Des premiers traitements biologiques de l’air et en particulier des odeurs ont été mis en place industriellement en France dans les années 1980. Actuellement, on compte environ 300 installations industrielles, principalement des biofiltres, mais les biolaveurs connaissent actuellement un intérêt certain . Ces systèmes biologiques de traitement de l’air sont bien adaptés au traitement de forts débits d’air faiblement chargés en molécules odorantes ou en composés organiques volatils à . Des données de dimensionnement et des conditions opératoires ont été établies expérimentalement sur des unités pilotes de laboratoire ou sur sites industriels. Cependant, afin de pouvoir mieux concevoir, dimensionner et gérer les bioprocédés, par une compréhension fine des processus impliqués, il convient de savoir modéliser et simuler numériquement l’ensemble des phénomènes. Plusieurs voies sont possibles soit par des modèles stochastiques (corrélations de données expérimentales), soit par des modèles déterministes (équations de bilans, de transfert, d’écoulement…) . Un couplage des deux approches permet de mieux appréhender la complexité des systèmes. Pour cela, on utilise une mise en équation des phénomènes physiques, chimiques et biologiques tout en y adjoignant des relations empiriques issues d’études statistiques de données expérimentales.
Cet article présente des modèles de simulation des performances des procédés biologiques mis en œuvre pour éliminer les composés polluants biodégradables et suffisamment hydrophiles présents dans l’air. Ainsi seront développés les modélisations des biofiltres, des filtres percolateurs et des biolaveurs. Il s’appuie sur les concepts et les principes de base du génie des procédés en intégrant les spécificités des systèmes biologiques.
Des exemples d’applications de ces modèles permettent de montrer tout l’intérêt d’une telle approche pour la conception, le dimensionnement et la gestion opérationnelle des procédés. Ils permettent aussi de mesurer l’écart entre la simplicité des représentations adoptées à l’heure actuelle et la complexité des phénomènes physico-chimiques et biologiques dans ces systèmes en conditions de fonctionnement réelles, résultant notamment du mélange de molécules et de leur variabilité dans le temps.
L’étude pratique de ces procédés de traitement biologique de l’air a été présentée dans le dossier ou . Le lecteur s’y reportera si nécessaire.
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Dans les installations de biolavage de gaz, l’eau chargée plus ou moins de biomasse est mobile et circule dans un système de réacteurs (transfert gaz liquide et biodégradation) . Ainsi dans les biolaveurs, on considère, le plus souvent, que les deux opérations d’absorption et de biodégradation sont réalisées séparément. Le transfert des polluants de la phase gazeuse vers la phase liquide est effectué dans la colonne de lavage tandis que la biodégradation a lieu essentiellement dans le bassin de régénération de boue activée à mélange intégral. Ainsi, la modélisation du biolaveur s’effectue en deux étapes. La première fait appel aux principes de dimensionnement classiques du génie des procédés pour le calcul des unités de lavage physico-chimique , tandis que la seconde utilise les concepts de la bio-ingénierie pour modéliser le bioréacteur continu parfaitement agité . Dans de nombreux cas, cette approche simplifiée de la modélisation d’un biolaveur sera satisfaisante, à condition cependant que l’on puisse considérer que la consommation biologique de substrats dans la colonne de transfert est bien plus faible que celle dans le bassin.
Colonne d’absorption
Le transfert de matière dans la colonne est représenté à l’aide de la théorie du double film par un coefficient global de transfert KL (m · s−1) [cf. équation [9]]. Sur un élément de volume de la colonne, le flux de polluant transféré dN (g · s−1) s’exprime par :
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BALTZIS (B.C.), SHAREEFDEEN (Z.) -
Biofiltration of VOC mixtures : modeling and pilot scale experimental verification
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. Proceedings of the 87th Annual Meeting and Exhibition of the Air and Waste Manage. Assoc., Pittsburg (1994).
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DESHUSSES (M.A.), HAMMER (G.), DUNN (I.J.) -
Behavior of biofilters for waste air treatment. 2. Experimental evaluation of a dynamic model
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. Environ. Sci. Technol., vol. 29, p. 1059-1068 (1995).
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Bibliographie & annexes
Conclusions. Perspectives
