Calcul et détail de la conception du processus MBBR
Par : Kate
Email:Kate@aquasust.com
Date : 12 juillet 2021
Table des matières
1. Qu'est-ce que le MBBR et le formulaire complet MBBR
2. Conception du processus MBBR
2.1 Introduction du support de biofilm
2.2 Élimination des substances carbonées
2.3 Conception de MBBR à charge élevée
2.4 Conception de charge conventionnelle MBBR
2.5 Conception de MBBR à faible charge
2.6 Nitrification de la technologie MBBR
2.7 Dénitrification du réservoir MBBR
2.7.1 Réacteur à biofilm à lit mobile avec pré-dénitrification
2.7.2 Réacteur à biofilm à lit mobile avec post-dénitrification
2.7.3 Réacteur à biofilm à lit mobile combiné pré/post dénitrification
2.7.4 Agitation de dénitrification
2.8 Prétraitement
2.9Séparation solide-liquide du MBBR
2.10 Considérations lors de la conception du MBBR
2.10.1MBBR Débit mobile (débit horizontal)
2.10.2 Problèmes de mousse de réservoir MBBR
2.10.3 Dégagement du plateau et stockage temporaire
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1. Qu'est-ce que le MBBR et le formulaire complet MBBR
Au cours des 20 dernières années, le réacteur à biofilm à lit mobile (MBBR) a évolué vers un procédé de traitement des eaux usées simple, robuste, flexible et compact. Différentes configurations de MBBR ont été utilisées avec succès pour l'élimination de la DBO, l'oxydation de l'ammoniac et l'élimination de l'azote, et peuvent répondre à différents critères de qualité des effluents, notamment des limitations strictes en matière de nutriments.
Le réacteur à biofilm à lit mobile utilise du plastique spécialement conçu comme support de biofilm et, grâce à l'agitation de l'aération, du liquide
Le support peut être mis en suspension dans le réacteur par reflux ou mélange mécanique. Dans la plupart des cas, le support est rempli entre 1/3 et 2/3 du réacteur. La polyvalence du MBBR permet à l’ingénieur concepteur d’utiliser au maximum son imagination. La principale différence entre le MBBR et les autres réacteurs à biofilm est qu'il combine de nombreux avantages des méthodes à boues activées et à biofilm tout en évitant autant que possible leurs inconvénients.
1) Comme les autres réacteurs à biofilm immergés, le MBBR est capable de former des biofilms actifs hautement spécialisés qui peuvent être adaptés aux conditions spécifiques au sein du réacteur. Le biofilm actif hautement spécialisé entraîne une efficacité élevée par unité de volume du réacteur et augmente la stabilité du processus, réduisant ainsi la taille du réacteur.
2) La flexibilité et le flux de traitement du MBBR sont très similaires à ceux des boues activées, permettant à plusieurs réacteurs d'être disposés séquentiellement le long de la direction d'écoulement pour répondre à plusieurs objectifs de traitement (par exemple, élimination de la DBO, nitrification, pré- ou post-dénitrification) sans le besoin d'une pompe intermédiaire.
3) La majeure partie de la biomasse active est retenue de manière persistante dans le réacteur, donc contrairement au procédé à boues activées, MBBR La concentration de solides dans l'effluent MBBR est au moins aussi élevée que la concentration de solides dans le réacteur. Le MBBR est d'un ordre de grandeur inférieur au bassin de sédimentation traditionnel, donc en plus du bassin de sédimentation traditionnel, le MBBR peut utiliser une variété de différents processus de séparation solide-liquide.
4) Le MBBR est polyvalent et le réacteur peut avoir différentes géométries. Pour les projets de rénovation, le MBBR est bien adapté à la rénovation des étangs existants.
2.Conception du processus MBBR
La conception du MBBR est basée sur le concept selon lequel plusieurs MBBR forment une série, chacun ayant une fonction spécifique, et que ces MBBR travaillent ensemble pour accomplir la tâche de traitement des eaux usées. Cette compréhension est appropriée car dans les conditions uniques fournies (par exemple, donneurs et accepteurs d'électrons disponibles), chaque réacteur est capable de cultiver un biofilm spécialisé capable d'être utilisé pour réaliser une tâche de traitement particulière. Cette approche modulaire peut être considérée comme une conception simple et directe composée d’une séquence de plusieurs réacteurs entièrement mélangés, chacun ayant un objectif de traitement unique. En revanche, la conception des systèmes à boues activées est très complexe : des réactions compétitives se produisant toujours, afin d'atteindre l'objectif de traitement souhaité dans le temps de séjour limité par chaque partie du bassin (zones d'aération et de non-aération), le le temps de séjour total des biosolides (SRT) doit être maintenu à un niveau approprié pour que les bactéries puissent se mélanger (en fonction des taux de croissance bactérienne et des propriétés de l'eau brute) et se développer ensemble.
