Bioréacteur aéré à membrane ZeeLung*

Intensification simple et durable des boues activées

Améliorer les centrales de traitement des eaux pour augmenter les capacités ou l'élimination des nutriments peut être remis en cause par la complexité du processus, le besoin d'avoir des réservoirs plus grands et la hausse d'énergie consommée.

Le bioréacteur aéré à membrane (MABR) ZeeLung est une solution innovante qui optimise la capacité de traitement des volumes de réservoir existants tout en réduisant la consommation énergétique. Les solutions conventionnelles imposent la construction de nouveaux réservoirs et d'autres technologies d'intensification des processus sont complexes et gourmandes en énergie. Le MABR ZeeLung, quant à lui, constitue une solution simple qui augmente la capacité de traitement des actifs existants et réduit la consommation.

Il s'agit d'une intensification simple et durable des processus de traitement des eaux usées

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Études de cas
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Aperçu

ZeeLung MABR est un processus de biofilm de nouvelle génération qui utilise un support perméable au gaz pour envoyer l'oxygène vers un biofilm placé en surface du support.

Le MABR ZeeLung optimise la capacité de traitement des volumes de réservoir existants tout en réduisant la consommation énergétique.

Durant le traitement secondaire, les bactéries métabolisent nutriments et matières organiques et ont besoin d'un flux d'oxygène pour réaliser cette opération. En général, l'oxygène est envoyé via des diffuseurs afin de créer des bulles. Cependant, la majorité de l'oxygène remonte inutilisé vers la surface, ce qui représente une perte d'énergie précieuse. Chez Veolia, nous avons identifié une nouvelle approche. Alors que les solutions conventionnelles nécessitent la construction de nouveaux réservoirs, le MABR ZeeLung augmente la capacité de traitement des actifs existants et réduit la consommation d’énergie. ZeeLung permet l'intensification et la résilience des processus.

Le MABR ZeeLung résout les problèmes de traitement suivants :

Augmentation de la capacité de traitement
Améliore l'élimination de l'ammoniaque
Intégration de l'élimination de l'azote
Permet l’élimination du phosphore biologique

Avantages du MABR ZeeLung

Intensification du processus : Jusqu'à 50 % d'augmentation de la capacité de traitement et/ou de la performance dans les volumes de réservoir existants
Résilience du processus : le biofilm de croissance fixé est résistant aux modifications de charge et aux spéciales.
Une solution simple : ls cassettes ZeeLung sont installées dans les réservoirs de bioréacteurs existantes, ce qui évite de construire de nouveaux réservoirs et permet une mise en œuvre rapide.
Réduction de la consommation d'énergie et atténuation des émissions de GES : réduction de 4 fois de la consommation d'énergie pour l'aération et atténuation potentielle des émissions de N2O.

Fonctionnement

Fonctionnement du bioréacteur aéré à membrane ZeeLung

L'oxygène est délivré vers le biofilm par diffusion sans utilisation de bulles. Il en résulte une consommation d'énergie 4 fois plus faible pour le transfert d'oxygène par rapport à l'aération par fines bulles. Les polluants, comme l'ammoniaque et les matières organiques, se diffusent depuis la solution vers le biofilm où les bactéries du biofilm bénéficient de conditions optimales pour les éliminer

large-ZeeLung biofilm

large-ZeeLung construction

Le produit est un support renforcé avec une base de mailles supportant de multiples filaments perméables au gaz. Cette construction, considérée comme un cordon, est flexible sans pouvoir être rompue. De multiples cordes sont fixées dans les têtes en haut et en bas pour créer un module et les modules sont installés sur un cadre en acier qui forme une cassette. Les cassettes sont déployées dans une liqueur mélangée à l'intérieur d'un réacteur biologique. L'air à basse pression est envoyé vers les cassettes pour transférer l'oxygène et le mélange au système.

