Traitement anaérobie des eaux usées

La purification anaérobie est un processus anaérobie (en l’absence d’oxygène) en deux étapes de transformation biochimique de la pollution organique des eaux usées en méthane et en dioxyde de carbone. Initialement, sous l'action de bactéries, les substances organiques sont fermentées en acides organiques simples (phase acide), et dans la seconde étape, ces acides servent déjà de source de nutrition pour les bactéries formant du méthane (phase alcaline).

La réaction principale de la formation de méthane:

où est H2A - matière organique contenant H2.

Le méthane peut se former à la suite de la dégradation de l'acide acétique:

Dans certaines conditions, l’ammoniac peut également être le produit final.

Les bactéries méthane sont très sensibles aux fluctuations des facteurs externes. Cette circonstance entraîne moins de souplesse et de stabilité du processus anaérobie que le procédé aérobie et nécessite un contrôle strict et un ajustement strict des paramètres d'entrée de l'effluent. Les éléments suivants sont considérés comme optimaux dans l’appareil: température 30-35 0 С, pH 6,8-7,2, potentiel RV du milieu-0,25.

Le traitement anaérobie peut suffire à concentrer les eaux usées de DBO5 pas moins de 500-1000 g / m 3. Les appareils anaérobies sont plus complexes dans la construction que les réservoirs aérodynamiques et plus coûteux dans la construction.

Habituellement, les équipements anaérobies sont utilisés pour la fermentation des sédiments de bassins de sédimentation primaires et des boues activées en excès de systèmes biochimiques aérobies pour le traitement des eaux usées domestiques et de leurs mélanges avec des déchets industriels.

Le degré de décomposition des composés organiques est compris entre 40 et 50%.

Des systèmes de purification à une et à deux étapes et différents types de réacteurs sont proposés et utilisés.

Dans un système à deux étages (fig.), La première structure est une biostation à flux continu et continu avec un mélange complet, la seconde structure peut être utilisée pour séparer et concentrer les solides (fosses septiques, centrifugeuses, etc. pouvant également remplir cette fonction).

Fig. Système de décomposition anaérobie en deux étapes (a): 1 - entrée des déchets;

2 - sortie de gaz; 3 - mélange de boues; 4 - ruissellement liquide; 5 - suspension; 6 - retour des boues;

7 - appareil pour mélanger; 8 - buse (substrat)

Dans de tels systèmes, il est possible de retourner (recirculer) une partie du sédiment du deuxième étage au premier afin d'augmenter la dose de microorganismes biologiquement actifs dans celui-ci et d'intensifier le processus. Toutefois, l’utilisation des fosses septiques classiques dans la deuxième étape n’est possible que dans la condition d’un dégazage préalable du flux de la première étape, car le dégagement de gaz empêche la sédimentation. Par conséquent, les systèmes à deux étapes sont principalement utilisés pour la séparation partielle de deux étapes du traitement anaérobie: la production d’acides organiques volatils et la fermentation du méthane.

L'appareil anaérobie est principalement utilisé par les digesteurs - des structures qui fonctionnent sur le principe d'un réacteur avec un mélange complet.

Fig. Méthodanque: 1 - bouchon de réservoir pour recueillir le gaz; 2 - gazoduc à partir du bouchon de gaz; Agitateur à 3 hélices; 4 - pipeline de chargement (boues brutes et boues activées, par exemple); 5 - les conduites d’élimination des boues ou de rejet de sédiments fermentés à différents niveaux; 6 - injecteur de vapeur pour chauffer le contenu du digesteur et le mélanger; 7 - déchargement par pipeline d'une suspension de produits de fermentation en phase solide (par exemple, des boues fermentées); 8 - tuyau de circulation; 9 - pipeline pour vider le digesteur

Distinguer les digesteurs de types ouverts et fermés (le dernier - avec un sol dur ou flottant).

Dans une structure avec un chevauchement rigide fixe (fig.), Le niveau de la masse de fermentation est maintenu au-dessus de la base du col, car dans ce cas le miroir de masse est petit, l'intensité des gaz d'échappement est grande et aucune croûte n'est formée. Pour accélérer le processus, la masse est agitée et chauffée à 30-40 ° C (avec digestion mésophile) avec de la vapeur vive de faible intensité (0,2-0,46 MPa). La circulation principale dans le digesteur est réalisée par un agitateur à hélice.

Les digesteurs typiques ont un volume utile de 1 000 à 3 000 m 3. Classiquement, ce volume est divisé en quatre parties ayant différentes fonctions: le volume pour la formation d'une croûte flottante, le volume pour l'eau de boue, le volume pour la fermentation proprement dite, le volume pour le compactage et la stabilisation supplémentaire des sédiments pendant le stockage (jusqu'à 60 jours).

La dose quotidienne maximale possible de charge (en m 3 / jour pour 1 m 3 d'appareil) est déterminée par le fait qu'une augmentation de cette dose entraînera un excès de débit lors de la formation de cellules bactériennes actives sur leur croissance et qu'après un certain temps, le système ne contiendra plus suffisamment d'organismes actifs..

Inconvénients des systèmes anaérobies: faible taux de croissance des microbes, durée de séjour élevée des substances biologiquement actives dans les structures (2-6 jours.).

Avantages de la méthode: formation minimale de solides biologiquement actifs, production de produits utiles (gaz combustibles contenant 65% de méthane et 33% de dioxyde de carbone, boues fermentées).

Trois types de structures sont utilisées pour traiter et fermenter les boues brutes: 1) des fosses septiques (fosses septiques); 2) réservoirs de sédimentation superposés (Emscher); 3) digesteurs.

Menu principal

Bonjour Pratiquement tous les types d'eaux usées subissent une biorestauration. Pour ce type de filtration, des conditions spéciales sont créées dans lesquelles des micro-organismes spéciaux décomposent et traitent diverses substances organiques qui polluent l’eau.

Une des méthodes les plus populaires de ce traitement est le processus anaérobie, c'est-à-dire le nettoyage sans air. Ce nettoyage est effectué dans des fosses septiques spéciales appelées fosses septiques.

Le traitement anaérobie dans les fosses septiques est principalement utilisé pour éliminer les boues, les boues et autres contaminants des eaux usées, ainsi que pour traiter d'autres types de boues et de déchets solides. Les fosses septiques sont des réservoirs horizontaux horizontaux scellés, au fond desquels se forme un précipité, constitués de particules solides. Par la suite, il va pourrir et se décomposer avec des microorganismes anaérobies.

La tâche principale de la fosse septique est de séparer les particules solubles dans le liquide de celles insolubles et de décomposer la contamination par les bactéries anaérobies. L’avantage indiscutable du traitement anaérobie dans les fosses septiques est la faible formation de biomasse de divers microbes nocifs. Ce type de traitement anaérobie est plus raisonnable à utiliser à un niveau d'eau souterraine suffisamment bas.

Le nettoyage anaérobie dans les fosses septiques comprend deux étapes de fermentation des eaux usées. C'est la fermentation acide et alcaline.

La fermentation acide a lieu dans la fosse septique lors de son remplissage initial, lorsque les eaux usées ne sont pas contaminées par des boues fermentées. Cette étape est caractérisée par la formation de gaz odorants désagréables. L'élimination des boues s'accompagne de dépôts jaune-gris qui ne sèchent pas bien à l'air. Les boues flottent le plus souvent à la surface avec du gaz.
Les gaz libérés au cours du processus de fermentation acide remplacent l'oxygène et remplissent progressivement la fosse septique, ce qui permet à la bactérie anaérobie de se développer activement. Cela suggère que la deuxième étape de purification a commencé - la fermentation alcaline.

La fermentation alcaline est également appelée méthane, puisque le méthane est la principale source de production de gaz dans la fosse septique. Au cours de la fermentation alcaline, la formation de gaz fétides est absente. De plus, ce processus est caractérisé par un cycle assez rapide et le volume des boues diminue de manière significative. Dans le même temps, le limon a une couleur foncée et sèche rapidement à l'air.

Pour une décomposition plus complète des boues, des types spéciaux de souches de bactéries anaérobies sont utilisés. Cela permet la désintégration complète de tous les contaminants. De plus, lors de la fermentation anaérobie, la disparition de micro-organismes pathogènes se produit à un taux plus élevé, ce qui produit un précipité de qualité supérieure, utilisé activement en agriculture comme engrais organique.

Le volume des fosses septiques dépend directement de la quantité d'eau consommée. Par exemple, si la consommation d'eau est de 250 litres par jour, le volume minimal de la fosse septique devrait être égal à environ 3 mètres cubes. Traditionnellement, les fosses septiques sont constituées de pierres, de briques rouges ou d’anneaux en béton d’une épaisseur minimale de 12 cm. Et aujourd'hui, les conteneurs en plastique, en polyéthylène, en polypropylène et en fibres de verre composites sont de plus en plus populaires. Le matériau est sélectionné sur la base de toutes ses caractéristiques techniques: résistance mécanique à la pression, sensibilité à la corrosion, rigidité et résistance. La forme de la fosse septique peut être différente, mais la meilleure forme reste la circonférence, car les parois arrondies répartissent de manière plus uniforme la pression du sol.

