Traitement biologique

Traitement biologique

 

Nous allons maintenant décrire comment se déroule le traitement biologique basé sur les boues activées. Ce traitement permet une réduction des polluants carbonés, azotés et phosphatés par l’intermédiaire de bactérie. Ce sont ces bactéries qui vont ensuite s’agréger pour former des flocs ; flocs dans lesquels les réactions précédemment décrites vont se réaliser. Les flocs vont ainsi constituer la biomasse notée $X$ au sein des divers réacteurs.

Comme nous l’avons précédemment expliqué, nous avons choisi de réaliser dans deux bassins différents les étapes d’aérobie et d’anoxie. Ainsi un dimensionnement des traitements relatifs à la réduction de la pollution carbonée et azotée sera réalisé. Ce choix de configuration s’est fait selon nos connaissances mais également en appuie avec madame Gwenaëlle Fleury, ingénieur d’affaire au sein du groupe Artelia.

Concernant l’élimination du phosphore, elle se réalisera au niveau du bassin anoxie lors de l’arrêt momentané de l’apport de nitrate par recirculation.  En effet, cette élimination doit être réalisée en zone anaérobiose c'est-à-dire en l’absence d’oxygène ou de tout autre élément accepteur d’électron (comme les nitrates en zone anoxie). Toutefois, le phosphore ne sera pas considéré au niveau de notre dimensionnement.

Notre traitement biologique à boues activées, se compose donc de deux bassins reliés entre eux par diverses recirculations. Le bassin anoxie se situe en tête de traitement suivi ensuite du bassin aérobie. Cette configuration permet d’obtenir, en entrée de zone anoxie, une concentration en polluant organique, provenant des eaux usées, optimale pour la réaction de dénitrification. De plus, une fois la réaction de dénitrification lancée, une économie d’apport d’oxygène au sein du bassin aérobie pourra être réalisée par formation d’oxygène.

Le bassin aérobie permet, à la fois, la décomposition de la pollution carbonée et la nitrification. Dans le premier cas, ce sont les bactéries hétérotrophes qui sont responsables de la transformation de la pollution carbonée tandis que dans le second cas les bactéries autotrophes permettent une oxydation de l’azote ammoniacal en nitrate. Ces deux transformations se réalisent par le biais d’une insufflation d’air au niveau du bassin.

La réaction de nitrification se réalise en deux étapes. Une première qui conduit à l’oxydation de l’azote ammoniacal NH4+ en nitrite NO2- en présence d’oxygène. Une seconde qui permet de transformer les nitrites en nitrates.

NH4+ + $\frac{3}{2}$ O2 → 2 H+ + H2O + NO2-

NO2- + $\frac{1}{2}$ O2 → NO3-

Ainsi il y a autant de nitrate formé que d’azote ammoniacal NH4+ consommé.

Au niveau du bassin aérobie, un mélange de bactérie autotrophe et hétérotrophe est donc présent. Toutefois, ce sont les bactéries hétérotrophes qui sont considérés comme les bactéries ayant une cinétique de réaction la plus rapide. Les bactéries autotrophes présentent, quant à elle, un taux de croissance faible nécessitant un âge de boue élevé ; cet âge traduisant le temps de maintien global des bactéries au sein du système. Ainsi, l’âge de boue de ce bassin va être fixé par l’intermédiaire des bactéries nitrifiantes.

Les bactéries autotrophes sont très sensibles à la température. Les conditions optimales de nitrification se réalisent à 30°C. Dans le cas des bactéries impliquées pour la dénitrification, une large plage de température allant de 0 à 70°C est acceptée.

Concernant les recirculations, il en existe deux. Une première allant de la fin de la zone aérobie à la zone anoxie. Cette recirculation de « liqueur mixte de boue » permet, comme expliqué précédemment, aux nitrates formés d’être traités en zone anoxie. Une seconde recirculation, au niveau du clarificateur, conduit la biomasse en entrée de traitement de façon à maintenir celle-ci constante au sein des deux bassins.

La dernière zone anoxie, dépourvue en oxygène, sera donc présente de façon à éliminer ces nitrates et former de l’azote gazeux N2. Cette élimination se réalisera par l’intermédiaire des bactéries hétérotrophes et de pollution carbonée, pollution provenant principalement des eaux usées arrivant en station.

2 NO3- + 2 H+ → N2 + $\frac{5}{2}$ O2 + H2O

Une partie de la dénitrification se réalise également au niveau du bassin aérobie. En effet, pendant les périodes de non aération, une consommation partielle des nitrates formés est réalisée. C'est ce que l'on appelle la dénitrification endogène.