C’est la simplicité du MBBR qui nous permet de bien comprendre le biofilm du MBBR dans la pratique grâce aux observations des chercheurs, des ingénieurs et des exploitants de stations d’épuration des eaux usées. La majorité de cet article présente des exemples d'observations MBBR, démontrant ainsi celles qui sont des composants et des facteurs critiques à prendre en compte dans la conception et le fonctionnement du MBBR.
● AquasusteMBBRPprocessusFfaibleDiagramme
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2.1Introduction du support de biofilm
La clé du succès de tout réacteur à biofilm est de maintenir un pourcentage élevé de volume bioactif à l’intérieur du réacteur. Si l'on convertit la concentration de biomasse sur les transporteurs MBBR en concentration de matières en suspension, les valeurs sont généralement d'environ 1 000 à 5 000 mg/l. En termes de volume unitaire, le taux d’élimination du MBBR est bien supérieur à celui des systèmes à boues activées. Cela peut être attribué aux éléments suivants.
1) La force de cisaillement appliquée au support par l'énergie de mélange (par exemple l'aération) contrôle efficacement l'épaisseur du biofilm sur le support, maintenant ainsi une activité biologique totale élevée.
2) La capacité de maintenir un niveau élevé de biomasse dédiée dans des conditions spécifiques au sein de chaque réacteur, indépendamment du HRT total du système.
3) Les conditions d'écoulement turbulent dans le réacteur maintiennent le taux de diffusion requis.
Les réacteurs à lit mobile peuvent être utilisés pour l’élimination de la DBO, la nitrification et la dénitrification, et peuvent donc être combinés dans différents processus. Le tableau 1-1 résume les différents processus du MBBR. La détermination du processus le plus efficace est liée aux facteurs suivants.
1) Conditions locales, y compris la disposition et la section hydraulique (élévation) de la station d'épuration des eaux usées.
2) Procédés de traitement existants et possibilité de modifier les installations et bassins existants.
3) Cibler la qualité de l’eau.
● Tableau 1-1 Récapitulatif du processus MBBR
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Finalité du traitement |
Processus |
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MBBR unique MBBR à haute charge placé avant le processus de boues activées |
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Nitrification |
MBBR unique MBBR défini après un traitement secondaire IFAS |
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Dénitrification dénitrification |
MBBR seul et post dénitrification, MBBR seul et post dénitrification, MBBR seul et pré et post dénitrification, Post-MBBR pour la dénitrification des effluents de nitrification. |
For moving bed reactors, the effective net biofilm area is the key design parameter, and the load and reaction rate can be expressed as a function of the carrier surface area, so the carrier surface area becomes a common and convenient parameter to express the performance of MBBR. the load of MBBR is often expressed as the carrier surface area removal rate (SAAR) or the carrier surface area loading (SALR). When the concentration of the host substrate is low (e.g., S>>K), the substrate removal rate of MBBR is zero-level response. When the main substrate concentration is low (e.g. S>>K), le taux d'élimination du substrat du MBBR est une réaction du premier ordre. Dans des conditions contrôlées, le taux d'élimination de la surface du porteur (SAAR) peut être exprimé en fonction de la charge de la surface du porteur (SALR), comme le montre l'équation (1-1).
r =rmaximum-[L/(K+L)] (1-1)
r - taux d'élimination (g/(m2 -d));
rmaximum- taux d'élimination maximum (g/(m2 -d)).
L - taux de chargement (g/(m2 -d)).
K - constante de demi-saturation.
2.2Élimination des substances carbonées
La charge surfacique (SALR) du support nécessaire à l'élimination du carbone dépend de son objectif de traitement le plus important et des méthodes de séparation des boues et de l'eau.
Le tableau 1-2 donne les plages de chargement de DBO couramment utilisées pour différentes applications. Des valeurs de charge inférieures doivent être utilisées lorsque la nitrification a lieu en aval. Des charges élevées ne doivent être utilisées que lorsque seule l’élimination du carbone est envisagée. L'expérience montre que pour l'élimination du carbone, un oxygène dissous dans la phase liquide principale de 2-3 mg/L est suffisant et qu'une augmentation supplémentaire de la concentration en oxygène dissous n'est pas significative pour améliorer le taux d'élimination de la surface porteuse (SARR).