Il convient également de noter que, malgré tous les avantages de la purification anaérobie, cette méthode présente toujours des inconvénients mineurs. Celles-ci incluent les faibles taux de fermentation et de recyclage, les dangers liés à la libération de méthane, une sensibilité particulière aux métaux lourds, ainsi que l'enrichissement des effluents en azote d'ammonium.

Il faut dire qu'aujourd'hui, un nettoyage sans nutriments est possible et que toutes les conditions ont été créées pour réduire le volume de déchets. La méthode anaérobie de purification de l’eau dans les fosses septiques est la plus productive et la plus prometteuse, car sa mise en œuvre nécessite un minimum d’équipement en fonctionnement et que l’élimination des déchets ne pose aucun problème. Cela donne des avantages économiques indéniables et des taux de nettoyage élevés.

Eaux usées

Au cours des dernières années, le thème de la protection de l'environnement est devenu plus urgent que jamais. L'une des questions importantes dans ce sujet est le traitement des eaux usées avant leur déversement dans des plans d'eau à proximité. Un moyen de résoudre ce problème peut être un traitement biologique des eaux usées. L’essence de cette purification est la décomposition de composés organiques à l’aide de microorganismes en produits finaux, à savoir l’eau, le dioxyde de carbone, la sulfatation des nitrites, etc.

Le traitement le plus complet des eaux usées industrielles contenant des substances organiques à l'état dissous est réalisé par une méthode biologique. Dans ce cas, les mêmes processus sont utilisés que dans la purification des eaux ménagères - aérobies et anaérobies.

Pour le nettoyage aérobie, on utilise des aérotanks de diverses modifications structurelles, des oxycats, des réservoirs de filtration, des réservoirs de flottation, des biodisques et des minerais biologiques.

Dans le procédé anaérobie pour eaux usées hautement concentrées utilisées comme première étape du traitement biologique, les digesteurs servent de structure principale.

Méthode aérobie sur la base de l'utilisation de groupes d'organismes aérobies dont la vie nécessite un débit constant d'O2 et une température de 20 à 40 C. Les microorganismes sont cultivés dans des boues activées ou des biofilms.

Les boues activées sont constituées d'organismes vivants et d'un substrat solide. Les organismes vivants sont représentés par des accumulations de bactéries, de protozoaires, de moisissures, de levures et, rarement, de larves d'insectes, de crustacés et d'algues. Le biofilm se développe sur les charges de biofiltre, il a l’apparence d’un encrassement muqueux d’une épaisseur de 1 à 3 mm et plus. Les processus de traitement aérobie des eaux usées vont aux installations appelées aérotanks.

Fig.1. Modèle de travail Aerotank

Modèle de travail Aerotank

1 - boues activées en circulation; 2 - excès de boues activées;

3 - station de pompage; 4 - décanteur secondaire;

5 - réservoir aérodynamique; 6 - clarificateur primaire

Les réservoirs Aero sont des réservoirs assez profonds (de 3 à 6 m) équipés de dispositifs d’aération. Ici vivent des colonies de micro-organismes (sur les structures floculantes des boues activées), qui fendent la matière organique. Après les bassins d’aération, l’eau épurée entre dans les fosses septiques, où se déposent les boues activées pour un retour partiel dans le bassin d’aération. De plus, dans de telles installations, des réservoirs spéciaux sont aménagés dans lesquels le limon «repose» (est régénéré).

Une caractéristique importante du fonctionnement de l'aérotank est la charge sur les boues actives N, définie comme le rapport entre la masse de contaminants entrant dans le réacteur par jour et la biomasse absolument sèche ou sans cendres des boues activées dans le réacteur. En fonction de la charge en boues activées, les systèmes de purification aérobie sont divisés en:

systèmes de traitement des eaux usées aérobies à forte charge avec N> 0,5 kg de DBO (indicateur de la consommation biochimique en oxygène) 5 par jour pour 1 kg de boue;

systèmes de traitement des eaux usées aérobies à charge moyenne à 0,2 18

Traitement anaérobie des eaux usées

Les entreprises chimiques consomment beaucoup d'eaux usées et déversent par la suite une grande quantité de liquides hautement contaminés. Ainsi, l’utilisation rationnelle intégrée des ressources en eau est aujourd’hui particulièrement difficile et constitue un problème technique, économique et technologique important. Une des méthodes de traitement anaérobie des eaux usées.

Pourquoi les eaux usées doivent-elles être nettoyées?

Les eaux usées contiennent diverses impuretés, particules colloïdales et grossières, substances minérales, organiques et biologiques. Pour que les eaux usées ne nuisent pas à l'environnement et ne polluent pas l'environnement, il est impératif de les nettoyer avant leur rejet, leur tâche principale étant la désinfection, la clarification, le dégazage, la distillation et l'adoucissement. Les eaux usées polluées par divers produits chimiques sont traitées de différentes manières. Les plus populaires d'entre eux sont mécaniques, chimiques, physico-chimiques et biologiques.

Qu'est-ce qu'un traitement biologique des eaux usées?

Le traitement biologique est effectué à l'aide de substances organiques. Cette technique repose sur la capacité des micro-organismes à utiliser les matières organiques dissoutes dans les eaux usées. La consommation organique se produit en présence et en l'absence d'oxygène.

Méthodes de traitement biologique

Méthodes de traitement biologique - aérobie et anaérobie. L'anaérobie est réalisée en l'absence de contact avec l'oxygène. En raison de son coût abordable et de son rendement élevé, cette technique est la plus largement demandée dans l'industrie moderne.

Méthodes de traitement aérobie des eaux usées: comment les eaux usées sont traitées dans des conditions aérobies

Le processus de désinfection des eaux usées polluées avec la participation de microorganismes aérobies se déroule dans des conditions d'accès continu à l'oxygène (c'est l'oxygène qui détermine l'activité vitale des substances organiques). Le processus de nettoyage lui-même a lieu dans un bioréacteur ou un réservoir d'aération (conteneur spécial en plastique, métal ou béton). Des tamis et des brosses se trouvent dans la cuve, à une faible distance du fond. Ils servent de base au placement de colonies de bactéries aérobies.

Pour assurer un accès constant à l'oxygène, des aérateurs, des tubes spéciaux troués, sont installés au fond des réservoirs. L'air qui les traverse sature les drains en oxygène et crée ainsi les conditions nécessaires à la vie et à la croissance des aérobies. Étant donné que les processus d'oxydation des substances organiques s'accompagnent d'un dégagement important d'énergie, la température de travail à l'intérieur du bassin d'aération peut augmenter considérablement.

Pour les systèmes normaux de ce type, un système électronique complexe est nécessaire. Il aide à maintenir les conditions nécessaires à l’activité vitale des bactéries aérobies.

Caractéristiques des processus de purification biologique de manière anaérobie

Le traitement anaérobie est principalement utilisé pour éliminer les boues, les boues et autres contaminants des eaux usées. Il est également utilisé pour traiter d'autres types de précipitations, les déchets solides. Les fosses septiques sont des réservoirs horizontaux enterrés sous terre, souterrains, au fond desquels se forme un précipité solide. Par la suite, il pourrit et se décompose. Ces processus se produisent précisément en raison des effets de microorganismes anaérobies.

La tâche principale de la fosse septique de la centrale anaérobie consiste à séparer les particules liquides solubles des matières insolubles et à décomposer les polluants par traitement avec des microorganismes anaérobies. L'avantage des systèmes de traitement des déchets anaérobies réside dans la faible biomasse de microorganismes nuisibles. Il est conseillé d’utiliser la méthode lorsque le niveau des eaux souterraines est faible.

Méthodes de traitement anaérobies. Traitement biologique anaérobie des eaux usées

Les procédés de purification de l'eau anaérobie ont lieu dans des digesteurs et des bioréacteurs (ces installations sont scellées). Matériaux pour la fabrication de conteneurs - métal, plastique, béton. Puisque l’oxygène n’est pas nécessaire à l’activité des micro-organismes, tous les processus de purification se déroulent sans dégagement d’énergie, et la température ne monte pas. Avec la décomposition des composants organiques présents dans l'eau, le nombre de colonies de bactéries reste pratiquement inchangé. Dans la mesure où un système complexe de contrôle des conditions environnementales n'est pas nécessaire dans ce cas, le coût de la méthode est relativement faible.

Le principal inconvénient du traitement anaérobie est la formation de méthane combustible résultant de l'activité des anaérobies. Par conséquent, les structures ne peuvent être installées que sur des surfaces planes et bien ventilées; des analyseurs de gaz doivent être installés le long de leur périmètre, puis connectés à un système d'alarme incendie. À propos, le nettoyage anaérobie sert dans la plupart des cas à desservir les maisons de campagne et les cottages à LOS.

