Qu'est-ce que le traitement biologique des eaux usées ?
Le traitement biologique des eaux usées est un process qui élimine les impuretés organiques des eaux usées. Ce traitement secondaire intervient après les process mécaniques ou chimiques d'élimination des substances solides, et matières en suspension dans l'eau.
Il existe deux principaux types de process de traitement biologique des eaux usées :
- Aérobie
- Anaérobie
Contrairement au traitement anaérobie, le traitement aérobie des eaux usées nécessite l'utilisation d'oxygène. . Ces deux process utilisent des organismes naturels, tels que les bactéries, pour décomposer davantage les déchets organiques qui restent dans l'eau.
Pour en savoir plus sur le traitement des eaux usées, les systèmes aérobie et anaérobie et plus encore, consultez les informations ci-dessous :
Fonctionnement du process de traitement des eaux usées municipales
Le traitement des eaux usées municipales implique généralement un processus en trois étapes pour éliminer les contaminants afin que les eaux puissent être recyclées, réutilisées ou rejetées dans le milieu naturel.
Les trois étapes clés du traitement des eaux usées sont les suivantes :
- Traitement primaire
Le traitement primaire permet d'éliminer les solides. Cette étape s'effectue généralement dans un grand réservoir de rétention où les solides les plus lourds se déposent au fond et les solides les plus légers flottent. Les solides en suspension sont collectés mécaniquement et le liquide est envoyé à l'étape suivante du process.
- Traitement secondaire
Cette étape est parfois appelée traitement biologique des eaux usées, car elle implique l'utilisation de bactéries, de micro-organismes et d'autres agents biologiques pour décomposer les contaminants biodégradables jusqu'à des niveaux sûrs permettant à l'eau d'être libérée ou réutilisée.
- Traitement tertiaire
Cette troisième étape englobe tout traitement supplémentaire qui pourrait être nécessaire pour éliminer les polluants tels que les métaux lourds et les composés chimiques que les méthodes de traitement biologique ne peuvent pas éliminer.
Facteurs à prendre en compte lors du choix d'une méthode de traitement secondaire des eaux usées
En ce qui concerne le traitement secondaire des eaux usées, plusieurs éléments doivent être pris en compte lors du choix de la méthode à utiliser. Comme indiqué ci-dessus, il existe deux types de méthodes secondaires : la méthode aérobie et la méthode anaérobie.
La méthode choisie dépend de divers facteurs, notamment :
Traitement aérobie
En général, le traitement aérobie, qui nécessite de l'oxygène, est le meilleur choix pour les flux d'eaux usées avec une DBO plus faible ou une concentration de contaminants plus faible.
Traitement anaérobie
Le traitement anaérobie est utilisé pour les flux avec une concentration plus élevée d'impuretés et pour les flux d'eaux usées chaudes.
Fonctionnement des systèmes aérobies de traitement des eaux usées
Dans le traitement aérobie des eaux usées, celles-ci passent de la source de traitement primaire dans des réservoirs ou des bassins, où elles sont en contact avec des substances biologiques, telles que des bactéries, qui ont besoin d'oxygène pour décomposer les déchets.
Dans une configuration de réservoir, de l'air est pompé dans le réservoir pour ajouter de l'oxygène à l'eau et faciliter les processus biologiques des bactéries. Cependant, dans une configuration d'étang en plein air, la surface de l'étang est suffisamment étendue pour que le pompage d'oxygène supplémentaire ne soit pas nécessaire.
Ce traitement aérobie des eaux usées aboutit à la production de boues activées, des eaux usées aérées contenant des microorganismes aérobies développés dans des conditions contrôlées.
Lorsqu'elles sont ajoutées aux eaux usées brutes, les boues activées oxydent les solides organiques et séparent les solides qui se sont dissous dans le mélange d'eaux usées, facilitant la filtration.
Utilisation d'oxygène dans les traitements aérobies et anaérobies des eaux usées
Les traitements aérobies et anaérobies des eaux usées sont des procédés similaires d'élimination des contaminants dans les eaux usées, mais il existe des différences clés dans les systèmes qui sous-tendent ces deux types de traitement biologique des eaux usées.
En raison de la nécessité de présence d'oxygène dans le processus de digestion aérobie, l'investissement initial dans la construction d'un tel système peut être plus élevé. Un système de traitement aérobie des eaux usées doit être doté de grands bassins peu profonds qui permettent aux bactéries présentes dans l'eau d'entrer en contact avec l'air, ou de réservoirs qui introduisent de l'oxygène dans l'eau grâce à des pompes d'aération.
