Dans le traitement anaérobie des eaux usées domestiques, le temps de rétention est maintenu pendant plus de 2 heures, le temps de rétention anoxique pendant plus de 2 heures et le temps de rétention en réservoir aérobie pendant 6 heures. Il semble que les temps de rétention anaérobie et anoxique soient destinés à une meilleure élimination de la matière organique. Si la teneur en matière organique est faible, faut-il raccourcir le temps de rétention ? Et si la teneur en matière organique est élevée, faut-il prolonger le temps de rétention ? Quel serait l’impact si le temps de rétention est trop long ou trop court ? Il semble qu’un temps de rétention aérobie plus long facilite la croissance des bactéries nitrifiantes pour une élimination plus efficace de l’azote ammoniacal. Merci, experts, pour (l'explication scientifique populaire) !
Le temps de rétention hydraulique (HRT) est souvent négligé dans la gestion quotidienne des opérations, alors qu'il s'agit d'une donnée de référence importante, notamment pour les systèmes d'élimination de l'azote et du phosphore !
1. Qu'est-ce que le temps de rétention hydraulique (HRT) ?
Le temps de rétention hydraulique (abrégé en HRT) est un terme utilisé dans les processus de traitement de l'eau. Il s'agit du temps moyen pendant lequel les eaux usées à traiter restent dans le réacteur, c'est-à-dire le temps moyen de réaction entre les eaux usées et les micro-organismes dans le réacteur biologique.
Pour le traitement biologique, le THS doit répondre aux exigences du procédé spécifique. Sinon, si le THS est insuffisant, les réactions biochimiques seront incomplètes, conduisant à une efficacité de traitement plus faible. A l’inverse, un HRT trop long peut provoquer un vieillissement des boues dans le système.
Tableau : THS pour différents processus de traitement des eaux usées
Lorsque l’efficacité du traitement est faible, la valeur HRT de conception peut être utilisée à des fins de vérification. Lors de la vérification du HRT, le débit doit inclure le débit de retour des boues. Si le HRT est trop faible, le débit des eaux usées doit être diminué lentement ; s'il est trop important, le débit des eaux usées doit être augmenté lentement. Notez que tout changement dans le débit des eaux usées doit être effectué progressivement pour éviter d'imposer une charge de choc sur le système. Compte tenu de la nature complexe du traitement des eaux usées, la réduction du débit d’eaux usées entrantes ne doit pas être effectuée à la légère ; les ajustements doivent principalement être effectués sur le débit de retour.
Dans le procédé conventionnel à boues activées, le HRT détermine en grande partie le degré de traitement des eaux usées, car il détermine le temps de rétention des boues. Cependant, dans le procédé MBR (Membrane Bioreactor), l'effet de séparation de la membrane retient complètement les micro-organismes à l'intérieur de la cuve de réaction, obtenant ainsi une séparation complète du temps de rétention hydraulique et de l'âge des boues !
2. Calcul du temps de rétention hydraulique (HRT)
Il existe en fait deux types de temps de rétention hydraulique dans le traitement des eaux usées : l’un est appelé temps de rétention hydraulique nominal et l’autre est le temps de rétention hydraulique réel !
1. Temps de rétention hydraulique nominal
Comme son nom l'indique, il s'agit d'un calcul basé sur la définition : le temps de rétention hydraulique est égal au volume efficace du système de traitement des eaux usées divisé par le débit d'affluent.
Si le volume effectif du système de traitement des eaux usées est V (m³) et Q est le débit horaire d'afflux (m³/h), alors la formule du temps de rétention hydraulique est :
`THS=V/Q`
2. Temps de rétention hydraulique réel
Le temps de rétention hydraulique réel fait référence au temps réel où les eaux usées restent réellement dans le système de traitement et doit tenir compte du débit de retour des boues :
Si le volume effectif du système de traitement des eaux usées est V (m³), Q est le débit horaire d'affluent (m³/h) et R est le taux de recirculation des boues, alors la formule du temps de rétention hydraulique est :
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Ainsi, dans un système d’élimination de l’azote, le débit de recirculation interne est-il inclus dans le calcul du temps de rétention hydraulique réel du réservoir anoxique ? Cette question a été débattue. Généralement, le débit de recirculation interne n'est pas inclus dans la formule du HRT réel du réservoir anoxique. Les réglementations ne fournissent généralement qu’une plage pour le HRT du réservoir anoxique. Pour le calcul du réservoir anoxique HRT, le taux de recirculation externe R est inclus sans contestation ; il est généralement admis que le débit d'influent effectif est (1+R)Q.