Schéma de l'installation de traitement des eaux usées et itp de l'appareil (points de chauffage) des bâtiments

Le traitement anaérobie n’est pas un programme complet, mais une étape distincte d’un système complexe de nettoyage des eaux usées de divers contaminants. Le système de traitement de l’eau dans la station d’épuration est le suivant:

  1. Les effluents contenant des matières organiques et inorganiques, des grosses particules (cailloux, sable), des inclusions synthétiques tombent dans la première chambre (on parle de fosse septique). Dans le puisard, il y a un traitement mécanique des eaux usées sous l'influence de la gravité. Les principaux composants lourds se déposent au fond du réservoir.
  2. Après prétraitement, l'effluent entre déjà dans la deuxième chambre où il est saturé en oxygène. Les grandes inclusions organiques ici sont broyées en petites particules. Dans certaines installations de ces chambres, des sapins et des brosses en acier retiennent des composants non dégradables tels que le polyéthylène, les fibres synthétiques et autres matériaux pratiquement indestructibles.
  3. L'oxygène usé saturé d'eaux usées s'écoule dans le bioréacteur de la citerne, où la matière organique se décompose.
  4. Le nettoyage final par gravité est effectué dans la dernière chambre. Au bas de ce compartiment se trouve une colonne vertébrale en calcaire qui lie des éléments chimiquement actifs.

Un dispositif de filtrage séparé peut également être installé à la sortie de la station d'épuration. Il garantit le degré maximum de purification - jusqu'à 99%. Après le démarrage, les stations de traitement biologique fonctionnent de manière totalement autonome.

Tous les processus de transformation sont étroitement liés et se déroulent dans la capacité du bioréacteur anaérobie de la manière prescrite. Toute violation technologique conduit à l'échec de tous les processus. Par conséquent, la conception des usines de traitement des eaux usées devrait être aussi précise que possible - ainsi que leur adaptation aux eaux usées appropriées.

En fonction de la classe prédominante de substances organiques (masse d’eaux usées), la composition du biogaz change, ainsi que le pourcentage de méthane qu’il contient. Les glucides se décomposent facilement, mais ils donnent une plus petite proportion de méthane. Avec la décomposition des huiles et des graisses, une grande quantité de biogaz se forme avec une teneur importante en méthane. Les processus de décomposition se déroulent lentement. Les acides gras - dans ce cas, les sous-produits de la décomposition des huiles et des graisses - deviennent souvent un obstacle supplémentaire au déroulement normal du processus de décomposition.

Les structures les plus modernes et sophistiquées utilisées pour fermenter les sédiments sont les métathéniques. Grâce à leur utilisation, le temps de fermentation est considérablement réduit - après tout, le chauffage artificiel réduit considérablement le volume des installations. Aujourd'hui, les métathenki sont couramment utilisés dans les pratiques étrangères et nationales. Visuellement, ce sont des réservoirs - en béton armé, de forme cylindrique, à fond conique, à recouvrement hermétique. Au sommet du réservoir se trouve un capuchon pour collecter et éliminer les masses de gaz. Les Metatinki sont équipées d'un agitateur à hélice installé dans un tuyau cylindrique et alimenté par un moteur électrique, d'un échangeur de chaleur ayant la forme d'un système de tuyaux et de tuyaux de dérivation.

Pour le déchargement des masses fermentées, un dispositif spécial est utilisé - un dispositif avec un tuyau vertical, un tuyau de drainage et un dispositif de verrouillage. Un mélange de sédiments frais (bruts) qui se trouve dans les décanteurs primaires, ainsi que des boues activées (elles pénètrent dans le décanteur secondaire après le réservoir d'aération) est introduit dans le métatheng. La prochaine étape du flux de travail est la fermentation. Il est thermophile et mésophile (effectué à une température de 50-55 et 30-35 degrés Celsius). Dans la fermentation thermophile, les processus de décomposition se déroulent beaucoup plus rapidement, mais les sédiments déjà fermentés cèdent moins bien. Le mélange de gaz émis lors de la fermentation est composé de méthane et de dioxyde de carbone dans un rapport de 7 à 3.

Méthodes aérobies et anaérobies de traitement des eaux usées: avantages

Les principaux avantages des méthodes de traitement biologique des eaux usées:

  1. Prix ​​abordable - le coût de nettoyage d'un mètre cube de déchets à l'aide de la méthode chimique et mécanique est supérieur à celui de la méthode biologique.
  2. Facilité d'utilisation, fiabilité - immédiatement après le démarrage de la station de biopurification, celle-ci commence à fonctionner de manière totalement autonome. L'achat de consommables n'est pas requis.
  3. Respect de l'environnement - les eaux usées qui ont été nettoyées peuvent être déversées dans le sol en toute sécurité, sans craindre pour l'état de l'environnement. Après le fonctionnement de la station, il ne reste plus de réactifs qui doivent être éliminés correctement. Le limon qui se dépose au fond de la chambre est un excellent engrais.

Le degré de purification est de 99%, c'est-à-dire qu'il est théoriquement possible de boire de l'eau purifiée de manière biologique, mais dans la pratique, il est préférable de ne pas le faire. Les colonies bactériennes ayant la capacité de se reproduire, il suffit de les remplacer tous les cinq ans.

Traitement biologique naturel

Dans la nature, les processus biologiques de purification de l'eau ont lieu, mais cela prend des années. Si des effluents pollués pénètrent dans le sol, ils sont immédiatement absorbés dans le sol, où ils sont traités par des micro-organismes spéciaux. Lorsque le liquide pénètre dans le sol argileux, un biopond se forme - dans celui-ci, les eaux usées sont progressivement allégées sous l’influence du processus de gravité et des sédiments organiques se forment au fond. Mais ces processus prennent beaucoup de temps - et si la nature elle-même purifie l'eau de la pollution, la situation écologique se détériore rapidement.

Conclusion

La méthode anaérobie de traitement des eaux usées présente des avantages et des inconvénients. D'une part, lors du processus de nettoyage, une grande quantité de boues activées n'est pas formée - ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire de les éliminer. D'autre part, la méthode ne peut être appliquée qu'à de faibles concentrations du substrat. Environ 89% de l'énergie est dépensée pour la production de méthane, le taux de croissance de la biomasse est faible. L'efficacité de nettoyage de la méthode considérée est élevée, mais dans certains cas, l'effluent est encore purifié.

Purification biologique de l'eau: processus aérobies et anaérobies

Le traitement biologique implique la dégradation de la composante organique des eaux usées par des microorganismes (bactéries et protozoaires). A ce stade, la minéralisation des eaux usées se produit, l'élimination de l'azote organique et du phosphore, l'objectif principal étant de réduire la DBO5 (demande biochimique en oxygène pendant 5 jours, nécessaire à l'oxydation des composés organiques dans l'eau). Selon les normes en vigueur, la teneur en substances organiques de l’eau purifiée ne doit pas dépasser 10 mg / l.

Les organismes aérobies et anaérobies peuvent être utilisés en bioremédiation.

La dégradation des substances organiques par les microorganismes en conditions aérobies et anaérobies est réalisée avec différents bilans énergétiques de réactions totales. Considérez et comparez ces processus.

Avec la biooxydation aérobie du glucose, 59% de son énergie est dépensé pour la croissance de la biomasse et 41%, par la perte de chaleur. Cela est dû à la croissance active de microorganismes aérobies. Plus la concentration de substances organiques dans l'effluent traité est élevée, plus le chauffage est intense, plus le taux de croissance de la biomasse microbienne est élevé et plus l'accumulation de boues activées en excès.

C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + biomasse microbienne + chaleur

Avec la dégradation anaérobie du glucose avec la formation de méthane, seulement 8% de l'énergie est dépensée pour la croissance de la biomasse, 3% sont des pertes de chaleur et 89% sont convertis en méthane. Les microorganismes anaérobies se développent lentement et nécessitent une concentration élevée de substrat.

C6H12O6 -> 3CH4 + 3CO2 + biomasse microbienne + chaleur

La communauté microbienne aérobie est représentée par une variété de microorganismes, principalement des bactéries, qui oxydent différentes substances organiques dans la plupart des cas indépendamment les uns des autres, bien que l'oxydation de certaines substances soit réalisée par co-oxydation (cométabolisme). La communauté microbienne aérobie de systèmes à boues activées pour la purification aérobie de l'eau est représentée par une biodiversité exceptionnelle. Au cours des dernières années, la présence de bactéries appartenant aux genres Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium et Ibrahns est l’utilisation de nouvelles méthodes biologico-biologiques, notamment Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. On pense cependant que pas plus de 5% des microorganismes impliqués dans le traitement aérobie de l'eau ont été identifiés à ce jour.

Il convient de noter que de nombreuses bactéries aérobies sont des anaérobies facultatives. Ils peuvent croître en l'absence d'oxygène aux dépens d'autres accepteurs d'électrons (respiration anaérobie) ou de fermentation (phosphorylation du substrat). Les produits de leur activité sont le dioxyde de carbone, l'hydrogène, les acides organiques et les alcools.

