Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The membrane bioreactor consists of the combination of a biological reactor and a physical separation via porous membranes. Although this multifunctional device offers interesting results in terms of treatment quality and reliability, its implementation requires the knowledge of several tools for the mastery of the specific physical and biological processes. The membrane bioreactor has now become an industrial reality with more than 300 plants in Europe.
Auteur(s)
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Alain GRASMICK : École polytechnique universitaire de Montpellier, université Montpellier II
-
Corinne CABASSUD : Institut national des Sciences appliquées de Toulouse (INSA)
-
Mathieu SPERANDIO : Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA)
-
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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6. Exemples industriels
6.1 Exemple de BAM en traitement d’effluents industriels
6.1.1 Station de traitement de PPG SIPSY – Pall Corporation
-
Contexte
Pall Exekia et la Nantaise des Eaux ont conclu un accord de partenariat de longue durée sur le développement et la commercialisation de bioréacteurs à membranes céramiques pour le traitement des effluents industriels.
Implantée en zone industrielle sur la commune d'Avrillé (Maine et Loire), la société PPG SIPSY, filiale du groupe américain PPG (Pittsburg Plate Glass) produit, par synthèse chimique, des molécules organiques destinées à l'industrie pharmaceutique.
Du fait des substances utilisées, l'établissement est soumis aux dispositions de l'arrêté ministériel du 10 mai 2000 qui transcrit la Directive européenne Seveso II.
L’usine, travaillant « à façon » pour différents clients, génère des effluents de caractéristiques très variables. La station de traitement par voie biologique classique, mise en place depuis 1982, était en sous capacité tant en charge qu’en débit. Le bioréacteur à membranes céramiques a été retenu notamment pour :
-
la meilleure qualité de traitement, comparativement à celle obtenue avec un biologique classique ;
-
la production de boues fortement inférieure (0,09 kg Matière sèche/kg DCO au lieu de 0,3 pour la station classique, soit 3 fois inférieure), ce qui permet de conserver le filtre presse existant malgré les fortes augmentations de débits et de charges traitées ;
-
la possibilité de réutilisation de l’eau traitée ;
-
l’emprise au sol réduite ;
-
l’investissement moins onéreux.
PPG SIPSY, pour son activité de chimie fine-synthèse organique, génère deux types d’effluents :
-
des effluents dilués (débit 500 m3/j, DCO moyenne : 4 g/l) ;
-
des effluents concentrés (débit 30 m3/j, DCO moyenne : 100 à 200 g/l) qui sont collectés et stockés séparément.
L’usine fonctionne 24 h/24,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHO, FANE - Fouling transients in nominally sub-critical flux operation of a membrane bioreactor. - J. Membr. Sci. 209, 391–403 (1999).
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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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(3) - CORNEL (P.), KRAUSE (S.) - Membrane bioreactors in industrial wastewater treatment – European experiences, examples and trends. - Water Science and Technology, Volume 53, Issue 3, 37-44 (2006).
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(4) - FIELD (R.W.), WU (D.), HOWELL (J.A.), GUPTA (B.B.) - Critical flux concept for microfiltration fouling. - J Membr. Sci., 100, 259-272 (1995).
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(6) - HERMIA (J.) - « Constant pressure blocking filtration laws. Applications...
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