En revanche, le processus de digestion anaérobie ne nécessite aucune introduction d'oxygène, ce qui signifie qu'il peut être effectué dans des réservoirs fermés. Par conséquent, il peut s'avérer plus économique à mettre en place qu'un système aérobie, mais il s'agit également d'un processus plus lent. En outre, le traitement anaérobie peut produire du biogaz, généralement du méthane, qui peut être utilisé de diverses manières, notamment pour le carburant des véhicules ou la production d'électricité.
Principales différences : traitements aérobies et anaérobies des eaux usées
Les traitements aérobies et anaérobies des eaux usées sont des procédés similaires d'élimination des contaminants dans les eaux usées, mais il existe des différences clés dans les systèmes qui sous-tendent ces deux types de traitement biologique des eaux usées.
En raison de la nécessité de présence d'oxygène dans le process de digestion aérobie, l'investissement initial dans la construction d'un tel système peut être plus élevé. Un système de traitement aérobie des eaux usées doit être doté de grands bassins peu profonds qui permettent aux bactéries présentes dans l'eau d'entrer en contact avec l'air, ou de réservoirs qui introduisent de l'oxygène dans l'eau grâce à des pompes d'aération.
En revanche, le processus de digestion anaérobie ne nécessite aucune introduction d'oxygène, ce qui signifie qu'il peut être effectué dans des réservoirs fermés. Par conséquent, il peut s'avérer plus économique à mettre en place qu'un système aérobie, mais il s'agit également d'un processus plus lent. En outre, le traitement anaérobie peut produire du biogaz, généralement du méthane, qui peut être utilisé de diverses manières, notamment pour le carburant des véhicules ou la production d'électricité.
Traitement aérobie
- Exigences :
nécessite de l'oxygène pour que le processus biologique fonctionne.
- Efficacité énergétique :
nécessite de l'énergie pour introduire de l'oxygène dans le processus.
- Convient à; :
eaux usées de concentration faible à moyenne (moins de 1 000 ppm), par exemple eaux usées municipales et eaux usées des raffineries.
- Production :
quantités relativement importantes de boues activées ; pas de biogaz.
- Equipements et technologies utilisés :
filtres à ruissellement, réacteurs biologiques rotatifs, bassins d'oxydation.
Traitement anaérobie
- Exigences :
utilise un processus biologique qui ne nécessite pas d'oxygène.
- Efficacité énergétique :
ne nécessite pas l'ajout d'oxygène dans les réservoirs de rétention, ce qui se traduit par une efficacité énergétique supérieure à celle des traitements aérobies.
- Convient à :
eaux usées de concentration moyenne à élevée (supérieure à 4 000 ppm), par exemple, eaux usées de l'industrie agroalimentaire.
- Production :
biogaz (méthane et dioxyde de carbone) ; quantités relativement faibles de boues activées.
- Equipements et technologies utilisés :
lagons anaérobies, fosses septiques, digesteurs anaérobies, réacteurs à cuve agités en continu, couvertures de boues anaérobies à flux ascendant.
Pourquoi des mesures exactes sont essentielles dans le traitement biologique des eaux usées
La gestion d'un système de traitement biologique des eaux usées exige des mesures exactes pour maintenir un système efficace fonctionnant correctement.
Un certain nombre de détails doivent être pris en compte pour assurer le bon fonctionnement d'un système de traitement et aucun ne peut être négligé si l'objectif est de disposer d'un système efficace sans perte d'argent ou d'énergie.
Oxygène dissous et eaux usées
Parmi ces détails figurent l'oxygène dissous (OD) ainsi que la quantité et la fréquence de réapprovisionnement nécessaires lorsque l'eau quitte une installation de traitement. Les niveaux d'oxygène dissous doivent être suivis précisément afin que l'installation de traitement reste en conformité avec les normes de rejet réglementaires et pour protéger l'environnement.
L'énergie requise pour le maintien d'un système de traitement aérobie constitue un autre domaine où une surveillance précise est importante. L'alimentation du système d'aération dans un processus de traitement aérobie peut représenter jusqu'à 70 % des coûts énergétiques d'une station de traitement des eaux usées. Les stations aérées en permanence peuvent également maintenir un niveau d'oxygène dissous plus élevé que nécessaire, ce qui entraîne un cout et une consommation d'énergie.
Suivi de l'oxygène dissous
Un suivi minutieux de l'oxygène dissous augmente l'efficacité des bassins d'aération et la prise de mesures en ligne de l'oxygène dissous peut aider une installation à ajuster l'aération pour qu'elle corresponde à la quantité d'oxygène dissous requise par la charge organique.
La mesure et l'ajustement continus d'oxygène dissous garantissent que les micro-organismes ont suffisamment d'oxygène pour consommer des matières organiques tout en permettant à l'installation d'économiser de l'énergie en réduisant l'aération lorsque cela est possible. Ces mesures empêchent également la suraération, ce qui a un impact sur les processus en aval.