L’installation de cassettes du MABR ZeeLung dans un réacteur à boues activées permet d’augmenter le stock de biomasse dans le système sans augmenter la concentration u mélange. Ainsi, le même volume de réacteur dispose d'une plus grande capacité de traitement.

large-ZeeLung Reactor

large-ZeeLung Counter Diffusion

L’interaction du processus entre oxygène et polluants est différente dans un système MABR ZeeLung par rapport aux procédés conventionnels de boues actives et de biofilm. Avec le MABR ZeeLung, l’oxygène et les substrats, tels que l’ammoniaque et les matières organiques, pénètrent dans le biofilm depuis les côtés opposés dans une configuration de contre-diffusion. Cela crée des conditions favorisant la croissances des nitrifiants dans le biofilm. Cela peut s'expliquer par la forte capacité de diffusion de l'ammoniaque dans un biofilm par rapport aux substrats organiques et la disponibilité de l'oxygène dissous qui est plus élevé à la surface du support. La croissance préférentielle de nitrites par rapport aux hétérotrophes signifie que le biofilm ZeeLung « surcharge » la nitrification dans un système de boue activée. La nitrification et la dénitrification simultanées peut intervenir en installant les cassettes ZeeLung dans une zone anaérobie.

Les cassettes du MABR ZeeLung sont simplement déployées dans les réservoirs existants avec un impact minimal sur l’équipement et les opérations en place. Cela fait du MABR ZeeLung une solution économique et polyvalente pour augmenter les performances des installations.

ZeeLung Severn Trent

Études de cas

Le MABR ZeeLung offre un traitement à faible consommation d’énergie et à empreinte réduite à la station de traitement de North Toronto: Télécharger l'étude de cas complète

La station de traitement de Toronto Nord est l'une des quatre stations d'épuration des eaux usées détenues et exploitées par la ville de Toronto. Elle été mise en service en 1929 et fonctionne depuis près d'un siècle. Comme de nombreuses stations au Canada, elle doit atteindre un niveau de traitement plus élevé que celui pour lequel elle a été conçue à l'origine. La ville a bénéficié de ce projet de modernisation pour évaluer des technologies novatrices permettant de réaliser des économies d'énergie et d'améliorer le traitement dans un espace compact. La ville a choisi d'implanter une modernisation MABR sur un quart de la station de traitement secondaire existante. La station comprend une instrumentation en ligne pour faciliter la surveillance et l'optimisation de la performance du système MABR, ainsi que la comparaison avec les voies de boues activées conventionnelles.
Le MABR ZeeLung et zeeDENSE intensifient l’épuration des eaux usées dans le district sanitaire de Yorkville-Bristol: Télécharger l'étude de cas complète

Le Yorkville-Bristol Sanitary District a été confronté à de multiples défis, notamment des contraintes de capacité dues à la croissance démographique et aux charges industrielles, des limitations d’espace et des exigences de conformité en matière de rejet de phosphore. En 2017, ils ont mis en œuvre la technologie ZeeLung MABR comme solution. Lorsque l’augmentation du débit a créé de nouveaux problèmes de capacité du clarificateur, l’installation a été modernisée en 2023 avec le MABR ZeeLung et la technologie zeeDENSE offrant une augmentation de 40 % de la capacité du clarificateur secondaire sans nouvelle construction et 75 % d’économies chimiques grâce à une élimination biologique optimisée du phosphore.
Le MABR ZeeLung fournit à la station de traitement des eaux usées de Hespeler un système d’élimination des nutriments à l’épreuve du temps: Télécharger l'étude de cas complète

La station de traitement des eaux usées (STEU) de Hespeler, à Cambridge (Ontario), est l'une des 13 stations traitant plus de 600 000 habitants de la région de Waterloo. POUR répondre à la croissance projetée, la région a dû accroître le STEU Hespeler. Cette STEU était constituée d'un système à boues activées homologué pour l'élimination des MEST et de la DBO, et se voyait contrainte d'augmenter sa capacité et d'anticiper un futur besoin d'élimination de l'ammoniaque. Au lieu de construire de nouveaux bassins de boues activées, la région de Waterloo a modernisé la station avec une solution ZeeLung MABR afin d'économiser 50 % du coût d'investissement d'une modernisation conventionnelle. Le système ZeeLung MABR ménage l'espace sur le site et réduit l'énergie d'aération. Le système ZeeLung est en service depuis la fin de l'année 2022
Le MABR ZeeLung élimine efficacement l’ammoniac avec une faible consommation d’énergie dans la station d’épuration de Severn Trent Spernal: Télécharger l'étude de cas complète