● Tableau 1-2 Valeurs de chargement de DBO typiques
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Objectif de la demande |
DBO par unité de surface porteuse répond (SALR) (g/m2.d) |
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Charge élevée (75 % -80 % d'élimination de la DBO) |
20 |
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Charge élevée (80 % -90 % d'élimination de la DBO) |
5-15 |
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Faible charge (avant nitrification) |
5 |
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2.3Conception de MBBR à charge élevée
Pour répondre aux normes de base du traitement secondaire mais avoir besoin d'un système compact à charge élevée, envisagez d'utiliser un réacteur à lit mobile.
Lorsque le MBBR fonctionne à charge élevée, sa valeur de charge de surface porteuse (SALR) est élevée. Lorsque le MBBR fonctionne à charge élevée, la valeur de charge de surface porteuse (SALR) est élevée et l'objectif principal est d'éliminer la DBO dissoute et facilement dégradable de l'eau d'entrée. à charge élevée, le biofilm du hangar perd sa propriété de décantation, c'est pourquoi la coagulation chimique, la flottation à l'air ou le processus de contact avec les solides sont souvent utilisés pour éliminer les matières en suspension de l'effluent du MBBR à charge élevée. Cependant, en général, ce processus est un processus simple qui peut répondre aux normes de base pour un traitement secondaire avec un THS court. Les résultats de l'étude MBBR à charge élevée sont présentés dans la figure 1-3. La figure 1-3(a) montre que le MBBR est très efficace pour éliminer la DCO et est essentiellement linéaire sur une large plage de charges. La figure 1- 3 (b) illustre que la décantation des effluents MBBR est très mauvaise, même à des taux de débordement de surface très faibles, ce qui suggère qu'une stratégie améliorée de capture des solides est effectivement nécessaire. Le procédé de contact MBBR/solides a été utilisé à la station d’épuration des eaux usées de Mao Point en Nouvelle-Zélande. La figure 1-4 montre la relation entre l'élimination de la DBO dissoute et la charge totale de DBO dans les affluents de cette usine. La figure 1-4 illustre que les valeurs typiques d'élimination de la DBO pour un MBBR à charge élevée sont de 70 % à 75 %. La biofloculation et le traitement ultérieur avec le procédé de contact avec les solides permettent au procédé de répondre aux normes de base pour le traitement secondaire.
● Chiffre 1-3
(a) Taux d’élimination de la DCO à charge élevée.
(b) Mauvaise sédimentation du biofilm détaché sous charge élevée
● Figure 1-4 Relation entre le taux d'élimination de DBO dissoute et la charge totale de DBO dans un MBBR à charge élevée
2.4 Calcul de la charge conventionnelle MBBR
Lorsque le procédé de traitement secondaire conventionnel est considéré, un réacteur à lit mobile peut être sélectionné. Dans ce cas, un 2 MBBR séquentiel dans la rangée peut répondre aux exigences de traitement (niveau de traitement secondaire).
Le tableau 1- 4 résume l'élimination de la DBO7 dans les quatre STEP. Les quatre stations d'épuration utilisaient du MBBR chargé de manière conventionnelle avec une charge organique MBBR de 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (à 10 degrés) ; avant le MBBR, des produits chimiques étaient appliqués pour la floculation et l’élimination du phosphore, et une séparation améliorée des matières en suspension était également mise en œuvre.
● Résultats d'exploitation d'une charge conventionnelle MBBR avec procédé d'élimination chimique du phosphore
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2.5Conception de MBBR à faible charge
Lorsque le MBBR est placé avant le réacteur de nitrification, l’option de conception la plus économique consiste à envisager l’utilisation du MBBR pour l’élimination des matières organiques. Cela permet au réacteur à lit mobile de nitrification en aval du MBBR d'atteindre un taux de nitrification élevé. Si la charge DBO du MBBR de nitrification n'est pas suffisamment réduite, le taux de nitrification sera considérablement réduit, laissant ainsi le réacteur dans un état inefficace.
La figure {{0}} (a) montre l'effet de l'augmentation de la charge de DBO sur le taux de nitrification du porteur. Il s'agit d'un exemple d'une charge élevée en DBO conduisant à une charge de nitrification excessive dans la section ultérieure lorsque la matière organique est éliminée dans la section avant. Dans cet exemple, le taux de nitrification était de 0,8 g/(m2 -d). Lorsque la charge de DBO était de 2 g/(m2 -d) et que l'oxygène dissous dans le liquide principal était de 6 mg/L. Cependant, lorsque la charge de DBO augmentait à 3 g/(m2 -d), le taux de nitrification était de 0,8 g/(m2 -d). Cependant, lorsque la charge de DBO a été augmentée à 3 g/(m2 -d), le taux de nitrification a diminué d'environ 50 %. Pour contrecarrer cela, l'opérateur peut augmenter la concentration en oxygène dissous dans la phase liquide principale ou augmenter le taux de remplissage pour réduire le taux de chargement en surface. Cependant, il est important de noter qu’une telle approche ne doit pas être utilisée dans la conception en raison d’un manque d’économie et d’efficacité. De plus, lors de la conception d’un MBBR pour l’élimination de la DBO, une approche prudente doit être adoptée, en choisissant un faible taux de charge pour le dimensionnement afin d’obtenir une efficacité maximale dans le MBBR de nitrification en aval.
