Types de systèmes de traitement aérobie des eaux usées et leurs avantages

En résumé : Près de 80 % des eaux usées mondiales sont encore rejetées sans traitement. Le traitement aérobie des eaux usées utilise des micro-organismes oxygénodépendants pour décomposer les polluants organiques, l’azote et le phosphore lors de la phase de traitement secondaire, grâce à l’apport d’air par des surpresseurs ou des compresseurs. Les trois principaux systèmes sont les boues activées classiques, les bioréacteurs à membrane (MBR) et les bioréacteurs à lit mobile (MBBR). Comparés au traitement anaérobie, les systèmes aérobies génèrent moins d’odeurs, transforment l’ammoniac en nitrate et réduisent les émissions de méthane.

En 2024, la demande en matière de traitement efficace et durable des eaux usées atteint un niveau record, sous l'effet de la hausse des rejets industriels, des défis posés par les eaux usées urbaines et du durcissement des réglementations environnementales.

Selon le rapport des Nations Unies sur l'eau , près de 80 % des eaux usées mondiales sont rejetées sans traitement , ce qui entraîne une grave pollution de l'eau.

Alors que les gouvernements et les industries privilégient les solutions décentralisées de traitement des eaux usées, les méthodes de traitement biologique – et notamment le traitement aérobie des eaux usées – ont gagné en importance grâce à leur efficacité pour décomposer les polluants tout en réduisant la production de boues et les émissions de gaz à effet de serre.

En règle générale, une station d’épuration des eaux usées subit trois processus importants : primaire, secondaire et tertiaire, parmi lesquels la phase de traitement biologique relève de l’étape secondaire.

La phase de traitement biologique est principalement de deux types : le traitement aérobie et le traitement anaérobie.

Le traitement aérobie des eaux usées utilise l’oxygène pour dégrader les polluants organiques et d’autres polluants tels que l’azote et le phosphore.

Un dispositif d’aération mécanique, tel qu’un souffleur d’air ou un compresseur, crée des bulles d’air pour servir deux objectifs principaux : l’aération et l’agitation.

L'aération fournit de l'oxygène à l'effluent, utilisé par les microbes aérobies qui accélèrent la dégradation de l'effluent.

La quantité d’oxygène dissous nécessaire aux organismes aérobies pour décomposer la matière organique en molécules plus petites est connue sous le nom de demande biologique en oxygène ou DBO.

Il est fréquemment utilisé pour quantifier la dégradation des polluants organiques par ces microbes.

L’introduction de polluants tels que des rejets industriels, des déchets fécaux domestiques ou des ruissellements d’engrais peut entraîner des niveaux élevés de DBO, indiquant une concentration élevée de matières biodégradables dans les eaux usées.

Étant donné que ces organismes ont besoin d’oxygène, les systèmes aérobies doivent trouver un moyen de le fournir à la biomasse.

Cela peut être réalisé en incluant des bassins de traitement des eaux usées, qui offrent une grande surface pour introduire de l’air dans les eaux usées, ou en incorporant des dispositifs d’aération mécanique.

Après avoir compris le but d'une station d'épuration des eaux usées, analysons le fonctionnement du système de traitement.

Comment fonctionnent les systèmes de traitement aérobie des eaux usées ?

Un système de traitement biologique des eaux usées peut être constitué de plusieurs procédures et d’une grande variété de micro-organismes, en fonction de la composition chimique des eaux usées et des besoins en effluents.

De plus, ils auront besoin de systèmes d’exploitation spécifiques qui changeront en fonction de l’environnement requis pour maintenir des taux de croissance de la biomasse idéaux pour des populations microbiennes particulières.

Par exemple, il est souvent nécessaire de surveiller et de modifier l’aération pour maintenir un niveau constant d’oxygène dissous et permettre aux bactéries du système de se multiplier au rythme approprié pour respecter les normes de rejet.

En plus de l’oxygène dissous, les systèmes biologiques doivent souvent être équilibrés en termes de débit, de charge, de pH, de température et de nutriments.

Maintenant que nous comprenons leur fonctionnement, découvrons les types de systèmes de traitement aérobie des eaux usées.

Types de systèmes de traitement aérobie des eaux usées

Boues activées conventionnelles

Les eaux usées issues de la phase de traitement primaire pénètrent dans un bassin d'aération, où se déroulent les processus de boues activées.

Après aération, la matière organique est décomposée et dévorée par des micro-organismes aérobies en suspension (flottant librement), ce qui produit des solides biologiques qui floculent en amas ou flocs plus gros.