La dégradation anaérobie des substances organiques au cours de la méthanogénèse est un processus à plusieurs étapes dans lequel au moins quatre groupes de micro-organismes doivent être impliqués: hydrolytiques, fermenteurs, acétogènes et méthanogènes. Dans la communauté anaérobie entre microorganismes, il existe des relations proches et complexes qui présentent des analogies dans les organismes multicellulaires, car, en raison de la spécificité des méthanogènes vis-à-vis du substrat, leur développement est impossible sans une relation trophique avec les bactéries des stades précédents. À son tour, le méthane archaea, utilisant des substances produites par les anaérobies primaires, détermine le taux de réaction de ces bactéries. Methane archaea des genres Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium et d’autres jouent un rôle clé dans la dégradation anaérobie de substances organiques en méthane. En l'absence ou en l'absence de décomposition anaérobie, se termine au stade de la fermentation acide et acétogène, ce qui entraîne l'accumulation d'acides gras volatils, principalement de l'huile, de l'acide propionique et de l'acide acétique, abaisse le pH et arrête le processus.

L'avantage du traitement aérobie est la vitesse élevée et l'utilisation de substances en faibles concentrations. Les inconvénients significatifs, en particulier dans le traitement des eaux usées concentrées, sont la consommation d'énergie élevée pour l'aération et les problèmes liés au traitement et à l'élimination de grandes quantités de boues en excès. Le procédé aérobie est utilisé dans le traitement des eaux usées domestiques, ainsi que dans certaines eaux usées industrielles et porcines dont la DCO n’est pas supérieure à 2000. Éliminer ces carences des technologies aérobies peut être un traitement préalable anaérobie des eaux usées concentrées par digestion du méthane, qui ne nécessite pas d’énergie d’aération et est même associé à la formation de précieux vecteur - méthane.

L'avantage du processus anaérobie est également une formation relativement mineure de biomasse microbienne. Les inconvénients comprennent l'impossibilité d'éliminer les polluants organiques en faibles concentrations. Mais pour le traitement en profondeur d'eaux usées concentrées, le traitement anaérobie doit être utilisé en association avec le stade aérobie subséquent (Fig. 1.).

Fig. 1. Comparaison des bilans matière et énergétique des méthodes de traitement des eaux usées aérobies et anaérobies

Le choix de la technologie et les caractéristiques du traitement des eaux usées sont déterminés par le contenu de leur pollution organique.

Traitement des eaux usées en conditions aérobies

Des méthodes aérobies et anaérobies de traitement biochimique des eaux usées sont connues. La méthode aérobie repose sur l’utilisation de groupes d’organismes aérobies, pour lesquels l’activité vitale nécessite un débit constant d’oxygène et une température de 20. 40 ° C. Pendant le traitement aérobie, les microorganismes sont cultivés dans des boues activées ou des biofilms. Le processus de traitement biologique a lieu dans des bassins d’aération, dans lesquels sont acheminées les eaux usées et les boues activées (fig. 13.1).

Fig. 13.1. Schéma d'installation pour le traitement biologique des eaux usées: 1 - clarificateur primaire; 2 - pré-aérateur; 3 - aerotank; 4 - régénérateur de boues activées; 5 - décanteur secondaire

Les boues activées sont constituées d'organismes vivants et d'un substrat solide. La communauté de tous les organismes vivants (accumulations de bactéries, protozoaires, vers, moisissures, levures, actinomycètes, algues) qui peuplent le limon est appelée biocénose.

Les boues activées sont un système colloïdal amphotère, ayant un pH 4 de 4,9. La matière sèche des boues activées contient 70, 90% de substances organiques et 30, 10% de substances inorganiques. Le substrat jusqu’à 40% de la boue activée est une partie dure et morte de résidus d’algues et de divers résidus solides; des organismes de boue activée y sont attachés. Dans les boues activées, il existe des microorganismes appartenant à divers groupes écologiques: aérobies et anaérobies, thermophiles et mésophiles, halophiles et halofobes.

La propriété la plus importante des boues activées est leur capacité à s’installer. L'état des boues est caractérisé par un indice de boue, qui correspond à un volume en millilitres occupé par 1 g de boue à l'état naturel après 30 minutes de sédimentation. Plus les boues se déposent, plus son indice de boues est élevé. Les boues avec un indice allant jusqu'à 120 ml / g se déposent bien, avec un indice de 120. 150 ml / g est satisfaisant, et si l'indice est supérieur à 150 ml / g, il est mauvais.

Le biofilm se développe sur une charge de biofiltre et présente l’apparence d’un encrassement muqueux d’une épaisseur de 1,3 mm et plus. Il se compose de bactéries, champignons, levures et autres organismes. Le nombre de micro-organismes dans le biofilm est inférieur à celui des boues activées.

Le mécanisme d'oxydation biologique en conditions aérobies par des bactéries hétérotrophes peut être représenté par le schéma suivant:

La réaction (13.1) symbolise l'oxydation de la pollution organique initiale des eaux usées et la formation de nouvelle biomasse. Dans les eaux usées traitées, des substances biologiquement oxydables restent, principalement à l'état dissous, car les substances colloïdales et non dissoutes sont éliminées des eaux usées par la méthode de sorption.

Le processus d'oxydation endogène de la substance cellulaire, qui se produit après l'utilisation d'une source d'alimentation externe, décrit la réaction (13.2).

Un exemple d'oxydation autotrophe peut être le processus de nitrification.

où C5H7NON2 - symbole de la composition de la matière organique produit des cellules de microorganismes.

Si le processus de dénitrification est réalisé avec de l'eau biologiquement purifiée, pratiquement dépourvue de substances organiques originales, de l'alcool méthylique relativement peu coûteux est utilisé comme alimentation en carbone. Dans ce cas, la réaction de dénitrification totale peut être écrite comme suit:

Toutes les réactions enzymatiques présentées ici sont effectuées à l'intérieur de la cellule, pour laquelle les piles nécessaires doivent pénétrer dans son corps à travers la coque. La plupart des impuretés organiques d'origine peuvent être des particules trop grosses par rapport à la taille de la cellule. À cet égard, un rôle important dans le processus d'oxydation global est attribué au clivage hydrolytique enzymatique des grosses molécules et des particules s'écoulant à l'extérieur de la cellule en particules plus petites, proportionnelles à la taille de la cellule.

Dans les systèmes biologiques aérobies, l'apport d'air (ainsi que d'oxygène pur ou d'air enrichi en oxygène) doit garantir que la présence d'oxygène dissous dans le mélange n'est pas inférieure à 2 mg / l.

L’oxydation dans les structures ne va pas toujours jusqu'au bout, c’est-à-dire avant la formation de CO2 et H2A. Dans l'eau après le traitement biologique, des produits intermédiaires peuvent apparaître, qui n'étaient pas dans les eaux usées d'origine, parfois même moins souhaitables pour le réservoir que la contamination initiale.

Méthode anaérobie

Les méthodes de purification anaérobies ont lieu sans accès à l'O2 (processus de fermentation), elles sont utilisées pour neutraliser les sédiments. Des processus anaérobies se produisent dans les digesteurs.

Methantank (méthane + citerne anglaise)

installation de fermentation

eaux usées constituant

citerne fermée équipée d'un dispositif de chauffage dû à la combustion du méthane libéré.

La méthode de purification anaérobie peut être considérée comme l’une des plus prometteuses en présence de fortes concentrations de matières organiques dans les eaux usées ou pour le traitement des eaux usées domestiques.

• Son avantage par rapport aux méthodes aérobies est une forte réduction des coûts d’exploitation (pour les microorganismes anaérobies, aucune aération supplémentaire de l’eau n’est nécessaire) et l’absence de problèmes liés à l’élimination de la biomasse en excès.

• Un autre avantage des réacteurs anaérobies est minime

la quantité d'équipement requise pour le fonctionnement normal du réacteur.

Mais dans le même temps, les plantes anaérobies émettent le produit de l’activité vitale des microorganismes - le méthane - vous devez donc surveiller en permanence sa concentration dans l’air.

Toutes les méthodes ci-dessus ne sont utilisées que jusqu'à un certain niveau de concentration de polluants dans les eaux usées. Avant de déverser les eaux usées dans le réservoir, celui-ci doit passer par 3-4 étapes de nettoyage. De plus, parfois, le traitement biologique nécessite une ionisation ou un rayonnement ultraviolet.

Fig.3. Décomposition en étapes

Lors de la conversion anaérobie de substrats organiques en méthane sous l'influence de micro-organismes, 4 étapes de décomposition doivent être systématiquement appliquées. Des groupes distincts de polluants organiques (glucides, protéines, lipides / graisses) dans le processus d'hydrolyse sont d'abord convertis en monomères correspondants (sucres, acides aminés, acides gras). En outre, ces monomères sont convertis en acides organiques, alcools et aldéhydes à chaîne courte au cours de la décomposition enzymatique (acytogenèse), qui sont ensuite oxydés en acide acétique, associé à la production d'hydrogène. Ce n’est qu’à son tour que la formation de méthane se produit au stade de la méthanogénèse. Outre le méthane, le dioxyde de carbone est également formé en tant que sous-produit.

Comme nous l'avons déjà mentionné, les boues activées en excès peuvent être traitées de deux manières: après le séchage, en tant qu'engrais ou dans un système de purification anaérobie. Les mêmes méthodes de nettoyage sont utilisées pour la fermentation d'eaux usées hautement concentrées contenant une grande quantité de matière organique. Les processus de fermentation sont effectués dans des dispositifs spéciaux - la métatique.