La figure 1-6(b) montre les taux de nitrification des trois MBBR aérobies de la séquence. Sur la figure 6 (b), le support de chaque MBBR a été retiré pour un petit essai du taux de nitrification. Les sous-tests ont duré 6 semaines et ont été réalisés deux fois. Dans chaque sous-test, les conditions des trois réacteurs sous-tests étaient presque identiques (par exemple, oxygène dissous, température, pH et concentration initiale d'azote ammoniacal). Les résultats des tests ont montré que le premier réacteur avait la charge de DCO dissoute la plus élevée (5,6 g/(m2 -d)) et presque aucun effet de nitrification, mais qu'il réussissait très bien à éliminer la charge de DCO dissoute. Ceci est démontré par les deux aspects suivants.
(1) Le taux de nitrification du réacteur du deuxième étage est élevé et proche de celui du troisième étage.
(2) Les charges de DCO dissoute des deuxième et troisième étages n'étaient pas significativement différentes.
Pour la conception de réacteurs à faible charge, il est important de choisir la charge surfacique du porteur (SALR) de manière prudente. Il est possible de
L'équation suivante a été utilisée pour corriger la charge surfacique du porteur (SALR) en fonction de la température de l'effluent : LT=L101.06(T-10)
LT - la charge à la température T.
L10 -10 degré à une charge de 4,5 g/(m2 -d).
● Chiffre 1-6
(a) Effet de la charge de DBO et de l'oxygène dissous sur le taux de nitrification à 15 degrés.
(b) Différences dans les taux de nitrification des différents MBBR dans la série MBBR
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2.6Nitrificationde la technologie MBBR
Certains facteurs ont un impact significatif sur les performances d'un MBBR nitro et doivent être pris en compte lors de la conception d'un MBBR nitro. Le plus lourd
Les facteurs sont.
(1) Chargement organique.
(2) Concentration en oxygène dissous.
(3) Concentration d'ammoniac.
(4) Concentration des effluents.
(5) pH ou alcalinité.
La figure 1- 6 illustre que pour obtenir des taux de nitrification satisfaisants dans un MBBR nitrifiant situé en aval, il est important d'éliminer la matière organique de l'effluent dans le MBBR amont ; sinon, le biofilm hétéroxique entrera en compétition avec lui pour l'espace et l'oxygène, réduisant ainsi (éteignant) l'activité de nitrification du biofilm. Le taux de nitrification augmente avec la diminution de la charge organique jusqu'à ce que l'oxygène dissous devienne le facteur limitant. Uniquement à de très faibles concentrations d'ammoniac (<2 mgN/l) does the available substrate (ammonia) become the limiting factor. It is thus the concentration of ammonia that is an issue when complete nitrification is required. In this case, 2 sequential reactors can be considered, with the first stage being limited by oxygen and the second by ammonia. As with all biological treatment processes, temperature has a significant effect on nitrification rates, but this can be mitigated by increasing the dissolved oxygen within the MBBR. As alkalinity decreases to very low levels, nitrification rates within the biofilm begin to be limited. Each of the important factors that affect nitrification are discussed below.
À des concentrations d'alcalinité et d'ammoniac suffisantes (au moins au début), les taux de nitrification diminueront avec la charge organique
augmente jusqu'à ce que l'oxygène dissous devienne le facteur limitant. Dans un biofilm nitrifiant bien développé, la concentration en oxygène dissous limitera le taux de nitrification sur le support uniquement si le rapport O2 sur NH4+-N est inférieur à 2.0. Contrairement aux systèmes à boues activées, dans des conditions limitées en oxygène, la vitesse de réaction dans les réacteurs à lit mobile présente une relation linéaire ou approximativement linéaire avec la concentration en oxygène dissous dans le corps en phase liquide. Cela peut être dû au fait que le passage de l’oxygène à travers la membrane liquide stationnaire jusqu’au biofilm peut constituer une étape critique pour limiter le transfert d’oxygène. L'augmentation de la concentration en oxygène dissous dans la phase liquide principale augmente le gradient de concentration en oxygène dissous dans le biofilm. À des taux d’aération plus élevés, l’énergie de mélange accrue contribue également au transfert de l’oxygène de la phase liquide principale vers le biofilm. Comme le montre la figure 1- 6(a), si la charge organique reste constante (par exemple, épaisseur et composition constantes du biofilm), on peut s'attendre à une relation linéaire entre le taux de nitrification et la concentration en oxygène dissous. La figure 1-7 explique que l'augmentation de l'oxygène dissous dans la phase liquide principale contribue au taux de nitrification jusqu'à ce que la concentration d'ammoniac dans la phase liquide principale soit réduite à un niveau très bas.