Les eaux usées sont séparées des flocs en suspension par sédimentation après leur entrée dans un décanteur ou un clarificateur.

La biomasse développée est contrôlée par le recyclage des boues activées dans le bassin d'aération, tandis que les solides supplémentaires sont éliminés sous forme de boues.

Les systèmes de traitement des boues activées nécessitent souvent plus d’espace et produisent d’énormes quantités de boues, ce qui entraîne des frais d’élimination.

Néanmoins, leurs coûts d’investissement et de maintenance sont relativement modestes par rapport aux solutions alternatives.

Bioréacteur à membrane (MBR)

Les MBR sont des technologies de pointe en matière de traitement biologique des eaux usées qui combinent les boues activées par croissance en suspension conventionnelles avec la filtration membranaire, plutôt que la sédimentation, pour séparer et recycler les solides en suspension.

Un MBR typique peut être constitué de réservoirs de traitement aérobie (ou anaérobie dans un système anaérobie), d'un système d'aération, de mélangeurs, d'un réservoir à membrane, d'un système de nettoyage en place et d'une membrane d'ultrafiltration à fibres creuses ou à feuille plate.

En raison de leurs nombreuses pièces et de leurs nombreux processus de nettoyage, ils sont connus pour leurs coûts d’investissement, d’exploitation et de maintenance élevés.

Bioréacteurs à lit mobile (MBBR)

Les MBBR sont généralement constitués de réservoirs d'aération remplis de minuscules supports de biofilm en polyéthylène mobiles, maintenus dans le réservoir par des tamis de rétention du média.

Grâce aux supports de biofilms en suspension, les MBBR permettent de traiter les eaux usées à DBO élevée dans une zone plus petite sans blocage.

Les clarificateurs secondaires sont généralement utilisés après les MBBR, mais aucune boue n'est recyclée dans le processus.

Les boues excédentaires se déposent et sont collectées sous forme de boue et évacuées sous forme de déchets solides, ou la boue est évacuée par un camion aspirateur.

Après avoir compris les trois processus impliqués dans les systèmes aérobies de traitement des eaux usées, connaissez-vous les avantages d’installer ce système dans votre station d’épuration des eaux usées ?

Avantages des systèmes de traitement aérobie des eaux usées

Le traitement aérobie nécessite l’apport d’oxygène pour maintenir les micro-organismes aérobies.

Par rapport au traitement anaérobie, l'aération présente les avantages d'une réduction des odeurs, de la nitrification de l'ammoniac en nitrate (réduisant potentiellement les émissions d'ammoniac), d'une forme d'azote facilement disponible pour les cultures mais également d'une plus grande sensibilité au lessivage et d'une réduction des gaz à effet de serre, principalement du méthane.

Il s’agit d’un processus fiable, simple et efficace qui contribue à améliorer la qualité des eaux usées, les rendant ainsi aptes à être utilisées.

Les boues obtenues sont inodores et peuvent être réutilisées comme engrais organiques dans l’industrie agricole.

Cependant, il arrive parfois que ces systèmes ne fonctionnent pas correctement si les microbes ne parviennent pas à traiter les effluents des eaux usées.

Pour surmonter ces problèmes, nous avons mené des années de recherche et formulé des solutions qui peuvent améliorer le fonctionnement global de la station d’épuration des eaux usées sans apporter de modifications majeures au système existant.

La souche microbienne contribue à réduire les niveaux élevés de DCO/DBO, à réduire les volumes de boues, à réduire les niveaux élevés de MES et à améliorer l'efficacité de la station d'épuration.

Cette technologie a permis de traiter plus de 10 milliards de litres d’eaux usées dans le monde.

Nous continuons d'aider des industries comme la chimie, les produits laitiers, la pharmacie, la teinture, le textile et autres à traiter leurs effluents grâce à la technologie appropriée.

Vous souhaitez en savoir plus sur la technologie aérobie et anaérobie et son importance dans l’industrie des eaux usées ?

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Foire Aux Questions (FAQ)

Qu'est-ce qu'un traitement aérobie ?

Le traitement aérobie est un procédé biologique de traitement des eaux usées qui utilise des micro-organismes aérobies pour décomposer les polluants organiques, l'azote et le phosphore. Des surpresseurs ou des compresseurs d'air assurent l'oxygénation et le brassage de l'effluent. Ce traitement, qui fait partie de la phase de traitement secondaire, génère moins d'odeurs que le traitement anaérobie et produit des boues valorisables comme engrais.