Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les procédés biologiques à biomasse en suspension, du type des boues activées, sont appliqués pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles. Généralement, ces procédés sont dimensionnés sur la base d’équations de bilans « matières » établis à partir de l’hypothèse d’un régime permanent. Pourtant ces systèmes subissent continuellement des perturbations : variations importantes de charge en polluant, discontinuité de certaines opérations. L’analyse dynamique des procédés biologiques d’épuration est donc incontournable pour appréhender le fonctionnement réel des unités et pour optimiser les paramètres de dimensionnement.
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Biological processes with suspended biomass of the activated sludge type are used for the treatment of urban or industrial wastewaters. These processes are generally based upon equations of "matter" assessments constructed on the hypothesis of a permanent regime. However, these systems are the subject of constant disturbances: high variation in pollutant load, discontinuity of certain operations. The dynamic analysis of the biological processes for wastewater treatment is thus essential in order to understand the real operating of units and optimize the dimensioning parameters.
Auteur(s)
-
Mathieu SPÉRANDIO : Maître de conférence - Institut national des Sciences appliquées de Toulouse (INSA)
-
Marc HERAN : Maître de conférence - École polytechnique universitaire de Montpellier
-
Sylvie GILLOT : Ingénieur de recherche, Docteur - CEMAGREF
INTRODUCTION
Les procédés biologiques à biomasse en suspension, du type des boues activées, sont largement appliqués pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles.
Généralement, ces procédés sont dimensionnés sur la base d’équations de bilans « matières » établis à partir de l’hypothèse d’un régime permanent.
Pourtant ces systèmes subissent continuellement des perturbations. En particulier, ils sont soumis à des variations importantes de charge en polluant (débit et concentration) à différentes échelles temporelles : journalières, hebdomadaires, annuelles, traduisant les fluctuations de l’activité humaine.
De plus, ces procédés d’épuration sont gérés par des opérations parfois discontinues (aération séquencée, purge de boues, alimentation par bâchée, etc....). Par conséquent, même si des régimes pseudo-stationnaires peuvent être atteints, l’analyse dynamique des procédés biologiques d’épuration est incontournable pour appréhender le fonctionnement réel des unités et pour optimiser les paramètres de dimensionnement : volume et agencement des bassins, gestion de l’aération, extraction des boues, rôle tampon du clarificateur.
Ceci est d’autant plus important que les configurations et les géométries des bassins biologiques se sont profondément diversifiées et complexifiées afin d’intégrer l’élimination des nutriments.
L’objectif de cet article est d’une part de présenter les bases scientifiques de ces outils et, d’autre part, de proposer des méthodologies d’utilisation pour l’ingénieur.
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Modélisation des décanteurs secondaires
En anglais
3. Mise en œuvre de la modélisation dynamique
Afin de prédire l’évolution des variables d’état à travers le procédé à boues activées, il est nécessaire de réaliser un bilan matière pour chaque variable d’état et sur l’ensemble des bassins (figure 5).
3.1 Exemple de bilan matière
La démarche demande de bien identifier les débits entrant et sortant pour chaque réacteur et d’écrire autant d’équations bilans que de variables d’état.
Les bilans matières sont obtenus par l’équation suivante :
L’établissement des bilans et leur résolution sont liés au type de modèle de réacteur idéal choisi : Réacteur Piston ou Parfaitement agité.
Dans le cas de l’oxygène, pour un réacteur parfaitement mélangé unique dans lequel la concentration est homogène et égale à la concentration en sortie, il vient :
Ces bilans génèrent donc un système d’équations différentielles de degré 1 (nombre d’équations = nombre de variables).
Le terme de vitesse réactionnelle (ici : rO2) est donné par la matrice de Petersen, auquel il ne faut pas oublier d’ajouter le terme de transfert gaz/liquide (TO2) pour l’oxygène apporté par les aérateurs.
La résolution de ce système d’équations différentielles sera effectuée par des méthodes de discrétisation du type Euler ou Runge-Kutta à pas variable.
Remarque : le régime permanent peut être calculé en recherchant les valeurs des grandeurs d’états correspondant à l’annulation du terme d’accumulation.
Il est d’ailleurs recommandé de toujours simuler, d’abord, un système en régime permanent afin d’initialiser les valeurs des variables d’état dans les réacteurs...
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Mise en œuvre de la modélisation dynamique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GAUDY (A.F.) - DCO Gets Nod Over BOD test - , Ind. Wat. Eng., pp. 30-34, 1972.
-
(2) - HENZE (M.), GRADY (C.P.L.), GUJER (W.), MARAIS (G.V.R.), MATSUO (T.) - Activated Sludge Model No. 1, Scientific and Technical Report No. 1 - , IAWPRC, London, U.K., 1987.
-
(3) - GUJER (W.), HENZE (M.), MINO (T.), MATSUO (T.), WENTZEL (M.C.), MARAIS (G.V.R.) - The Activated Sludge Model No. 2 : Biological phosphorus Removal - , Wat. Sci. Tech., Vol. 31, No. 2, 1995.
-
(4) - GUJER (W.), HENZE (M.), MINO (T.), MATSUO (T.), VAN LOOSDRECHT (M.C.M.) - Activated Sludge Model No. 3 - , Wat. Sci. Tech. Vol. 39, No. 1, pp. 183-193, 1998.
-
(5) - ROUSTAN (M.) - Transferts gaz-liquide dans les procédés de traitement des eaux et des effluents gazeux - , Tec et Doc, 2003.
-
(6) - HÉDUIT (A.), CAPELA (S.), GILLOT (S.), ROUSTAN (M.) - Aération...
ANNEXES
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
HAUT DE PAGE
HAUT DE PAGE
YARendement de conversion autotrophe
YHRendement de conversion hétérotrophe
fpFraction inerte de la biomasse
iXBTeneur en azote de la biomasse
ixpTeneur en azote des produits de lyse
µmHTaux de croissance maximum hétérotrophe(T−1)
KsConstante de demi-saturation pour le substrat(M · L−3)
KO,HConstante de demi-saturation pour l’oxygène(M · L−3)
ηgFacteur de réduction anoxique de la croissance
ηhFacteur de réduction anoxique de l’hydrolyse
khTaux...
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