● Figure 1-7 Effet de l'oxygène dissous à faible concentration d'ammoniac
Pour un biofilm nitrifiant « pur » bien développé, la concentration d'ammoniac dans la phase liquide principale n'affecte pas la vitesse de réaction jusqu'à ce que O2:NH4+- N atteigne 2 à 5. Quelques exemples de O2:NH{{6} } N sont donnés dans le tableau 1-5.
● Tableau 1-5 Quelques exemples de O2:NH4+- N
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Références |
O2:NH4+- N |
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Ourlet (1994) |
＜2 (Limitation en oxygène) 2.7 (O critique2 concentration=9-20 mg/L) 3.2 (O critique2 concentration=6 mg/L) >5 (restriction en ammoniac) |
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Bonomo (2000) |
＞3-4 (Restriction en ammoniac) ＜1-2 (Limitation d'oxygène) |
La conception du MBBR commence souvent avec une valeur seuil de 3,2. La valeur seuil est réglable. À l'aide de l'équation (1-3), la concentration d'ammoniac à cette valeur seuil peut être utilisée pour estimer le taux de nitrification approprié et servir de base à la conception.
rNH3-N= k × (SNH3-N) (n) (1-3)
rNH3-N-taux de nitrification (g rNH3-N /(m2 -d)
k - constante de vitesse de réaction (en fonction de l'emplacement et de la température).
SNH3-N - concentration du substrat qui limite la vitesse de réaction.
n - nombre d'étapes de réaction (en fonction de l'emplacement et de la température).
La constante de vitesse de réaction (k) avec l'épaisseur du biofilm et la diffusion du substrat limitant à une concentration donnée en oxygène dissous. Le coefficient est lié au nombre de niveaux de réaction (n) est lié au film liquide adjacent au biofilm. Lorsque l'écoulement turbulent est fort et que la couche de film liquide stationnaire est mince, le niveau de réaction tend vers {{0}},5 ; lorsque l'écoulement turbulent est lent et que le film liquide stationnaire est épais, le niveau de réaction tend vers 1,0. À ce stade, la diffusion devient le facteur limitant le taux.
La concentration d'ammoniac à la valeur critique (SNH3-N) peut être estimée à partir du rapport critique et de la concentration nominale d'oxygène dissous dans la phase liquide principale, comme indiqué ci-dessous. L’augmentation de la concentration en oxygène dissous dans la phase liquide principale peut contribuer à réduire le rapport critique, mais avec peu de succès. Considérons également le cas où des bactéries hétérotrophes se disputent l'espace sous certaines charges de réacteur et conditions de mélange, réduisant ainsi le passage de l'oxygène à travers la couche hétérotrophe du biofilm.
(SNH3-N)=1,72 mg-N/L=(6 mgO2/L - 0,5O2/L)/3,2
En prenant SNH{{0}}N égal à 1,72, en supposant une constante de vitesse de réaction k=0,5 et un stade de réaction de 0,7, l'équation (1- 3) peut être calculée comme suit.
rNH3-N=0,73g/(m2 -d)=0,5×1,720,7
Lorsque l’on considère l’effet de la température sur un MBBR nitrifiant, plusieurs facteurs sont importants. Il convient de considérer que la température des effluents au sein du MBBR peut intrinsèquement affecter le processus cinétique de nitrification biologique ; le taux de diffusion du substrat dans et hors de la biomasse ; et la viscosité du liquide, qui à son tour peut avoir un effet d’entraînement sur l’énergie de cisaillement sur l’épaisseur du biofilm. L'effet de la température sur les vitesses de réaction macroscopiques décrites ci-dessus peut être exprimé par la relation suivante.
kT2= kT1-θ(T2-T1) (1-4)
kT1 - la constante de vitesse de réaction à une température de T1.
kT2 - la constante de vitesse de réaction à une température de T2.
θ - coefficient de température.
