Traitement aérobie et anaérobie des eaux usées

Le traitement conventionnel des eaux usées aux États-Unis comprend trois étapes distinctes : primaire, secondaire et tertiaire.

Le traitement conventionnel des eaux usées aux États-Unis comprend trois étapes distinctes : primaire, secondaire et tertiaire.

- Le traitement primaire consiste à éliminer les solides par sédimentation ou flottation.

- Le traitement secondaire consiste à éliminer la matière organique par décomposition microbienne.

- Enfin, le traitement tertiaire désigne tout traitement supplémentaire que les eaux usées peuvent devoir subir si elles sont réutilisées, recyclées ou rejetées dans l’environnement.

Après sa sortie du traitement primaire, l’effluent primaire est introduit dans un bioréacteur spécialement conçu, où la matière organique est utilisée par des micro-organismes tels que des bactéries, des algues ou des champignons, pour un traitement des eaux usées aérobie ou anaérobie.

Le choix du traitement secondaire peut dépendre de plusieurs facteurs, comme la nature des eaux usées, la demande chimique et biologique en oxygène (DCO & DBO), les besoins en énergie, la durée du traitement, l’investissement, les coûts d’exploitation et de maintenance, la production de boues, l’encombrement, la qualité d’effluent souhaitée et la concentration microbienne. Une configuration optimale combinerait, le plus souvent, ces deux technologies.

Le traitement aérobie est généralement appliqué pour traiter efficacement des eaux usées de faible charge (DCO <1000 mg/L) lorsque le traitement exige la présence d’oxygène. Le traitement anaérobie, en revanche, est généralement appliqué pour traiter des eaux usées à plus forte charge organique (DCO >4000 mg/L).

Débit massique dans les procédés aérobies/anaérobies

Le traitement aérobie utilise l’oxygène et la biomasse bactérienne pour assimiler la matière organique et d’autres polluants comme l’azote et le phosphore en dioxyde de carbone, en eau et en autre biomasse. Le traitement anaérobie, comme son nom l’indique, décompose les impuretés organiques en l’absence d’oxygène pour produire du méthane, du dioxyde de carbone et d’autre biomasse. Les régulateurs et débitmètres de débit massique sont essentiels pour obtenir des débits d’air et d’oxygène rapides, précis et stables dans un procédé aérobie. Les débitmètres massiques peuvent servir à surveiller des débits de méthane et de dioxyde de carbone rapides, précis et stables dans un procédé anaérobie.

Avantages et inconvénients des procédés aérobies et anaérobies

Le traitement aérobie présente certains avantages distincts par rapport au procédé de traitement anaérobie. Parmi eux : des odeurs réduites (du fait de l’absence de production de sulfure d’hydrogène ou de méthane) et une meilleure efficacité d’élimination des nutriments (facilitant le rejet direct dans les eaux de surface ou la désinfection). Le traitement aérobie présente toutefois plusieurs inconvénients. L’oxygénation est un procédé énergivore qui augmente fortement la consommation d’énergie globale ainsi que les coûts des utilités et de maintenance de ce procédé. Les déchets solides que les microbes ne peuvent pas digérer se déposent souvent sous forme de biosolides. Ces biosolides nécessitent une élimination appropriée, ce qui ajoute aux coûts des utilités et de maintenance.

Les procédés de traitement anaérobie des eaux usées, en revanche, présentent de nombreux avantages par rapport aux procédés aérobies. Le biogaz produit lors d’un traitement anaérobie peut servir de source d’énergie renouvelable (gaz naturel/méthane). Il produit aussi très peu de boues, déshydratables et entièrement stabilisées en vue de leur élimination. Cela le rend moins coûteux, simple et flexible par rapport à la plupart des procédés de traitement aérobie.

Comme ces deux méthodes ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients, on emploie souvent une combinaison de procédés de traitement anaérobie et aérobie pour traiter efficacement les eaux usées. Les eaux usées qui entrent dans le réacteur aérobie subissent souvent un prétraitement dans un réacteur anaérobie afin de satisfaire aux exigences normalisées de rejet des eaux usées de façon économe en énergie et rentable.

Principales différences entre les procédés aérobies et anaérobies

Traitement aérobie Traitement anaérobie Application Eaux usées de charge faible à moyenne (moins de 1000 ppm) p. ex. eaux usées urbaines, eaux usées de raffinerie, etc. Eaux usées de charge moyenne à élevée (plus de 4000 ppm) p. ex. eaux usées de l’industrie agroalimentaire Traitement aérobie Traitement anaérobie Investissement Relativement élevé Relativement faible avec retour sur investissement* Traitement aérobie Traitement anaérobie Consommation d’énergie Relativement élevée Relativement faible Traitement aérobie Traitement anaérobie Empreinte au sol Relativement grande Relativement petite et compacte Traitement aérobie Traitement anaérobie Production nette de boues Relativement élevée Relativement faible Traitement aérobie Traitement anaérobie Post-traitement Rejet direct habituel Nécessaire pour satisfaire aux exigences normalisées de rejet des eaux usées Traitement aérobie Traitement anaérobie Technologies types Procédé à boues activées (ASP), lit bactérien et contacteur biologique rotatif (RBC) Digesteurs anaérobies (AD), réacteurs à cuve agitée en continu (CSTR), réacteurs séquentiels discontinus (SBR), réacteurs anaérobies à lit de boues à flux ascendant (UASB) *Le CH4 généré peut servir à produire de l’énergie

Conclusion

Au cours des dernières décennies, l’utilisation de bioréacteurs dans le traitement des eaux usées est passée d’une technologie nouvelle et exotique à un procédé standard. Une stratégie clé pour l’optimisation de ces systèmes consiste à mesurer les gaz en entrée et/ou en sortie afin de comprendre et de maîtriser efficacement le procédé. L’usage précis des procédés de traitement aérobie ou anaérobie des eaux usées dépend de facteurs propres à chaque installation, et la mesure du débit massique est essentielle pour comprendre comment utiliser au mieux les outils disponibles afin d’obtenir un régime de traitement optimal. En savoir plus : les Alicats pour la surveillance & la recherche environnementales $