Challenge
La station de traitement des eaux usées Yorkville-Bristol Sanitary District (YBSD), située à Yorkville, dans l'Illinois, couvre une population de 22 000 habitants et se rejette dans la rivière Fox. La station est conçue pour un débit nominal moyen de 3,62 MGD (13,7 MLD). Avant le 2017, l'installation était un système de boues activées nitrifiantes à une voie.
L'augmentation de la population et l'arrivée de nouveaux apports industriels avaient été anticipés comme pouvant entraîner un dépassement de la capacité organique nominale de l'installation. Dans le même temps, l'YBSD a dû se mettre en conformité avec une nouvelle limite concernant le phosphore total, fixée à 1 mg/L. Dans ce contexte, l'usine a dû être modernisée afin d'augmenter sa capacité de traitement organique et de procéder à l'élimination du phosphore.
L’empreinte du site existant est limitée ; Une modernisation conventionnelle nécessiterait la construction d’une station de traitement distincte sur une propriété attenante. Le YBSD recherchait une solution de modernisation qui minimiserait les dépenses d'investissement et éviterait d'importantes transformations de génie civil de l'installation, tout en accélérant le calendrier de mise en œuvre en évitant le temps nécessaire à l'obtention d'un permis et à la construction d'une nouvelle installation.
Solution
Le YBSD a choisi de moderniser l’installation avec la technologie ZeeLung de Veolia en combinaison avec l’élimination biologique améliorée du phosphore (EBPR) pour les raisons suivantes :
1. Augmentation de 45 % de la capacité de traitement organique dans le volume du bioréacteur existant
2. 75 % d’économies sur les coûts d’investissement par rapport à une mise à niveau conventionnelle
3. Mise en œuvre rapide avec conception et construction en 18 mois
4. Synergie entre le système ZeeLung et l’élimination biologique du phosphore
5. Pas d’augmentation nette de la consommation énergétique, malgré l’augmentation de la capacité et la limite plus stricte pour les effluents
La technologie ZeeLung utilise un milieu de transfert de gaz innovant pour fournir de l’oxygène à un biofilm qui est fixé à la surface du support. L’oxygène est délivré vers le biofilm par diffusion à travers le média, ce qui réduit jusqu’à quatre fois l’énergie nécessaire à l’apport d’oxygène par rapport à une aération conventionnelle. L’immersion des cassettes ZeeLung dans une liqueur mélangée augmente le stock de biomasse dans un système de traitement, intensifiant ainsi le processus de traitement biologique et permettant de traiter une charge organique accrue dans les réacteurs biologiques existants.
Avant la mise à niveau avec la technologie ZeeLung, le système de boues activées de YBSD était configuré avec deux files de traitement parallèles, chacune avec cinq réacteurs aérobies en série. La mise à niveau a consisté à modifier le premier bassin en zone anaérobie (pour favoriser la croissance d’organismes accumulateurs de phosphore) et le second bassin en une zone anoxique équipé de cassettes ZeeLung. Les cassettes ZeeLung accueillent un biofilm nitrifiant qui permet la nitrification et la dénitrification simultanées en zone anoxique.
Résultat
La phase 1 de la modernisation de ZeeLung, qui comprenait la modernisation de l’une des deux files de traitement, a été mise en service en 2017 (figure 2).
La mise à niveau avec la technologie ZeeLung augmente la capacité de traitement organique nominale de l’usine de 45 % après la mise en œuvre complète (Figure 3).
La figure 4 présente les performances du système ZeeLung au cours des 5 premières années. Les performances de transfert d’oxygène et de nitrification de la technologie ZeeLung ont été constantes tout au long des 5 années de fonctionnement en continu.
L’amélioration de l’élimination de l’azote par la technologie ZeeLung a un impact positif sur l’élimination du phosphore en réduisant la charge en nitrate dans la zone anaérobie. Le rendement de l’élimination du phosphore de l’YBSD est résumé à la figure 5.