Bien que la dépendance à la température de la cinétique de nitrification à la température de conception hivernale réduise le taux de nitrification du MBBR, une augmentation de la concentration de biofilm sur le support peut être observée à basse température, et en outre la concentration d'oxygène dissous dans le réacteur peut être augmentée, ce qui atténue les deux. l'effet négatif de la température sur le taux de nitrification. À des températures d’effluent plus basses, la biomasse (g/m2 ) a été observée plus élevée. De plus, la concentration en oxygène dissous dans la phase liquide principale peut être augmentée sans augmenter le taux d'aération, car l'oxygène qu'elle contient est dû à la solubilité plus élevée des liquides à basse température. Cela conduit au résultat final que si l'activité du biofilm est supérieure à l'activité du biofilm (g NH3-N/(m2 -d) ÷ g SS/ m2) diminue, mais l'activité de nitrification par unité la surface porteuse peut toujours être maintenue à un niveau élevé. La variation saisonnière de la biomasse avec la température de l'effluent pour un MBBR de nitrification tertiaire est donnée sur la figure 1- 8(a). Lorsque la température des effluents a augmenté de 〈15 degrés à〉15 degrés entre mai et juin, la concentration de biomasse a fortement chuté. La figure 1- 8 (b) divise les données en deux zones en fonction de la température de l'effluent (〈15 degrés et 〉15 degrés). Bien que l'activité spécifique du biofilm diminue dans la région de 〈15 degrés, les performances macroscopiques du réacteur restent élevées en raison de la concentration plus élevée de biomasse totale et de la concentration plus élevée d'oxygène dissous (causée par la solubilité accrue du gaz à basse température). Ce phénomène observé suggère que la vitesse de réaction macroscopique de surface sur le support peut être maintenue à un niveau élevé dans des conditions de basse température, malgré le taux de croissance réduit des bactéries nitrifiantes, dû à l'adaptation du biofilm.
● Figure 1-8 (a) Variation saisonnière de la concentration et de la température de la biomasse dans le MBBR avec nitrification tertiaire.
(b) Relation entre l'activité de nitrification et la concentration en oxygène dissous dans différentes conditions de température
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2.7 Dénitrificationdu réservoir MBBR
Les réacteurs à lit mobile ont été utilisés avec succès dans les processus de pré-, post-dénitrification et combinés. Contrairement aux autres processus de dénitrification des matériaux biologiques, les facteurs qui doivent être pris en compte dans la conception sont les mêmes.
1) Une source de carbone appropriée et un rapport carbone/azote approprié dans le réacteur.
2) Le degré de dénitrification souhaité.
3) Température de l'effluent.
4) Oxygène dissous dans l'eau de retour ou en amont.
2.7.1 Réacteur à biofilm à lit mobile avec pré-dénitrification
Lorsque l'élimination de la DBO, la nitrification et l'élimination modérée de l'azote sont nécessaires, le MBBR avec dénitrification frontale est bien adapté. Afin d'utiliser pleinement le volume du réacteur anoxique, l'eau d'alimentation doit avoir un rapport approprié de DCO facilement biodégradable et d'azote ammoniacal (C /N). Étant donné que l’étape de nitrification du MBBR nécessite une quantité élevée d’oxygène dissous, l’oxygène dissous dans le reflux a un impact significatif sur les performances du MBBR. Il en résulte une limite supérieure du rapport de reflux le plus économique (Q reflux/Q influent) dans la production. Au-dessus de cette valeur, l'efficacité globale de la dénitrification diminue lorsque le débit de retour augmente encore. Si la nature de l'effluent se prête à une dénitrification initiale, le taux d'élimination de l'azote est généralement compris entre 50 % et 70 % avec un taux de retour de (1 :1) à (3 :1). Dans les pratiques de production, les taux de dénitrification peuvent être affectés par des facteurs tels que : l'emplacement, les différences saisonnières dans les propriétés des effluents (par exemple C/N), la concentration en oxygène dissous introduit dans le réacteur et la température des effluents.
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2.7.2 Réacteur à biofilm à lit mobile avec post-dénitrificationn
When the degradable carbon in the wastewater is naturally insufficient, or has been consumed by upstream processes, or when the wastewater treatment plant occupies an area subject to when the need for concise and high-speed denitrification is limited, MBBR with posterior denitrification can be considered. because the denitrification performance is not affected by internal circulation or carbon source, the posterior denitrification process can achieve high denitrification rates (>80 %) avec un THS court.
Si les exigences en matière de DBO et de nitrates des effluents sont plus strictes, une post-dénitrification pourrait être nécessaire après la petite aération MBBR. l'expérience opérationnelle montre que s'il y a un processus de sédimentation en amont, il peut y avoir des concentrations de phosphore dans la post-dénitrification qui ne sont pas suffisantes pour la synthèse cellulaire, et les performances de dénitrification peuvent être inhibées à ce stade.