La décomposition de la matière organique comprend trois étapes:

• dissolution et hydrolyse de composés organiques;

Dans la première étape les substances organiques complexes sont converties en acides butyrique, propionique et lactique. Dans la deuxième étape ces acides organiques sont convertis en acide d'uranium, hydrogène, dioxyde de carbone. Dans la troisième étape les bactéries formant du méthane réduisent le dioxyde de carbone en méthane avec absorption d’hydrogène. Selon la composition en espèces, la biocénose de la métacénose est beaucoup plus pauvre que celle des biocénoses aérobies.

Les réacteurs anaérobies sont généralement des réservoirs en béton armé ou en métal contenant un minimum d'équipements, comparés aux réacteurs de nettoyage aérobie. Cependant, l’activité vitale des bactéries anaérobies est liée à la libération de méthane, ce qui nécessite souvent l’organisation d’un système spécial d’observation de sa concentration dans l’air.

Fig.4. Plan de travail du digesteur

Structurellement, le digesteur est un réservoir cylindrique ou moins communément rectangulaire pouvant être entièrement ou partiellement enfoncé dans le sol. Le bas du digesteur présente un biais important vers le centre. Le toit du digesteur peut être rigide ou flottant. Dans les digesteurs à toit flottant, le risque d'augmentation de la pression dans le volume interne est réduit.

Les murs et le fond du digesteur sont généralement en béton armé.

Les boues et les boues activées pénètrent dans le tuyau de digestion par le haut. Pour accélérer le processus de fermentation, les digesteurs sont chauffés et le contenu est mélangé. Le chauffage est effectué avec un radiateur à eau ou à vapeur. En l'absence d'oxygène provenant de substances organiques (graisses, protéines, etc.), des acides gras sont formés, dont du méthane et du dioxyde de carbone se forment au cours de la fermentation.

Les boues fermentées de forte humidité sont retirées du fond du digesteur et envoyées à la dessiccation (par exemple, des lits de boues). Le gaz résultant est évacué par les tuyaux dans le toit du digesteur. De un mètre cube de sédiment dans le digesteur, 12-16 mètres cubes de gaz, contenant environ 70% de méthane.

Le traitement anaérobie des eaux usées présente certains avantages et inconvénients:

• le procédé ne produit pas beaucoup de boues activées en excès, par conséquent, il n’ya pas de problèmes de mise au rebut;

• 89% de l’énergie du processus est consacrée à la production de méthane;

• une telle méthode de nettoyage n’est possible qu’à de faibles concentrations de substrat;

• taux de croissance de la biomasse assez faible;

• équipement plus simple comparé au nettoyage aérobie.

La méthode ci-dessus est applicable lorsque la concentration de certains polluants ne dépasse pas le niveau autorisé. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de procéder à un prétraitement des eaux usées en trois ou quatre étapes afin d’obtenir le contenu requis de certaines substances. En outre, afin de rejeter les eaux usées déjà traitées dans le réservoir après les installations de traitement biologique, une purification supplémentaire est souvent nécessaire (par exemple, par ozonation ou irradiation UV).

L'avantage du traitement aérobie est la vitesse élevée et l'utilisation de substances en faibles concentrations. Les inconvénients significatifs, en particulier dans le traitement des eaux usées concentrées, sont la consommation d'énergie élevée pour l'aération et les problèmes associés au traitement et à l'élimination de grandes quantités de boues en excès. Le procédé aérobie est utilisé dans le traitement des eaux usées domestiques, ainsi que dans certaines eaux usées industrielles et porcines dont la DCO n’est pas supérieure à 2000. Éliminer ces carences des technologies aérobies peut être un traitement préalable anaérobie des eaux usées concentrées par digestion du méthane, qui ne nécessite pas d’énergie d’aération et est même associé à la formation de précieux vecteur d’énergie - méthane.

L'avantage du processus anaérobie est également une formation relativement mineure de biomasse microbienne. Les inconvénients comprennent l'impossibilité d'éliminer les polluants organiques en faibles concentrations. Pour le traitement en profondeur d'eaux usées concentrées, le traitement anaérobie doit être utilisé en association avec la phase aérobie ultérieure. Le choix de la technologie et des caractéristiques du traitement des eaux usées est déterminé par le contenu de leur pollution organique.

Traitement anaérobie des eaux usées

Dans une maison de campagne pour le nettoyage des eaux usées domestiques peut être utilisé l'une des deux méthodes - anaérobie ou aérobie. Les deux méthodes sont biologiques, car des micro-organismes spéciaux sont impliqués dans le traitement des effluents, ce qui les fait naturellement vivre dans la nature et la pollution organique est une source de nourriture pour eux. Pourquoi les méthodes de nettoyage biologique sont-elles efficaces? Le fait est que les eaux usées domestiques contiennent environ 70% d'impuretés organiques et 30% d'impuretés minérales. Le traitement anaérobie des eaux usées a lieu dans un environnement sans oxygène. Lorsque la clarification aérobie des eaux usées pour la décomposition efficace des composés organiques et chimiques nécessite un flux constant d'oxygène.

Il existe un grand nombre de types différents de bactéries anaérobies qui, dans les matières organiques saturées, organisent des étapes successives de traitement, de décomposition et d’assimilation de diverses substances et composés. En cas de concentration insuffisante de tout type de bactéries anaérobies, la décomposition sans oxygène ralentit et peut même s’arrêter. La raison devient généralement divers composés chimiques et objets biologiques qui tombent dans l'évier et inhibent la microflore.

processus biochimiques en conditions anaérobies

Quelles substances et quels objets ne peuvent pas être jetés et drainés dans une fosse septique anaérobie, afin de ne pas entraver le travail des eaux usées autonomes? Les types suivants d'aliments, de plantes et de leurs fruits, de champignons, de médicaments, de pesticides, de divers agents de nettoyage chimiques à base de chlore, de solvants, d'acides, d'alcalins, de liquides contenant de l'alcool, d'eau de lavage après la régénération du filtre, ne doivent pénétrer dans aucun système de traitement des eaux usées. métal et plastique, films et fibres plastiques, poils d'animaux.

Le respect de ces règles est très important. Ce qui nous semble inoffensif peut être un poison mortel pour de toutes petites créatures. Lorsque ces substances et objets solides pénètrent dans la station d'épuration, l'activité vitale des bactéries anaérobies et aérobies est inhibée, la séquence complexe des transformations chimiques est perturbée et le traitement des effluents stoppé. La fosse septique, comme la station de nettoyage en profondeur, se transforme en un réservoir de stockage, c'est-à-dire en un puisard ordinaire.

que vous ne pouvez pas jeter dans la fosse septique et la station d'épuration aérobie

Le remplissage excessif du décanteur dans la fosse septique doit être évité. En raison du débordement, la séquence établie des étapes de purification est perturbée, la concentration en bactéries anaérobies diminue, de sorte que leur efficacité diminue. Pour la même raison, les eaux usées provenant des eaux pluviales et du système de drainage ne peuvent pas être envoyées au système de traitement des eaux usées. Un fort courant d'eau après la pluie perturbera facilement le fonctionnement complexe en plusieurs étapes de divers types de bactéries.

Le débordement d'une fosse septique peut survenir en raison d'un important rejet d'eaux usées ou d'une accumulation excessive de sédiments denses au fond de la chambre. Le volume maximal de décharge de salve est indiqué dans la fiche technique du produit. En raison de son manque d'efficacité, le traitement anaérobie des eaux usées ne décompose pas complètement le composant solide. De ce fait, une part assez importante n’est pas traitée par les bactéries, mais s’enfonce tout simplement au fond, ce qui réduit le volume de travail de la chambre de réception. Pour cette raison, il est nécessaire d'éliminer les sédiments de la fosse septique tous les 1 à 3 ans. Autrement, les sédiments réduiront non seulement le volume de travail, mais seront également compactés, de sorte qu'il sera très difficile de les pomper avec le tuyau de la roue collectrice. Il est nécessaire de laver d'abord la masse compactée avec un courant d'eau sous haute pression.

pompage de sédiments solides d'une fosse septique anaérobie

Quelle est la machine assenizatorskaya? Premièrement, les sédiments se forment beaucoup et nécessitent un transport pour les transporter; deuxièmement, le manque d'efficacité de la purification anaérobie ne détruit pas la majorité des microbes pathogènes, les sédiments provenant d'une fosse septique ne peuvent donc pas être utilisés comme engrais pour un jardin. Les sédiments collectés doivent être transférés dans des décharges spéciales, où ils seront éliminés. Les microorganismes nuisibles à la santé humaine sont extrêmement divers. Il peut s'agir de virus, de bactéries, de moisissures, dont certains sont les agents responsables de maladies dangereuses. La machine à pomper les sédiments de la fosse septique nécessitera un trajet gratuit vers le site. Tenez-en compte lors de la planification du territoire et de l’emplacement des bâtiments.