Par conséquent, le HRT du réservoir anoxique est généralement considéré comme HRT=V / [(1 + R) Q].
Concernant la question de savoir si le débit de recirculation interne doit être comptabilisé pour le réservoir anoxique HRT, d'un point de vue macroscopique, si le taux de recirculation interne r=4 ou N, nous considérons que l'eau est recirculée 4 ou N fois. Ainsi, bien que le temps de rétention par passage soit court, le temps total sur 4 ou N passages s'avère équivalent, compensant efficacement l'influence de la recirculation interne.
Le débit de recirculation interne n’est donc pas inclus dans la formule.
3. Le rôle du temps de rétention hydraulique (HRT)
Effet du THS sur l'élimination de l'azote
Dans le procédé A²/O, dans des conditions de HRT suffisamment long, il existe une bonne efficacité d'élimination pour NH₃-N. Si le HRT est trop court, les différentes populations microbiennes présentes dans la cuve de réaction n'ont pas suffisamment de temps pour se développer, les boues sont éliminées trop rapidement et les réactions de nitrification et de dénitrification ne se déroulent pas complètement. Lorsque le HRT atteint une certaine valeur, suffisante pour que les réactions dans chaque réacteur se déroulent pleinement, une augmentation supplémentaire du HRT ne fait qu'ajouter une charge économique sans apporter une amélioration plus significative de l'élimination de l'azote.
Cependant, des recherches sur les processus hybrides MBR ont indiqué que dans la plage HRT testée (4,97 h - 8.70 h), l'efficacité d'élimination du TN du système augmentait à mesure que le HRT diminuait. En effet, dans des conditions de HRT prolongées, le taux de charge organique du système diminue, ce qui peut intensifier la respiration endogène de la biomasse, affecter l'activité des boues et finalement réduire l'efficacité d'élimination des polluants du système. La réduction du HRT peut augmenter le taux de charge organique du système, améliorant ainsi la capacité de dénitrification du système et, enfin, les performances d'élimination de l'azote.
Effet du THS sur l'élimination du phosphore
Dans le processus SBR, le HRT a un impact relativement faible sur l'efficacité d'élimination du PO₄³⁻-P ; ce processus ne montre pas d'élimination significative pour PO₄³⁻-P. Cela pourrait être dû au fait que les bactéries dénitrifiantes et les organismes accumulateurs de polyphosphates (PAO) sont tous deux hétérotrophes. Les bactéries dénitrifiantes peuvent absorber et utiliser les AGV avant les PAO pour la dénitrification, et les PAO ont des exigences plus strictes en matière de sources de carbone que les bactéries dénitrifiantes – la matière organique facilement biodégradable est utilisée préférentiellement par les bactéries dénitrifiantes. Cela conduit à moins de source de carbone adsorbée par les PAO, donc moins d'AGV, ce qui entraîne moins de PHB (poly- -hydroxybutyrate) généré dans des conditions anaérobies. Par conséquent, l’énergie nécessaire à la libération du phosphore est relativement réduite.
Les recherches sur le procédé A²/O montrent qu'à mesure que le HRT augmente, l'efficacité d'élimination du TP n'augmente pas nécessairement de manière continue, mais montre plutôt une tendance à l'augmentation puis à la diminution. Lorsque le HRT est de 8 heures, l’efficacité d’élimination des TP est la plus élevée, indiquant les meilleures performances d’élimination. Lorsque le HRT augmente jusqu'à 12 heures, l'efficacité d'élimination du TP montre une tendance à la baisse et les performances d'élimination du phosphore se détériorent. Cela indique qu'un THS suffisamment long est bénéfique pour l'élimination du TP. Cependant, à mesure que le THS augmente, le taux d’élimination du TP diminue progressivement, ce qui peut avoir un effet néfaste sur l’élimination du phosphore. Cela peut être dû au fait que si le HRT est trop grand, cela peut entraîner la formation de boues.