Dans le processus d’épuration des eaux usées, le traitement biologique secondaire est utilisé pour éliminer la matière organique dissoute à l’aide de micro-organismes. Une pratique courante pour déterminer la performance de ce traitement est le ratio nourriture/microorganismes (F:M). Pour déterminer la portion nourriture (F) du ratio, l’analyse du carbone organique total (COT) peut fournir des données plus précises et plus fiables que d’autres méthodes afin de réduire le risque de non-conformité réglementaire et d’aider à optimiser le traitement biologique secondaire.
Le traitement biologique secondaire est une étape cruciale de l’épuration des eaux usées qui utilise des micro-organismes pour éliminer les nutriments organiques et autres (azote et phosphore). Un fonctionnement optimal nécessite un équilibre entre les micro-organismes et la contamination (aliments biologiques) des eaux usées. La mise en œuvre du traitement biologique peut varier d’une installation à l’autre. Les installations municipales de traitement des eaux usées ont tendance à avoir une charge organique plus constante dans leurs eaux usées, tandis que les eaux usées industrielles ont tendance à fluctuer plus fréquemment et plus rapidement en fonction des activités de production. Ces fluctuations peuvent être problématiques pour le traitement biologique, car les micro-organismes utilisés dans ce processus réagissent lentement aux changements de charge et sont facilement submergés. Cela peut entraîner une perturbation de l’efficacité du traitement et de l’élimination des contaminants. Afin d’éviter toute interruption du traitement et d’optimiser les performances du processus, les opérateurs peuvent surveiller leurs taux de charge organique et leur population de micro-organismes à l’aide du ratio nourriture/microorganismes (F:M). Le rapport F:M est souvent utilisé pour contrôler et gérer l’aération, l’égalisation, le retour des boues activées et tout maintien des micro-organismes.
Le rapport F:M peut être un paramètre bénéfique pour les opérateurs de traitement des eaux usées. En effet, celui-ci apporte une compréhension fondamentale de l’équilibre entre la charge organique dans les eaux usées et la population de micro-organismes disponibles pour les utiliser comme source d'énergie. Cependant, la détermination du rapport approprié dépend de mesures adéquates, fiables et opportunes des éléments F et M qui permettent d’obtenir une élimination optimale des contaminants et un fonctionnement efficace.
La part nourriture (F) provenant de la charge des eaux usées du ratio F:M est généralement déterminée par la demande biologique en oxygène (DBO) ou de la demande chimique en oxygène (DCO). La DBO et la DCO sont des procédures analytiques qui mesurent la consommation biologique ou chimique d’oxygène d’un échantillon, en corrélation avec la quantité de matière organique présente dans les eaux usées. La rapidité de ces méthodes et leur sensibilité aux interférences ne sont pas idéales pour l’optimisation des processus, alors que le COT offre de nombreux avantages. Nous y reviendrons plus en détail dans la section suivante.
La part microorganisme (M) ou biomasse dans le réacteur est mesurée par les solides totaux des matières en suspension dans la liqueur mélangée (MSLM) ou des matières en suspension volatiles dans la liqueur mélangée (MLVSS), fraction volatile des solides totaux, également considérée comme suspension microbiologique. Les opérateurs calculent les MLSS en multipliant la concentration de MLSS (mg/L) par le volume du bassin d’aération (MG) et la densité de l’eau. Pour calculer les MLVSS, ceux-ci multiplié par le % de matières volatiles. Bien que ces méthodes puissent sembler simples et directes, elles présentent certains inconvénients qui peuvent rendre difficile l’utilisation du ratio F:M pour l’optimisation des processus.
Comment le COT améliore le contrôle des processus
Les opérateurs ne peuvent pas se fier uniquement à l’utilisation du ratio F:M avec ces méthodes traditionnelles en raison de plusieurs inconvénients et interférences. La part F peut inclure des composés qui ne seront pas facilement dégradés par les micro-organismes, tandis que la part M suppose que tous les solides sont des micro-organismes (même les morts). La DBO prend jusqu’à 5 jours pour obtenir des résultats et est sensible aux interférences telles que les dispositifs d'assainissement, le chlore et les sels qui peuvent entraîner des résultats inexacts. Bien que la DCO prenne 2 à 3 heures pour obtenir des résultats, elle est également sensible aux interférences, notamment les nitrites, les composés ferriques, les sulfures et les chlorures, et utilise des produits chimiques toxiques pendant l’analyse. De plus, la demande en oxygène mesurée par des méthodes réglementées est basée sur des analyses en laboratoire, ce qui prolonge le délai d'obtention des résultats.
En raison de ces limitations, il est difficile pour les opérateurs d’obtenir des résultats précis, ce qui est particulièrement problématique pour les installations dont la charge organique varie fréquemment. L’utilisation du carbone organique total (COT) pour surveiller le contenu organique des eaux usées est plus efficace que la DBO et la DCO, car elle quantifie directement la contamination organique (nourriture) dans la charge des eaux usées. Parmi les autres avantages de l’utilisation du COT par rapport à la demande en oxygène, on peut citer la capture complète de toutes les matières organiques, l’obtention de résultats en quelques minutes plutôt qu’en quelques heures ou jours, l’obtention d’une précision de 2 à 5 % contre 10 à 20 % et la prévention des interférences dues à d’éventuels co-contaminants dans l’alimentation en eaux usées. Pour déterminer la charge organique d’un flux d’eaux usées en temps réel, un analyseur en ligne peut être installé pour observer les changements dans la charge organique des eaux usées et prendre des décisions rapides pour optimiser l’efficacité du traitement. Des données plus précises et plus fiables provenant de la surveillance du COT peuvent réduire le risque de non-conformité réglementaire et aider à optimiser l’aération. De même, l’ATP offre des avantages significatifs par rapport aux MLSS ou aux MLVSS pour la partie micro-organismes (M) du ratio en mesurant la population réelle de biomasse active. Cela peut réduire la variabilité d’un site à l’autre associée aux solides en suspension. L’utilisation du COT et de l’ATP offre des ratios F:M réels, fiables et adaptables qui peuvent offrir des plages de fonctionnement optimales claires.
Le traitement biologique joue un rôle essentiel dans l’élimination des composés organiques des eaux usées et la surveillance du ratio F:M permet de garantir l’efficacité du traitement. En surveillant les aliments provenant de la charge des eaux usées à l’aide de COT et des micro-organismes dans le bioréacteur à l’aide de l’ATP, les opérateurs peuvent prendre des mesures en cas de pic de charge organique et ajuster les paramètres pour optimiser le traitement à l’aide de données en temps réel.
Auteur : Sara Speak
Sara Speak est spécialiste de l’application des produits chez Veolia Water Technologies & Solutions, où elle fournit une assistance et une expertise en matière d’applications aux clients de Sievers Analytical Instruments dans des secteurs tels que la chimie, la pétrochimie, l’agroalimentaire et les eaux usées municipales.
Sara travaille avec les clients pour fournir des formations, soutenir les installations de produits, optimiser l’utilisation des équipements et démontrer la faisabilité de différentes applications de test. Avant d’occuper son poste actuel, elle était technicienne de service en usine, responsable de la réparation et du dépannage des instruments Sievers. Auparavant, Sara a travaillé dans l’industrie des aliments et des boissons en tant que technicienne de laboratoire en assurance de la qualité chez MillerCoors et Leprino Foods. Elle est titulaire d’un baccalauréat ès sciences (B.S.) en chimie et d’un baccalauréat en musique (B.M.) en interprétation du violon de la Metropolitan State University de Denver.
- Références
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