Lorsque vous choisissez un système d'égout autonome basé sur la technologie anaérobie, veillez à protéger tous les résidents et vos voisins d'un contact possible avec des drains insuffisamment clarifiés. N'oubliez pas que l'eau libérée par la fosse septique ne peut pas être nettoyée à plus de 60-70%. Selon les normes sanitaires, cette eau est considérée comme polluée et ne peut pas être évacuée dans un fossé ou sur le sol - il est nécessaire d'organiser un traitement supplémentaire. Un nettoyage supplémentaire est effectué dans le sol, où vivent à la fois des bactéries anaérobies et aérobies. Si le sol sur le site est sablonneux, considérez-vous chanceux. Il suffit de faire un puits absorbant assez compact (juste un cylindre sans fond), une fois dans lequel, de la fosse septique, l’eau sera filtrée dans le sol.

champ de filtration pour sols argileux

Si le sol est argileux, vous devrez construire un champ de filtration. La difficulté réside dans le fait qu’il est plutôt grand et de structure complexe, qu’il s’agisse d’une structure artificielle avec des tuyaux perforés en entrée, d’un système de ventilation, d’un géofabric et d’une couche épaisse de matériau filtrant (gravier, pierre concassée, sable). Toutes les quelques années, le champ de filtration doit être mis à jour car il perd ses propriétés en raison de l'envasement. S'il est impossible de placer le champ de filtration en dessous du point de drainage de l'eau de la fosse septique, l'eau est d'abord prélevée dans un réservoir de stockage, d'où elle est fournie par une pompe de drainage submersible jusqu'au lieu d'épuration du sol. En même temps, la fosse septique anaérobie perd sa non-volatilité, car la pompe nécessite un branchement à une prise électrique. Choisissez un emplacement pour l'emplacement de la fosse septique anaérobie aussi loin que possible des points d'eau. Surtout des petits, comme un puits, une aiguille de puits, un puits de sable.

À titre de comparaison: dans les installations de traitement biologique en profondeur utilisant la méthode aérobie, très peu de sédiments se forment. Il n'est pas nécessaire d'appeler le camion des eaux usées. Une petite quantité de sédiment est éliminée par le propriétaire lui-même à l'aide du transport aérien intégré. Les bactéries aérobies dans des conditions d'aération constante nettoient très efficacement les drains. En conséquence, non seulement presque tous les contaminants denses sont divisés, mais le contenu en microorganismes pathogènes dans les sédiments ne dépasse pas les normes sanitaires et les sédiments peuvent être utilisés comme engrais de jardin.

Le traitement anaérobie des eaux usées est utilisé non seulement dans le secteur privé, mais également dans l'industrie. Dans le processus d'activité vitale des bactéries anaérobies dans l'effluent, les composés carbonés sont oxydés et subissent un processus de fermentation dans un environnement sans oxygène. Le résultat est des oxydes de carbone et du méthane. Compte tenu des volumes importants d'eaux usées industrielles et de la taille de l'installation de traitement, l'absence de nécessité d'aération forcée simplifie et réduit le coût du processus de traitement. D'autre part, la faible efficacité du traitement des déchets anaérobies rend cette méthode non universelle. Dans certains cas, en fonction de la composition des eaux usées ou de leur volume, il est nécessaire d'appliquer une méthode aérobie plus efficace avec une aération forcée.

réacteur anaérobie utilisé dans l'industrie alimentaire

Le réacteur industriel anaérobie contient des colonies de bactéries sans oxygène, qui sont fixées sur divers supports de sorte qu’elles ne soient pas emportées par un flux de liquide. Des biofilms spéciaux, des éléments tubulaires en céramique ou en plastique, du gravier, etc. sont utilisés comme supports pour la fixation des bactéries.

Les technologies modernes permettent non seulement d'épurer les déchets, ramenant l'eau dans le cycle de travail, mais aussi d'extraire des composés chimiques utiles des eaux usées. Par exemple, en faisant fonctionner un réacteur anaérobie industriel, lors de la séparation de la matière organique, du dioxyde de carbone et du méthane sont produits. Le méthane peut être collecté et utilisé comme source d'énergie.

Dans quels secteurs de l'industrie le traitement anaérobie des eaux usées est-il utilisé? Pâtes et papiers, produits pharmaceutiques, production de sucre, aliments, usines de traitement de la viande, brasserie. Dans certains cas, selon la composition des déchets industriels liquides, le traitement anaérobie des eaux usées peut être une source de formation d’engrais organiques ou de matières premières utiles pour un traitement ultérieur. Par exemple, obtenir des protéines et des substances biologiquement actives.

Traitement aérobie des eaux usées

Traitement aérobie des eaux usées en conditions artificielles

Ce type de traitement biologique est réalisé à l'aide de boues activées. Il comprend des bactéries (oxydantes, nitrifiantes, dénitrifiantes), des protozoaires (ciliés, flagellés, sarcodes) et des animaux microscopiques (rotifères).

Le processus d'oxydation biologique peut être divisé en deux phases: sorption de la pollution organique des eaux usées à la surface des boues activées; oxydation de la substance sorbée, accompagnée du rétablissement de la capacité de sorption de la microflore.

En fonction du degré d'oxydation des impuretés dans les eaux usées, il existe un traitement biologique complet et incomplet. L'eau complètement purifiée a une DBO. = 10-15 mg O2 / l. BODpol pour les eaux usées ayant subi un traitement incomplet. = 60-80 mg O2 / l. [1]

Le processus d'activité biologique est influencé par la composition des eaux usées par la pollution, la présence d'éléments biogéniques, l'ampleur de la charge sur les boues activées par la pollution, le pH des eaux usées, leur température, la concentration d'oxygène dissous dans les eaux usées. La composition des eaux usées est l’un des principaux facteurs influant sur l’efficacité du traitement biologique. La présence de substances toxiques dans les eaux usées rend difficile le travail des boues actives. Les effets toxiques sur les processus biologiques peuvent avoir des substances organiques et inorganiques. Les effets toxiques peuvent être microbiostatiques (retarder la croissance des boues) et microbicides (tuer les boues actives). La plupart des produits chimiques présentent une action quelconque en fonction de leur concentration dans l'eau à nettoyer. Il convient de noter que certains éléments qui sont des organogènes de la cellule, à des concentrations élevées, deviennent également toxiques. Par conséquent, lors de la réalisation d'un traitement biologique, il est nécessaire de connaître le CPM pour les produits chimiques individuels présents dans les eaux usées. Pour la valeur de MPCbos, prendre la concentration maximale d'une substance toxique dans l'eau et ne pas avoir d'effet négatif notable sur le travail des stations d'épuration biologiques (MPCbos)

Nutriments. Pour l’existence normale de micro-organismes et, par conséquent, pour un procédé efficace de purification de l’eau, il doit exister une concentration suffisamment élevée de tous les principaux éléments nutritifs du carbone organique dans le milieu, dont la quantité est estimée par la quantité de DBO, d’eaux usées, de phosphore et d’azote.

En plus de ces éléments, pour le fonctionnement des micro-organismes, d'autres éléments sont également nécessaires en quantités non significatives: Mn, Cu, Xn, Mo, Se, Mg, Co, Ca, Na, K, Fe, etc.

Le contenu de ces éléments dans les eaux naturelles à partir desquelles les eaux usées sont formées est suffisant pour satisfaire pleinement aux exigences de l'échange bactérien.

L'azote et le phosphore dans les effluents industriels ne suffisent généralement pas et ils sont ajoutés artificiellement sous forme de superphosphate, d'acide orthophosphorique, de phosphate d'ammonium, de sulfate, de nitrate ou de chlorure d'ammonium, d'urée, etc.

La pertinence des éléments nutritifs pour les bactéries dans les eaux usées est déterminée par le rapport DBO: N: P. Pour la vie normale des micro-organismes: N: P = 100: 5: 1. Pour les eaux usées domestiques, ce rapport est 100: 20: 2.5. À cet égard, ils recommandent le nettoyage en commun des eaux usées domestiques et industrielles.

La charge sur la pollution par boues activées. Il est calculé sur 1 m 3 de station d'épuration ou plus souvent sur 1 g de biomasse sèche. Ils utilisent souvent les valeurs de charge en DBO, mais dans certains cas, ils calculent la valeur de charge pour le polluant concerné.

En fonction du degré de charge des boues actives, les systèmes d'aération sont divisés par pollution en charges lourdes, classiques et faibles. Dans les systèmes à forte charge (avec une charge de plus de 400 mg de DBO par 1 g de boue de substance sans cendres par jour) par rapport aux autres systèmes, l'augmentation des boues est la plus élevée, le degré de purification est le plus faible et la boue contient un petit nombre de protozoaires.

Les systèmes classiques (avec une charge de 150 à 400 mg de DBO complète par g de boue de substance sans cendre par jour) fournissent un très haut degré de purification de la DBO, parfois une nitrification partielle. Ils ont bien rassemblé des boues habitées par un grand nombre de microorganismes appartenant à différents groupes. L'augmentation des boues dans de tels systèmes est inférieure au maximum en raison des processus assez profonds d'oxydation endogène. Les systèmes à faible charge (avec une charge inférieure à 150 mg DBO complète 1 g de boue sans cendres par jour) ont un degré de purification DBO fluctuant, mais le plus souvent élevé. Dans ces systèmes, le processus de nitrification est profondément développé, la croissance des boues est minimale, la population microbiologique des boues est très diverse.

