Phosphore-Le coupable de « l'obésité » liée à l'eau
Si l'azote ammoniacal est le « poison » des plans d'eau, alors le phosphore est « l'engrais ». Un rejet excessif de phosphore dans les plans d'eau provoque une croissance incontrôlée des algues, conduisant à l'eutrophisation et transformant finalement l'eau en une « bouillie verte ». C'est pourquoi les normes environnementales concernant le phosphore total deviennent de plus en plus strictes (norme classe A : 0,5 mg/L).
Alors, comment exactement le phosphore est-il éliminé des systèmes de traitement des eaux usées ?
Il existe trois méthodes principales : l'élimination chimique du phosphore, l'élimination biologique du phosphore et certaines technologies auxiliaires.
I. Élimination chimique du phosphore-Une « méthode de sédimentation » simple, brutale et stable
1.1 Principes de base
Le cœur de l’élimination chimique du phosphore est la conversion des particules et l’élimination des boues par adsorption. En ajoutant des produits chimiques aux eaux usées, les phosphates solubles sont convertis en particules insolubles, qui sont ensuite adsorbées par les boues activées et éliminées par élimination des boues.
Ce processus comporte en réalité deux étapes :
Conversion des particules : les ions phosphate dissous (PO43-) réagissent avec les ions métalliques pour former des particules de phosphate insolubles.
Adsorption et élimination des boues : les fines particules adhèrent les unes aux autres ou sont adsorbées par les boues activées, réduisant ainsi le phosphore total grâce à l'élimination des boues.
Remarque : Certaines personnes pensent que le principe de l'élimination du phosphore consiste à ajouter des sels métalliques aux eaux usées, ce qui transforme le phosphate soluble en particules insolubles, qui précipitent ensuite et sont rejetées. Cela diffère du point de vue présenté dans cet article.
1.2 Agents couramment utilisés et principes de réaction
Le cœur de l’élimination du phosphore du sel de fer/aluminium est la réaction des ions métalliques avec le phosphate pour former des sels peu solubles, adaptés aux conditions neutres et acides. L'élimination du phosphore de la chaux, en revanche, repose sur un environnement à pH élevé pour former des précipités de phosphate de calcium, mais elle nécessite un pH élevé et un ajustement ultérieur du pH, et produit également une grande quantité de boues.
1.3 Trois méthodes de dosage
L'élimination chimique du phosphore peut être divisée en trois catégories en fonction du lieu de dosage. Je recommande personnellement la suppression du phosphore après-, ce qui permet un contrôle indépendant et un ajustement facile.
II. Élimination biologique du phosphore-La « force intérieure » des micro-organismes
2.1 Acteur principal : organismes accumulateurs de polyphosphates (PAO)
Les principaux acteurs de l'élimination biologique du phosphore sont un type particulier de bactéries -organismes accumulateurs de polyphosphates (OPA). Elles ont une capacité remarquable : dans des conditions aérobies, elles peuvent absorber le phosphore des eaux usées en quantités excessives, ce qui entraîne des niveaux de phosphore dans leurs cellules plusieurs fois supérieurs à ceux des bactéries ordinaires.
2.2 Cycle en deux -étapes-Libération de phosphore anaérobie, absorption de phosphore aérobie
Le processus d’élimination du phosphore des PAO nécessite une alternance d’environnements anaérobies et aérobies :
Étape 1 : Libération anaérobie de phosphore
Dans des conditions anaérobies sans oxygène dissous ni oxygène moléculaire, les PAO hydrolysent les polyphosphates contenus dans leurs cellules en orthophosphates, les libérant dans l'eau.
L'énergie libérée est utilisée pour absorber les acides gras volatils (AGV) dans l'eau, synthétisant ainsi le composé de stockage de source de carbone intracellulaire PHB.
Durant cette étape, la concentration en phosphore dans l'eau augmente effectivement-pas de panique, c'est pour se préparer à "consommer" encore plus plus tard.