La station d'épuration des eaux usées de Spernal-Redditch, située près de Birmingham, au Royaume-Uni, abrite le centre de valorisation des ressources et de l'innovation de Severn Trent Water, où peuvent être évaluées des technologies compatibles avec une approche de faible consommation d'énergie et relevant de l'économie circulaire. En 2020, Severn Trent a commandé une mise à niveau ZeeLung MABR d'une filière de boues activées existante afin de démontrer le potentiel de la technologie pour traiter les augmentations de charges d'ammoniac associées à la croissance de la population et à la modification de la composition des eaux usées dans l'infrastructure existante. Le projet s'est également concentré sur la manière dont la technologie ZeeLung MABR peut permettre de réduire la consommation énergétique et de limiter les émissions de N2O en vue de contribuer à l'engagement de l'industrie de l'eau du Royaume-Uni en faveur de la neutralité carbone.
Démonstration de l’intensification du procédé du MABR ZeeLung à l’usine de récupération des eaux O’Brien de Chicago: Télécharger l'étude de cas complète

Le Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago (MWRD) a plus de 100 ans d’expérience dans l'épuration innovante des eaux usées. L’usine de récupération des eaux O’Brien (OWRP) traite les eaux usées municipales avec un certain apport industriel à un débit journalier moyen de 230 millions de gallon par jour et des pointes de 500 millions de gallon par jour par temps de pluie, ce qui pose des problèmes d’ammoniac au printemps. Le MWRD s’est associé à Veolia pour évaluer le potentiel du MABR ZeeLung à intensifier le processus de traitement biologique en assurant la nitrification dans un volume de bassin beaucoup plus petit que les exigences conventionnelles en matière de boues activées, augmentant ainsi la capacité des bassins d’aération existants pour instaurer une zone anaérobie pour une élimination biologique améliorée du phosphore, sans qu’il soit nécessaire de construire des infrastructures supplémentaires.
La technologie du MABR ZeeLung permet une épuration des eaux usées décentralisée et compacte, qui consomme peu d’énergie et offre un rendement élevé.: Télécharger l'étude de cas complète

Burwood Brickworks, dans l'État de Victoria, en Australie, a été conçu pour être le centre commercial le plus respectueux de l'environnement au monde. Deux aspects importants sont la réutilisation de l'eau et l'efficacité énergétique. Les développeurs de cet ensemble immobilier commercial ont donc voulu une solution de réutilisation de l'eau à faible consommation d'énergie pour le traitement des eaux noires et des eaux pluviales collectées sur le site avec des commerces de détail. Aquacell, leader mondial dans la conception et la construction de solutions commerciales recyclées, a choisi la technologie ZeeLung MABR de Veolia pour l'intégrer à sa conception d'une solution de recyclage et de réutilisation économe en énergie pour le projet Burwood Brickworks. L'eau traitée sera réutilisée sur le site de Burwood Brickworks pour le rinçage, le refroidissement, l'irrigation et d'autres usages. La solution a été installée en septembre 2019 et mise en service en 2020. C'est un exemple de la façon dont la technologie MABR de ZeeLung peut être combinée avec d'autres solutions de traitement pour assurer une solution d'épuration des eaux usées d'excellente qualité et durable pour la réutilisation de l'eau décentralisée.
Démonstration au Royaume-Uni de l’amélioration de la qualité des nutriments par le MABR ZeeLung, compact et à faible consommation d’énergie: Télécharger l'étude de cas complète

La croissance démographique au Royaume-Uni a entraîné la nécessité d’accroître la capacité de traitement là où les terres sont limitées, ainsi que des exigences plus strictes en matière d’élimination des nutriments. Veolia s’est associé à une compagnie des eaux britannique pour évaluer la possibilité de moderniser les stations à boues activées avec le MABR ZeeLung, démontrant ainsi sa capacité à répondre aux exigences en BOD5 (10 mg/L) et en ammoniac (2 mg/L). Le projet a prouvé que le MABR ZeeLung pouvait améliorer l’élimination des nutriments tout en réduisant la consommation d’énergie.

Ressources

Littérature

Webinaires

Cinq ans de fonctionnement à grande échelle du ZeeLung MABR dans le district sanitaire de Yorkville-Bristol

Vidéos

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