Eaux usées de PH. La concentration en ions hydrogène (pH) dans les eaux usées influe considérablement sur le développement des micro-organismes. Une proportion importante de bactéries se développe dans un environnement neutre ou presque neutre. Le traitement biologique est le plus efficace si le pH ne dépasse pas les limites de 5,5 à 5,8. Tout écart par rapport à cet intervalle entraîne une diminution du taux d'oxydation en raison d'un ralentissement des processus métaboliques dans la cellule, d'une altération de la perméabilité de sa membrane cytoplasmique, etc. Si le pH ne dépasse pas les valeurs admissibles, il est nécessaire de corriger ces paramètres dans les eaux usées entrant dans l'installation de traitement biologique.

Température des eaux usées La température optimale pour les processus aérobies se produisant dans la station d’épuration est de 20 à 30 ° C, tandis que la biocénose, dans d’autres conditions favorables, est représentée par les micro-organismes les plus divers.

Si le régime de température ne correspond pas à celui optimal, la croissance de la culture ainsi que les processus métaboliques dans la cellule diminuent sensiblement.

L'impact le plus défavorable sur le développement de la culture a une forte variation de température. Avec le nettoyage aérobie, l’effet de la température est exacerbé par un changement correspondant de la solubilité de l’oxygène. Les bactéries sont très sensibles à la température, les nitrofilateurs, leur activité élevée est observée à une température non inférieure à 25 ° C. Dans les calculs techniques, les formules données dans les documents réglementaires pertinents sont utilisées pour estimer l’effet de la température sur la vitesse des processus.

Mode oxygène. Dans les systèmes biologiques aérobies, l'alimentation en air doit garantir la présence continue d'oxygène soluble dans le mélange (au moins 8 mg / l). Le système aérobie lui-même peut fonctionner avec une teneur en oxygène inférieure (jusqu'à 1 mg / l). Il n’ya pas de diminution du taux d’utilisation des substances organiques et des processus de nitrification. Cependant, étant donné que lors de la séparation des boues et de l'eau dans les clarificateurs secondaires, jusqu'à 1 à 2 mg / l d'oxygène soluble sont perdus, le niveau minimal d'oxygène dissous est fixé à 2 mg / l. Cette valeur vous permet d’exclure le séjour prolongé des boues en conditions aérobies. Outre les facteurs ci-dessus, l'âge biologique et la qualité des boues, qui sont estimés par l'indice de boue, influencent le traitement aérobie biologique.

L'âge des boues B, en jours, est appelé la durée de son séjour dans les réservoirs d'aération et est déterminé par la formule:

où est le volume de l'aérotank, en m 3;

- concentration des boues dans les citernes, en mg / l;

- croissance des boues, mg / l;

- le volume d'eaux usées traitées par jour, en m 3 / jour.

Pour un nettoyage satisfaisant, l'âge des boues ne doit pas dépasser 6-7 jours. Un indicateur de la qualité des boues activées est leur capacité à précipiter, qui est estimée par la valeur de l'indice des boues. Sous l'indice de limon, comprenez le volume de 1 g de boue (matière sèche) après 30 minutes de sédimentation. Le traitement biologique aérobie dans des conditions artificielles peut être effectué dans: des bassins d’aération; biofiltres. [1]

Aerotank sont des réservoirs en béton armé, équipés d'un dispositif d'aération. Le processus de nettoyage dans la cuve d’aération s’effectue avec une aération continue du mélange d’eau purifiée et de la boue activée qui la traverse. Une aération est effectuée pour alimenter le mélange en oxygène et maintenir les boues en suspension. Le mélange d'eaux usées et de boues activées est aéré pendant 6 à 12 heures, après quoi il est envoyé dans des bassins de décantation secondaires, où les boues sont déposées. Les boues activées sont renvoyées dans le réservoir aérodynamique et mélangées à de nouvelles portions d'eau non traitée. En raison de la reproduction continue des micro-organismes, la quantité de boues est en augmentation constante. Les boues en excès sont éliminées du système aérobie, compactées dans un compacteur de boues et envoyées pour traitement ultérieur. En fonction des conditions de fonctionnement hydrodynamiques du réservoir aérodynamique, ils sont divisés en réservoirs aérodynamiques - propulseurs, réservoirs aérodynamiques - mélangeurs et réservoirs aérodynamiques de type intermédiaire avec entrée d’eau dispersée; par le nombre de corridors dans les réservoirs d'aération - par un - et par plusieurs corridors; par la présence d'un régénérateur - avec régénérateur et sans régénérateur; selon la méthode d'alimentation en air - pour les réservoirs aérodynamiques avec aération pneumatique, mécanique et mixte. Le calcul des aérotanks comprend la détermination de: le volume total de l'aérotank, en m 3; la durée de l'aération, h; consommation d’oxygène ou d’air pour l’ensemble du réservoir, kg / kg; le nombre requis d'aérateurs; calcul des conduits d'air et sélection de l'équipement; calcul des bassins de sédimentation secondaires. Les filtres biologiques sont des structures dans lesquelles les eaux usées sont épurées en filtrant à travers une couche de charge grossière dont la surface est recouverte d'un film biologique formé d'organismes aérobies.

Tous les types de matières premières utilisées dans les biofiltres peuvent être divisés en vrac et en surface. L'aération du biofiltre peut être naturelle - l'air provenant de la surface et du fond par le drainage, et artificielle - en l'introduisant dans la couche de chargement. Par performance, les biofiltres sont divisés en goutte-à-goutte et en forte charge. Lors du nettoyage d'effluents très pollués avec une DBO élevée, pour intensifier le lavage du filtre, utilisez le mode de recirculation, à savoir: retourner à la partie filtre de l'eau purifiée. Le calcul des biofiltres consiste à déterminer le volume de la matière première, la taille des éléments des systèmes de distribution d’eau et des dispositifs de drainage et le calcul des décanteurs secondaires. Les filtres biologiques au goutte à goutte (percolateur) se caractérisent par une charge en eau ne dépassant pas 0,5 - 1 m 3 pour 1 m 3 de filtre, la hauteur du filtre n'excédant pas 2 m. La taille de la fraction de la couche de charge de travail varie de 12 à 25 mm. aération naturelle. Les biofiltres goutte à goutte doivent être utilisés pour nettoyer les eaux usées dans une quantité ne dépassant pas 1 000 m 3 / jour. Dans la pratique nationale, les aérofiltres sont appelés à charge élevée, travaillant plusieurs fois plus rapidement que l’égouttement. En conséquence, l'élimination des contaminants difficilement oxydables et des particules du film en train de mourir du biofiltre est améliorée, et l'oxygène est davantage utilisé pour oxyder les contaminants restants. La hauteur des aérofiltres est généralement de 3 à 4 m, les filtres les plus hauts (9 à 18 m) étant appelés filtres à colonne. L'utilisation d'un apport d'air artificiel améliore les processus d'oxydation dans un biofiltre à forte charge. Les schémas de traitement biologique aérobie sont illustrés à la figure 1.1. Le choix d'un système d'épuration est effectué conformément au tableau 1. Selon les conditions spécifiques et les schémas typiques, des solutions technologiques originales peuvent être utilisées, notamment une approche différenciée de l'épuration des flux d'eaux usées individuels d'une entreprise.

Tableau 1 - Notions recommandées de traitement biologique des eaux usées [1]

L'effet du nettoyage sur la DBO5. %

Numéros des schémas appliqués selon la figure 1 au DBO5 eaux usées entrant dans le traitement, g / m 3

PROCESSUS DE PURIFICATION D'EAU AÉROBIE

Dans des conditions aérobies, la phase liquide des eaux usées est épurée: ces processus sont réalisés dans des réservoirs d'aération, des biofiltres de différentes conceptions, des champs d'irrigation et des champs de filtration. Ces structures sont différentes dans leur conception technique, mais elles sont toutes conçues pour utiliser le processus aérobie oxydatif.

FILTRES BIOLOGIQUES - il s’agit d’une structure comprenant leur corps, leurs dispositifs de chargement et de distribution des eaux usées et de l’air.

Dans ceux-ci, les eaux usées sont filtrées à travers une couche de chargement, recouverte d'un film de micro-organismes, qui se développe sur le chargement du filtre pendant la période de démarrage. Les principaux composants du biofilm sont la population microbienne. Les biocénoses du film incluent des algues, des protozoaires, des larves d’insectes, des insectes, des vers, des champignons et des bactéries.

Tous les microorganismes sont impliqués dans le traitement des eaux usées. Les bactéries minéralisent la matière organique, les utilisant comme source de nourriture et d’énergie, les protozoaires se nourrissent de bactéries, les algues émettent de l’oxygène et une production volatile. Les vers traversent les passages entre les particules de chargement. desserrer le film biologique et faciliter ainsi l'accès à l'oxygène. En outre, les vers, qui consomment des substances organiques, digèrent et décomposent un certain nombre de composés persistants - la chitine et les fibres. Ainsi, les matières organiques sont éliminées des eaux usées et la masse du biofilm actif est augmentée. Le biofilm épuisé est lavé par le liquide usé qui s'écoule et est retiré du biofiltre.

