. Initialement, la population de micro-organismes dans une lagune aérée est beaucoup plus faible que celle d’une ASP car il n’y a pas de recyclage des boues. Par conséquent, un temps de séjour considérablement plus long est nécessaire pour obtenir la même qualité d’effluent.

Bassins de stabilisation des déchets

Les étangs de stabilisation des déchets (WSP), souvent appelés étangs d’oxydation ou lagunes, contiennent des bassins où la décomposition de la matière organique se produit naturellement. Un WSP est une masse d’eaux usées relativement peu profonde contenue dans un bassin artificiel en terre dans lequel s’écoule les eaux usées et d’où, après un certain temps de rétention, un effluent bien traité s’écoule. L’activité dans les WSP est une symbiose complexe de bactéries et d’algues, qui stabilise les déchets et réduit les agents pathogènes. Les algues produisent de l’oxygène pendant la photosynthèse en utilisant du dioxyde de carbone et de l’énergie solaire dérivée de la lumière du soleil. Les bactéries utilisent l’oxygène pour le processus biologique pour convertir le contenu organique des eaux usées en formes plus stables et moins offensives et libérer du dioxyde de carbone.

Réacteur de couverture de boues anaérobies à flux ascendant

Le réacteur UASB est un système de traitement anaérobie. Dans un réacteur UASB, l’accumulation de solides en suspension influents et l’activité et la croissance bactériennes conduisent à la formation d’une couverture de boues près du fond du réacteur, où tous les processus biologiques ont lieu. Deux caractéristiques principales influençant les performances du traitement sont la distribution des eaux usées dans le réacteur et la «séparation en trois phases» des boues, du gaz et de l’eau.

Réacteur biologique à lit mobile

Le réacteur biologique à lit mobile (MBBR) implique l’ajout de milieux inertes dans les bassins de boues activées existants pour fournir des sites actifs pour la fixation de la biomasse. Cette conversion se traduit par un système de croissance strictement attaché.

Réacteurs biologiques à membrane

Les réacteurs biologiques à membrane (MBR) comprennent un système de barrière à membrane semi-perméable, soit immergé soit conjointement avec un processus de boues activées. Cette technologie garantit l’élimination de tous les polluants en suspension et de certains polluants dissous. La limitation des systèmes MBR est directement proportionnelle à l’efficacité de réduction des nutriments du processus de boues activées. Le coût de construction et d’exploitation d’un MBR est généralement plus élevé que le traitement conventionnel des eaux usées.

Sédimentation secondaire

La dernière étape de l’étape de traitement secondaire consiste à déposer le floc biologique ou le matériau filtrant dans un réservoir de sédimentation secondaire (SST) ou un clarificateur secondaire et à produire des eaux usées contenant de très faibles niveaux de matière organique et de matières en suspension.




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