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RÉSUMÉ
Le bioréacteur à membranes est l’association d’un réacteur biologique et d’une séparation physique par des membranes poreuses. En traitement des eaux usées, ce procédé multifonctionnel offre des résultats intéressants, en terme de qualité et de fiabilité du traitement, mais sa mise en œuvre requiert la connaissance de quelques outils pour la maîtrise des processus physiques et biologiques spécifiques. Le bioréacteur à membranes est aujourd’hui une réalité industrielle : plus de 300 installations en Europe.
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Alain GRASMICK : École polytechnique universitaire de Montpellier, université Montpellier II
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Corinne CABASSUD : Institut national des Sciences appliquées de Toulouse (INSA)
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Mathieu SPERANDIO : Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA)
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Christelle WISNIEWSKI : École polytechnique universitaire de Montpellier, université Montpellier II
INTRODUCTION
Le traitement des eaux résiduaires urbaines (ERU) ou industrielles (ERI) est régi, soit par une réglementation basée sur la plus ou moins grande fragilité du milieu récepteur en cas de rejet direct, soit par une qualité d’usage requise en cas de volonté de réutilisation des eaux traitées.
Pour les rejets en milieu naturel des effluents domestiques, il a ainsi été défini des zones dites « normales » pour lesquelles le traitement est principalement axé sur l’élimination des fractions particulaires et des pollutions carbonées et des zones dites « sensibles », où une élimination complémentaire des fractions azotées et phosphatées est nécessaire.
Pour les effluents domestiques, les procédés dits « conventionnels », qu’ils soient intensifs (boues activées ou lits bactériens, biofiltres par exemple), extensifs (lagunage, système d’infiltration notamment) ou combinés, peuvent répondre aux exigences de rejet en présentant chacun des performances plus ou moins fiables du fait de leur sensibilité à des variations brutales de flux à traiter (cas des systèmes à cultures libres), de l’état de floculation des populations épuratives (cas des boues activées) ou de défauts de maîtrise de la répartition de la biomasse et des écoulements au sein de garnissages poreux (systèmes à cultures fixées dans des lits à ruissellement, voire biofiltres).
Pour les effluents industriels, une réglementation précise également les conditions de rejet en milieu naturel, voire en réseau urbain, mais on observe un intérêt croissant pour des systèmes permettant une réutilisation partielle ou totale des eaux traitées.
Le présent article a pour objet de présenter les bioréacteurs à membranes utilisés en traitement des eaux usées, de mettre en avant l’originalité de ce procédé multifonctionnel, en terme de qualité et de fiabilité du traitement, et de donner quelques outils pour la maîtrise des processus physiques et biologiques spécifiques au procédé.
Le bioréacteur à membranes étant l’association d’un réacteur biologique et d’une séparation physique par des membranes poreuses, le document intègre la présentation générale du système, les caractéristiques propres à chaque étape unitaire et à leur couplage, des exemples de dimensionnement et d’applications, ainsi que des perspectives de développement.
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Exemples industriels
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5. Conclusion
Le bioréacteur à membranes est aujourd’hui une réalité industrielle : plus de 300 installations en Europe avec une progression moyenne, au cours de ces dernières années, de 40 nouvelles installations par an, dont 2/3 pour traiter des rejets industriels et 1/3 des rejets domestiques.
Dans tous les cas, à charge volumique comparable, le BAM permet des performances épuratives globales supérieures, notamment par le fait d’une rétention totale des matières en suspension.
Cette originalité confère au BAM un avantage indéniable au travers de la faible turbidité de l’eau produite et de l’élimination poussée des germes qui autorisent une possibilité de réutilisation directe des eaux traitées et d’association des opérations de finition sensibles à la présence de MES, voire de matières organiques dans l’eau, telles l’oxydation par UV ou la chloration, jusqu’à l’élimination de composés ioniques ou de molécules ciblées par échanges d’ions, nanofiltration ou osmose inverse.
La désinfection poussée des eaux confère également au BAM un avantage considérable en cas de rejet en mer d’effluent urbain car il évite, en zone classée, l’installation d’un émissaire dont le coût peut être supérieur à celui de la station d’épuration elle-même.
La fiabilité du traitement reste néanmoins dépendante d’une inhibition potentielle de la flore épurative ou d’une défaillance sévère de la barrière membranaire.
Dans tous les cas, la possibilité de travailler à fortes concentrations en biomasse dans le réacteur permet une intensification des processus qui se traduit par une diminution de la taille des ouvrages et/ou une diminution de la production de boues qui facilitent la maîtrise des nuisances pour le voisinage (intégration dans des bâtiments confinés, traitement des gaz, conditionnement des boues).
Par ailleurs, chaque opération peut être contrôlée et régulée par des mesures en ligne de grandeurs caractéristiques (température, pH, oxygène, potentiel d’oxydo-réduction pour la réaction, différence de pression, débit, turbidité pour la filtration par exemple) facilitant ainsi la conduite automatique des ouvrages, notamment par le fait que l’étape de séparation peut être contrôlée uniquement par des grandeurs physiques.
Enfin, il...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - CHOO (K.H.), LEE (CH.) - Membrane fouling mechanisms in the membrane-coupled anaerobic bioreactor. - Water Research, 30, 1771-1780 (1996)
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(6) - HERMIA (J.) - « Constant pressure blocking filtration laws. Applications...
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