Lorsque le carbone est trop rempli, le taux d'élimination maximal de la surface porteuse des nitrates (SARR) de la source de carbone appliquée peut être supérieur à 2 g/(m2 -d). Les taux d'élimination de la surface des nitrates pour différentes sources de carbone et différentes températures sont donnés dans les figures 2-9.
● Figure 1-9 Taux d'élimination de la surface des porteurs avec différentes sources de carbone en fonction de la température
2.7.3 Réacteur à biofilm à lit mobile combiné pré/post-dénitrification
Les réacteurs à lit mobile avec dénitrification avant et arrière peuvent être combinés, profitant ainsi des avantages économiques de la dénitrification avant. La conception du réacteur de dénitrification avant peut être considérée comme un bassin d'aération en hiver. La conception pourrait envisager d'utiliser le réacteur de dénitrification avant comme réservoir d'aération en hiver. C'est parce que.
1) L’augmentation du volume du bassin de réaction d’aération contribue à améliorer la nitrification.
2) Des températures de l’eau plus basses peuvent entraîner une augmentation des concentrations d’oxygène dissous et une réduction de la DCO dissoute, ce qui peut affecter l’efficacité de la dénitrification initiale.
3) En hiver, le réacteur de post-dénitrification peut entreprendre toutes les tâches de dénitrification.
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2.7.4 Agitation de dénitrification
En dénitrification MBBR, un mélangeur mécanique submersible monté sur rail a été utilisé pour faire circuler et mélanger le liquide dans le réacteur
corps et porteur. Les aspects suivants doivent être spécifiquement pris en compte lors de la conception de l'agitateur : (1) l'emplacement et la direction de l'agitateur ; (3)Type d'agitateur ; (3) remuer l’énergie.
La densité relative du support du biofilm est d'environ 0,96, il flottera donc dans l'eau sans énergie appliquée, ce qui est différent du processus à boues activées. Lorsqu’aucune énergie n’est appliquée dans le processus de boues activées, les solides (boues) se déposent.
De ce fait, dans le MBBR, l'agitateur doit être placé près de la surface de l'eau mais pas trop près de la surface de l'eau, sinon il créera un vortex à la surface de ré-eau et amènera ainsi de l'air dans le réacteur. Comme le montre la figure 1-10, l'agitateur doit être légèrement incliné vers le bas afin que le support puisse être poussé plus profondément dans le réacteur. Généralement, un MBBR non aéré nécessite 25 à 35 w/m3 d'énergie pour remuer l'ensemble du support. L’agitation du MBBR dénitrifiant doit être spécialement prise en compte. Tous les agitateurs ne sont pas adaptés à une utilisation prolongée dans le MBBR. Le fabricant d'agitateurs (ABS), utilisant plusieurs unités MBBR, a développé l'agitateur ABS123K spécifiquement adapté aux réacteurs à lit mobile. Cet agitateur est fabriqué en acier inoxydable avec un agitateur incurvé vers l'arrière, capable de résister à l'abrasion de l'agitateur par le support. Pour éviter d'endommager le support et l'usure de l'agitateur, l'agitateur ABS123K est doté de barres rondes de 12 mm soudées le long des ailes de l'hélice. Lorsqu'il est utilisé dans un réacteur à lit mobile, la vitesse de l'agitateur ABS123K est assez faible (90 tr/min à 50 Hz et 105 tr/min à 60 Hz). L’énergie de mélange requise pour agiter le MBBR dénitrifiant est liée au taux de remplissage du porteur et à la croissance attendue du biofilm. L'expérience pratique montre que l'agitation est plus efficace à de faibles taux de remplissage des porteurs (par ex.<55%). At higher fill ratios, it is difficult for the agitator to circulate the carriers and therefore high carrier fill ratios should be avoided. Low filling ratios and correspondingly high carrier surface loadings increase the biofilm concentration and thus sink the carrier, making it easier for the stirrer to stir the carrier and circulate it in the reactor. From this point of view, it is important to choose the appropriate denitrification reactor size, as a proper reactor size allows for a filling ratio and mechanical stirring to be compatible.