Étape 2 : Absorption aérobie du phosphore
En entrant dans un environnement aérobie, les bactéries accumulatrices de polyphosphates (PAB) décomposent le PHB stocké dans leurs cellules pour obtenir de l'énergie.
Ils absorbent excessivement les orthophosphates solubles de l’eau et les stockent sous forme de polyphosphates dans leurs cellules.
La quantité de phosphore absorbée dépasse de loin la quantité libérée lors de la phase anaérobie.
Troisième étape : élimination des boues et élimination du phosphore
Les boues riches en phosphore-qui en résultent sont évacuées sous forme de boues excédentaires, éliminant ainsi complètement le phosphore de l'eau.
D'un point de vue énergétique, les PPB libèrent du phosphore pour obtenir de l'énergie en absorbant la matière organique dans des conditions anaérobies, et dégradent la matière organique pour obtenir de l'énergie en absorbant du phosphore dans des conditions aérobies, formant ainsi un cycle énergétique complet.
2.3 Processus courants d’élimination du phosphore biologique
Le procédé A²/O est actuellement le procédé d'élimination simultanée de l'azote et du phosphore le plus courant. La nitrification se produit au stade aérobie, la dénitrification au stade anoxique et la libération de phosphore au stade anaérobie, les trois types de bactéries travaillant en synergie. Cependant, ce système présente un inconvénient inhérent : les nitrates contenus dans les boues renvoyées peuvent pénétrer dans la zone anaérobie, affectant ainsi l'efficacité de l'élimination du phosphore. Pour résoudre ce problème, des procédés modifiés tels que le procédé UCT et l'A²/O inversé ont été développés.
2.4 Facteurs affectant l'élimination biologique du phosphore
Une attention particulière doit être portée à l'influence du pH : lorsque le pH diminue soudainement, la concentration en phosphore augmente fortement dans les zones anaérobies et aérobies. Cette libération de phosphore provoquée par la baisse du pH est « destructrice »-non seulement inefficace, mais entraîne également une diminution de la capacité d'absorption aérobie ultérieure du phosphore.
2.5 Comparaison économique de deux procédés différents d’élimination du phosphore
L’élimination biologique du phosphore nécessite des sources de carbone. Pour certaines stations d’épuration dépourvues de sources de carbone, l’élimination chimique du phosphore est moins coûteuse que l’élimination biologique du phosphore, d’un point de vue économique. Cependant, l’avantage de l’élimination biologique du phosphore est qu’elle produit moins de boues et ne nécessite pas de produits chimiques externes.
III. Autres technologies d’élimination du phosphore
3.1 Élimination du phosphore dans les zones humides construites
Cette méthode utilise plusieurs processus tels que l’absorption des plantes des zones humides, l’adsorption du substrat et la transformation microbienne pour éliminer de manière synergique le phosphore. Ses avantages sont un faible coût, une efficacité élevée et un respect de l'environnement ; ses inconvénients sont les exigences en matière de vaste superficie et l'influence saisonnière.
3.2 Méthode d’électrolyse interne des flocons de fer
Une couche d'emballage de ferraille est installée dans le réservoir d'acidification. Les débris de fer subissent une électrolyse interne dans un environnement acide, produisant du Fe²⁺, qui est oxydé en Fe³⁺ lors de l'aération ultérieure, formant un précipité avec des ions phosphate. Cette méthode est peu coûteuse-et ne nécessite aucune modification du processus existant, mais un entretien régulier par rétrolavage est nécessaire.
IV. Comment choisir une méthode de suppression du phosphore ?
Effluent exigeant la classe A (0,5 mg/L) : Il est peu probable que les méthodes biologiques à elles seules satisfassent systématiquement à la norme ; L'élimination chimique du phosphore est recommandée en complément. Cependant, l'élimination du phosphore nécessite un âge des boues faible, tandis que la dénitrification nécessite un âge des boues élevé, ce qui crée un conflit et rend le contrôle difficile (c'est un compromis).
Eaux usées à faible-source de carbone : l'élimination biologique du phosphore est coûteuse ; L'élimination chimique du phosphore est recommandée comme alternative.