Les biofiltres de chargement utilisent des matériaux à forte porosité, faible densité et haute surface spécifique (laitier, pierre concassée, cailloux).

Le nettoyage complet des biofiltres n’est pas atteint.

AEROTENKS - réservoirs rectangulaires renforcés, d'une profondeur de 3 à 6 mètres.

Lorsqu'un aérotank est en service, un liquide usé en cours d'aération, mélangé à des boues actives constituées d'une collection de micro-organismes, le traverse lentement. L'alimentation en air est réalisée par des machines de soufflage d'air. L'aération favorise un plus grand contact des boues activées avec les eaux usées contaminées.

L'oxydation biologique dans l'aérotank se déroule en deux étapes. Le premier est la sorption de la pollution, le second est l'oxydation directe de la pollution des eaux usées.

La biocénose des boues activées se développe dans des conditions de processus aérobies oxydatifs prononcés. En plus des bactéries unicellulaires, des bactéries filamenteuses, des levures et des champignons se développent dans les boues activées. La microfaune est représentée par les protozoaires, les rotifères, les vers ronds, les animaux unicellulaires. Pendant le fonctionnement normal de l'aérotank, l'équilibre est établi entre tous les membres de la microflore et de la microfaune. La violation de cet équilibre indique la détérioration des installations de traitement, car l’évolution de la composition numérique de la population microbienne dans les boues activées est associée à une modification des propriétés physicochimiques du déchet liquide traité. Les raisons de la perturbation de l'aérotank. sont: surcharge des usines de traitement des eaux usées avec des substances organiques, formation de zones anaérobies, manque d’éléments biogènes, variation brusque de la température ou du pH, ingestion de substances toxiques dans les eaux traitées.

Les changements suivants se produisent dans les déchets liquides nettoyés dans les aérotanks:

1. une diminution de la concentration de contaminants due à la dilution avec un liquide transportant des boues activées

2. adsorption de la pollution sur les boues activées (première phase d'oxydation)

3. diminution progressive de la teneur en substances organiques dissoutes dans l'eau et adsorbées sur des boues activées (deuxième phase d'oxydation)

Les principaux minéralisateurs de la matière organique dans les aérotanks sont des bactéries. Sarkodovye, se nourrissant de particules de limon, convertit un certain nombre de substances complexes en substances plus simples. Les infusoires et autres protozoaires jouent le rôle de régulateurs du développement des bactéries et créent ainsi des conditions favorables au processus de minéralisation.

Avant de déverser les eaux usées traitées dans l’étang, elles doivent être désinfectées, car Les Aerotanks ne peuvent pas garantir l'élimination complète des agents pathogènes.

Les méthodes aérobies de traitement biologique peuvent également avoir lieu dans des conditions naturelles - dans des étangs biologiques, sur des champs d'irrigation et de filtration.

Traitement aérobie des eaux usées

La méthode aérobie repose sur l'utilisation de microorganismes aérobies, pour lesquels l'activité vitale nécessite un débit constant d'oxygène et une température dans la plage de 20 à 40 ° C. Pendant le traitement aérobie, les microorganismes sont cultivés dans des boues activées ou sous forme de biofilm. Les boues activées sont constituées d'organismes vivants et d'un substrat solide. Les organismes vivants sont représentés par les bactéries, les protozoaires, les champignons et les algues. Le biofilm se développe sur une charge de biofiltre et présente l’apparence d’un encrassement muqueux d’une épaisseur de 1 à 3 mm et plus. Un biofilm est constitué de bactéries, de champignons protozoaires, de levures et d’autres organismes.

Le nettoyage aérobie a lieu à la fois dans des conditions naturelles et dans des structures artificielles.

Le nettoyage dans des conditions naturelles a lieu dans les champs irrigués, les champs de filtration et les étangs biologiques. Les champs d'irrigation sont des zones spécialement préparées pour le traitement des eaux usées et à des fins agricoles. Le nettoyage a lieu sous l'action de la microflore du sol, du soleil, de l'air et sous l'influence des plantes. Dans le sol des champs d'irrigation sont des bactéries, levures, algues, protozoaires. Les eaux usées contiennent principalement des bactéries. Dans les biocénoses mixtes de la couche de sol active, des interactions complexes de micro-organismes apparaissent, ce qui libère les eaux usées des bactéries qu'elles contiennent. Si les cultures ne sont pas cultivées dans les champs et qu'elles sont uniquement destinées au traitement biologique des eaux usées, elles sont appelées champs de filtration. Les étangs biologiques sont une cascade d'étangs composés de 3... 5 étapes à travers lesquelles les eaux usées clarifiées ou biologiquement purifiées s'écoulent à faible vitesse. Ces bassins sont conçus pour le traitement biologique des eaux usées ou l’épuration des eaux usées en combinaison avec d’autres stations d’épuration.

Les aérotanks sont les principales structures du traitement biologique aérobie artificiel à l'aide de boues activées. Aerotank fonctionne en paire avec un décanteur secondaire, où la séparation des eaux usées traitées a lieu à la sortie du réservoir et la suspension des boues activées. Dans ce cas, une partie des boues est retirée du système et une partie est renvoyée dans le réservoir d'aération pour augmenter sa productivité et réduire la quantité de boues en excès. En fonction du degré de contamination et du volume des eaux usées, de la composition des contaminants et des conditions d'épuration, divers modes hydrodynamiques d'organisation du débit d'eau, de sa circulation, de la fourniture de boues actives récupérables et de l'aération sont utilisés. Les concentrations de travail des boues activées dans les aérotanks sont comprises entre 1 et 5 g / l (matière sèche), le temps de séjour des eaux usées dans le système variant de plusieurs heures à plusieurs jours. Pour le nettoyage dans le réservoir d'aération, il est souvent nécessaire d'ajouter des nutriments, principalement de l'azote et du phosphore. Avec un manque de leur efficacité de nettoyage est réduite.

Les installations d’épuration biologique avec boues activées comprennent également des oxytops (avec aération avec air enrichi en oxygène ou en oxygène pur), des réservoirs filtrants (avec séparation des boues activées et des eaux usées par filtration), des canaux d’oxydation (avec circulation des eaux usées et des systèmes d’aération de surface), des appareils de mine ( sous forme d’arbres ou de colonnes pour augmenter la pression de l’eau).

Parmi les systèmes de nettoyage aérobie avec biofilm, les biofiltres sont le plus souvent utilisés - des structures avec une charge, à la surface desquelles se développe un biofilm de micro-organismes. Le biofiltre le plus simple est une couche de matériau filtrant (charge), coulée selon un angle de repos, irriguée avec de l’eau usée. La charge peut être réalisée sous la forme de blocs amovibles séparés en matériaux plastiques rigides ou flexibles, de revers rigides, etc. Contrairement aux réservoirs d’aération, les biofiltres fonctionnent sans décanteurs secondaires.

Une position interstitielle entre des structures avec une boue active et avec un biofilm est occupée par des biotentiels, combinant les avantages des réservoirs d'aéro et des biofiltres. Dans les biotanks avec aération du liquide, avec boues activées et chargement de divers matériaux, le liquide contenant les boues circule et s’aère dans les intervalles entre les chargements. En raison de la formation de biofilms sur la surface de chargement, la concentration moyenne du mélange de boues dépasse la concentration dans les bassins d'aération.

Dans un biotisseur bio-adsorbeur moderne, la sorption de contaminants à la surface de la charge, par exemple à base de charbon actif, est combinée à un nettoyage biologique. Lors du nettoyage de la pollution, les substances toxiques sont adsorbées par le charbon, tandis que dans le système, d’une part, l’effet inhibiteur des substances toxiques sur la biocénose diminue et, d’autre part, à de faibles concentrations de substrats dans les eaux usées de la couche adjacente à la surface de charbon actif, les concentrations locales augmentent et augmentent décomposition du substrat. Dans le même temps, le charbon est régénéré biologiquement. Le nettoyage par bio-adsorption peut être utilisé pour éliminer les impuretés organiques, ainsi que pour éliminer les métaux lourds et les radionucléides des eaux usées.

Une autre modification de la biotank est un réacteur à lit fluidisé (avec une couche suspendue), dans lequel le nettoyage est intensifié en raison de la grande surface spécifique du support sur lequel les microorganismes sont fixés et du taux élevé de transfert d'oxygène. La concentration de biomasse dans le réacteur atteint 40 g / l, la productivité est 5 à 10 fois supérieure à celle des réservoirs d'aération, le processus est plus stable en cas de surcharge et moins sensible à la pollution toxique des eaux usées.

Les boues activées et les biofilms excédentaires provenant d'installations de traitement biologique ou d'eaux usées non traitées peuvent être détournés vers des lits de boues (cartes de boues), des champs d'irrigation et des champs de filtration. Les lits de boues sont conçus pour le stockage et le traitement des boues activées et des biofilms provenant d'installations de traitement des eaux usées.