Traitement primaire : Bioréacteur à membrane

 

Traitement primaire : Bioréacteur

à membrane

 


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Comme nous l'avons vu dans le principe (ici), la technologie du BRM est basée sur le réacteur à boues activées, auquel on ajoute une séparation membranaire. Notre dimensionnement va donc se baser sur les mêmes grandeurs et équations que pour une boue activée classique.

 

1 - Réacteur

Afin de mener à bien ce dimensionnement, il nous faut connaître un certain nombre de paramètres du système, notamment les entrées. Voici ci-dessous les grandeurs nécessaires :

- Débit d'entrée Q (m3/j)

- Concentration en polluants en entrée Se, exprimée en Demande Chimique en Oxygène (mgDCO/L)

- Concentration en biomasse dans le réacteur (gMES/L)

- Age de boues Tb au sein du réacteur (en jours)

- Caractéristiques de la biomasse : constante de décès kd (j-1) et conversion Yh (gMVS/gDCO)

- Taux d'abattement visé (et donc concentration en sortie S à atteindre)

 

Grâce aux données sur la biomasse, nous pouvons calculer le rendement de production de boues observé (en gMVS/gDCO) :

Yobs = Yh/(1+kd*Tb)

Ainsi que la charge massique dans le réacteur (en gDCO/gMVS/j) :

Cm = (kd+Tb-1)/Yh

 

Cette dernière grandeur permet d'accéder à la masse de biomasse nécessaire dans le BRM :

M = Q*(Se-S)/Cm (en gMVS)

M' = VX = M/0,8 (en gMES)

considérant que la part de Matières Volatiles parmi les Matières En Suspension est de 80%.

 

Ayant fixé une concentration en biomasse dans le BRM, on obtient finalement le volume :

V = VX/X (en L ou m3)

 

Grâce à la valeur du volume, on peut déterminer les caractéristiques de notre BRM :

- le temps de séjour :    t = V/Q (exprimé en h)

- le débit de purge à assurer :    Qp = V/Tb (en L/j)

- la quantité d'oxygène nécessaire (en kg/j)  :  Q (O2) = Q*(Se-S) - Qp*X*0,8*1,44

                                                                          soit Q (air) = (Q (O2)/0,21)*(29/32)

en considérant une DCO de 1,44 g/gMVS et une part d'O2 dans l'air de 21% en volume (donc en moles), 29 et 32 étant les masses molaires aproximatives de l'air et du dioxygène (en g/mol).

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2 - Modules membranaires

Intéressons nous maintenant à la partie membranaire de notre BRM.

Généralement, les membranes utilisées dans ce type de procédé relèvent de la microfiltration (MF) ou de l'ultrafiltration (UF). Comme nous effectuons par la suite une seconde séparation membranaire par nanofiltration (NF), nous avons sélectionné pour notre BRM une technologie de membrane MF. Les grandeurs nécessaires sont celles correspondant à la membrane Polymem MF 100L :

- flux J = 990 L/h/bar

- surface utile S = 4,5 m²

- diamètre 75 mm, longueur 550 mm

- diamètre de pores moyen dp = 0,20 µm

 

Par analogie avec l'existant (procédé Biosep de Veolia par ex.), nous avons choisi de fixer les paramètres suivants pour le fonctionnement du BRM, correspondant à un rétrolavage bref toutes les heures :

- Filtration :  tf = 1 h et Pf = 0,3 bar

- Rétrolavage : trl = 30 s et Prl = 2 bars

 

Avec ces données, nous pouvons calculer le débit brut et le débit net observé par module de filtration (en L/h) :

Qm,brut = J*Pf   

Qm,net = (Qm,brut*tf - J*Prl*trl) / (tf+trl

 

En passant ce débit net Qm,net en m3/j et en le comparant au débit Q passant dans le BRM, on déduit finalement le nombre de modules membranaires nécessaire.

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