Le Central Contra Costa Sanitary District (Central San), qui dessert près de 500 000 résidents et plus de 15 000 entreprises dans le comté de Contra Costa, en Californie, est confronté à un défi réglementaire. Le San Francisco Bay Regional Water Quality Control Board (Conseil régional de contrôle de la qualité de l'eau de la baie de San Francisco) a introduit une obligation visant à réduire de 40 % la quantité totale d'azote inorganique (TIN) dans le Central San d'ici 2034. L’usine conventionnelle de boues activées existante est conçue pour éliminer les solides et des matières organiques et est incapable d’éliminer l’azote. Les solutions traditionnelles d’amélioration du traitement, telles que la construction de nouveaux bassins d’aération et de clarificateurs, ont été estimées à environ 700 millions de dollars, une option prohibitive encore compliquée par la présence de sols contaminés sur le site d’expansion proposé.
Pour relever ce défi, Central San a étudié la technologie du bioréacteur aéré à membrane (MABR, Membrane Aerated Biofilm Reactor) en tant qu’alternative innovante aux procédés de traitement conventionnels. Central San s'est associé à Veolia pour tester son système ZeeLung MABR, qui permet de renforcer les processus et d'améliorer le traitement dans les infrastructures existantes. Le MABR utilise des membranes perméables aux gaz pour fournir de l’oxygène directement à un biofilm qui se développe à la surface de la membrane, créant ainsi des conditions favorables à la nitrification et à la dénitrification. Les cassettes ZeeLung MABR sont immergées dans les réservoirs existants pour augmenter la capacité d’élimination de l’azote d’un système conventionnel à boues activées.
D’avril au novembre 2024, un système pilote ZeeLung MABR (2,5-6 gallons par minute) a été exploité à Central San avec les objectifs suivants :
- Confirmer la capacité du biofilm MABR à éliminer l’ammoniac malgré la présence de cyanure provenant de l’incinération des solides qui est connu pour inhiber les procédés de nitrification conventionnels.
- Déterminer le taux d’élimination de l’ammoniac tout en fonctionnant à de faibles temps de rétention des solides (SRT, Solids Retention Times).
- Tester le contrôle de l’épaisseur du biofilm dans diverses conditions.
- Identifier l’emplacement optimal pour la mise en œuvre à grande échelle du ZeeLung MABR.
Résultat
L'étude pilote a démontré avec succès que la technologie MABR de ZeeLung pouvait permettre la réduction nécessaire de l'étain tout en utilisant l'infrastructure de traitement existante de Central San. Voici quelques-unes des principales conclusions :
- L’objectif de réduction de 40 % de l’étain a été atteint grâce au MABR, qui pourrait être amélioré grâce à une intégration complète dans l’usine.
- Formation et nitrification constantes du biofilm malgré l’exposition au cyanure, un inhibiteur biologique connu de l’élimination de l’azote.
- Les taux d’élimination de l’ammoniac ont permis d’atteindre l’objectif de 2 grammes par mètre carré de surface de membrane et par jour.
- Des taux de charge de carbone soluble plus élevés ont amélioré l’efficacité de la réduction de l’étain.
- Des performances stables ont été maintenues même dans les conditions les plus difficiles.
Ces résultats proviennent d’un projet pilote de sept mois fonctionnant à 4 gallons par minute et ont validé le ZeeLung MABR en tant que solution de conformité viable et rentable pour se conformer à la réglementation sans travaux de construction majeurs. Des essais complets à grande échelle, prévus pour 2026, fourniront des données de performance supplémentaires.
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Figure 1: TIN reduction during pilot phases 2 and 3. Greater than 40% TIN removal was observed in Phase 3, when sufficient carbon was available for denitrification in the biofilm |
Figure 2 : taux de nitrification du MABR au cours des phases pilotes. Les phases avaient des taux de charge et des sources d’alimentation variables, la phase 1 ayant la charge de carbone et de cyanure la plus faible et la phase 3 la plus élevée. |
Conclusion:
En tirant parti de la technologie ZeeLung MABR, Central San est en mesure de répondre aux futures réglementations en matière d’élimination des nutriments de manière rentable et durable. Cette approche permet à la fois de réduire les dépenses d'investissement, et de maximiser l’efficacité des installations de traitement existantes, créant ainsi un précédent pour les solutions innovantes de gestion des eaux usées dans la région de la baie de San Francisco et dans l’ensemble de l’industrie.