●Figure 10
(a) Agitateur ABS123K face à la surface de l'eau et incliné de 30 degrés vers le bas pour pousser le support plus profondément dans le réacteur ;
(b) dénitrification MBBR en fonctionnement dans une station d'épuration des eaux usées
2.8 Prétraitement
Comme pour les autres technologies de biofilm immergé, l’eau d’alimentation du MBBR nécessite un prétraitement approprié. Pour obtenir une bonne grille et une bonne sédimentation, il est nécessaire d'éviter l'accumulation à long terme de matières inertes désagréables telles que des débris, des plastiques et du sable dans le MBBR. Puisque le MBBR est partiellement rempli de supports, ces matériaux inertes sont difficiles à éliminer une fois entrés dans le MBBR. Lorsqu'un traitement primaire est disponible, les fabricants de MBBR recommandent généralement que l'espace entre la grille ne dépasse pas 6 mm, et si aucun traitement primaire n'est disponible, une grille fine de 3 mm ou moins doit être installée. De plus, si le MBBR est ajouté au procédé existant, il n’est pas nécessaire d’ajouter des grilles supplémentaires si le niveau de traitement existant est déjà élevé.
2.9 Séparation solide-liquide du MBBR
Comparé au procédé à boues activées, le procédé à lit mobile est très flexible du point de vue de la séparation ultérieure solide-liquide. L'effet du traitement biologique du procédé à lit mobile est indépendant de l'étape de séparation solide-liquide, de sorte que ses unités de séparation solide-liquide peuvent varier. De plus, la concentration en matières solides de l’effluent MBBR est d’au moins un ordre de grandeur inférieure à celle du procédé à boues activées. Par conséquent, diverses technologies de séparation solide-liquide ont été appliquées avec succès au MBBR, qui peuvent être combinées avec des technologies de séparation solide-liquide simples et efficaces telles que la flottation à air ou les bassins de sédimentation à haute densité où le terrain est précieux. Lors de la modernisation des usines de traitement des eaux usées existantes, les bassins de décantation existants peuvent être utilisés pour la séparation des solides dans le MBBR.
2.10 Considérations lors de la conception du MBBR
Ce qui suit est très important pour la conception du MBBR.
2.10.1MBBRDébit mobile (débit horizontal)
The peak flow rate (flow divided by reactor cross-sectional area) at peak flow through the MBBR must be considered in the design with a small flow rate (e.g. 20m/h), the carriers can be evenly distributed in the reactor. Too high travel flow rate (e.g. >35m/h), les porteurs vont s'accumuler au niveau du réseau d'interception et générer d'importantes pertes de charge. Parfois, les conditions hydrauliques au débit de pointe détermineront la géométrie et le nombre de séries de MBBR. Consulter le fabricant et déterminer le débit de déplacement approprié est important pour la conception du MBBR. Le rapport hauteur/largeur du réacteur est également un facteur. En général, un faible rapport d'aspect (par exemple 1:1 ou moins) aide à réduire la dérive des porteurs vers la grille d'interception aux débits de pointe et permet une distribution plus uniforme des porteurs dans le réacteur.
2.10.2Problèmes de mousse de réservoir MBBR
Les problèmes de mousse ne sont pas courants dans le MBBR, mais sont susceptibles de se produire lors d'un mauvais démarrage ou d'un mauvais fonctionnement. En raison de deux parois de séparation au milieu de la piscine continue, elles sont plus hautes que la surface de l'eau, la mousse sera donc limitée au MBBR. Si la mousse doit être contrôlée, l'utilisation d'agents antimousse est recommandée. L'utilisation d'antimousses recouvrira le support et empêchera la diffusion du substrat vers le biofilm, ce qui peut affecter les performances du MBBR. Les antimousses au siliciure ne doivent pas être utilisés car ils ne sont pas compatibles avec les supports en plastique.
2.10.3Dégagement du plateau et stockage temporaire
Pour les réacteurs à lit mobile bien conçus et construits, bien que les pannes soient rares, il est prudent d'éliminer le problème de la manière de déplacer le transporteur hors du réacteur et de le stocker lorsque le réacteur est arrêté pour cause de maintenance, etc. . Tous les liquides présents dans le réacteur, y compris les supports, peuvent être évacués par une pompe vortex à roue concave de 10 cm. Si le taux de remplissage conçu est approprié, le support dans un réacteur peut être temporairement déplacé vers un autre réacteur. Cependant, l'inconvénient de cette méthode est qu'il est difficile de restaurer les deux réacteurs à leurs taux de remplissage d'origine lors du recul des transporteurs. Une fois les transporteurs pompés dans le réacteur, le seul moyen raisonnable de mesurer avec précision le taux de remplissage des transporteurs est de vider le réacteur et de mesurer la hauteur des transporteurs dans les deux réacteurs. Idéalement, il y aurait une autre piscine ou une autre unité inutilisée qui pourrait être utilisée comme conteneur de stockage temporaire pour les transporteurs, de sorte que le taux de remplissage initial du réacteur puisse être facilement assuré.
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