En raison de la composition diversifiée des eaux usées industrielles, les systèmes de traitement nécessitent souvent une combinaison de plusieurs méthodes pour atteindre les normes de rejet requises. Les méthodes de traitement des eaux usées sont classées en quatre catégories en fonction des techniques utilisées : physiques, chimiques, physicochimiques et biologiques. Le traitement biologique utilise les processus métaboliques des micro-organismes présents dans les eaux usées pour décomposer la matière organique biodégradable. Reconnue pour sa grande capacité de traitement, sa rentabilité-et sa fiabilité économique, il s'agit de la méthode de traitement de l'eau la plus répandue dans le monde.
Application des aérateurs dans le traitement des eaux usées
Les méthodes de traitement biologique sont divisées en deux grandes catégories en fonction des besoins en oxygène des micro-organismes impliqués : aérobie et anaérobie. Généralement, les méthodes aérobies sont plus adaptées aux eaux usées à faible concentration-, telles que les effluents des usines d'éthylène, tandis que les méthodes anaérobies sont mieux adaptées aux boues et aux eaux usées à concentration plus élevée-. Le traitement biologique aérobie peut être classé en procédés à boues activées et en procédés à biofilm.
Le procédé à boues activées est une amélioration artificielle de la purification naturelle de l’eau, reposant sur les boues activées comme principal agent d’élimination des polluants organiques. Les micro-organismes aérobies présents dans les boues activées nécessitent la présence d'oxygène pour fonctionner efficacement. Dans le bassin d’aération d’un système de traitement biologique des eaux usées, l’efficacité du transfert d’oxygène est positivement corrélée au taux de croissance des micro-organismes aérobies. L'apport en oxygène doit être déterminé de manière globale en fonction de la quantité et des caractéristiques physiologiques des micro-organismes aérobies, ainsi que de la nature et de la concentration du substrat. Cela garantit que les boues activées fonctionnent dans leur état optimal pour la dégradation de la matière organique. Les résultats expérimentaux indiquent que l'oxygène dissous (OD) dans le réservoir d'aération doit être maintenu à 3-4 mg/L. Un apport insuffisant en oxygène entraîne de mauvaises performances des boues activées et une efficacité de traitement réduite. Pour garantir un approvisionnement adéquat en oxygène, des équipements spécialisés, tels que des aérateurs, sont essentiels.
Principe d'aération
L'aération est un moyen d'obtenir un contact intense entre l'air et l'eau. Son objectif est de dissoudre l’oxygène de l’air dans l’eau ou d’éliminer les gaz indésirables et les substances volatiles de l’eau dans l’air. En d’autres termes, il favorise le transfert de masse entre les phases gazeuse et liquide. L'aération remplit également d'autres fonctions critiques, telles que le mélange et l'agitation.
Le transfert d’oxygène de l’air vers l’eau implique un transfert de masse de la phase gazeuse vers la phase liquide. Une théorie largement appliquée décrivant ce processus de diffusion est la théorie des deux-films proposée par Lewis et Whitman. Cette théorie postule qu'un film gazeux et un film liquide existent à l'interface gaz-eau. Les régions situées à l’extérieur de ces films subissent respectivement un écoulement turbulent d’air et d’eau. Entre les films gazeux et liquides se trouve une région d’écoulement laminaire où la convection est absente, créant des gradients de pression et de concentration dans certaines conditions. Si la concentration en oxygène dans le film liquide est inférieure au niveau de saturation de l'eau, l'oxygène de l'air continue de se diffuser à travers les films dans le plan d'eau. Ainsi, les films liquides et gazeux constituent la principale résistance au transfert d’oxygène. De toute évidence, le moyen le plus efficace de vaincre la résistance du film liquide est de renouveler rapidement l’interface gaz-liquide.
L'aération y parvient précisément en :
1. Réduire la taille des bulles
2. Augmentation de la quantité de bulles
3. Améliorer la turbulence du liquide
4. Augmentation de la profondeur d'installation de l'aérateur
5.Prolongation du temps de contact avec les bulles-liquide
Les équipements d'aération sont largement adoptés dans le traitement des eaux usées sur la base de ces principes.