Différences entre les processus IC anaérobie et UASB

1.1 Réacteur UASB

1.1.1 Introduction à l'UASB

Le réacteur à lit de boues anaérobie à flux ascendant (UASB) est une méthode biologique anaérobie de traitement des eaux usées, également connue sous le nom de réacteur à lit de boues anaérobie à flux ascendant, inventé par le professeur Lettinga des Pays-Bas en 1977.

Les eaux usées s'écoulent de bas en haut à travers l'UASB. Au fond du réacteur se trouve un lit de boues à haute concentration et très active où la plupart des polluants organiques présents dans les eaux usées subissent une fermentation anaérobie et une dégradation en méthane et en dioxyde de carbone. En raison de l'agitation du flux d'eau et des bulles d'air, une couche de suspension de boues se forme au-dessus du lit de boues. Un séparateur triphasé-est installé au sommet du réacteur pour séparer le gaz du digesteur, le liquide du digesteur et les particules de boues. Le gaz du digesteur est évacué par le haut du réacteur ; les particules de boue glissent automatiquement vers le bas et se déposent sur le lit de boue au fond du réacteur ; le liquide du digesteur est évacué de la zone de clarification.

L'UASB a une capacité de chargement élevée et convient au traitement des eaux usées organiques à haute -concentration. Un UASB (Ultra-Anaerobic Sludge Bunker) qui fonctionne bien présente un taux d'élimination des polluants organiques élevé, ne nécessite aucune agitation et peut s'adapter à des chocs de charge, à des changements de température et de pH importants.

1.1.2 Structure de l'UASB

L'UASB se caractérise par son système intégré de réaction biologique et de sédimentation, qui en fait un réacteur anaérobie compact. Le réacteur se compose principalement d'un système de distribution d'affluent, d'une zone de réaction, d'un séparateur triphasé-, d'une chambre à gaz et d'un système d'évacuation des eaux traitées.

1.1.3 Principe de fonctionnement de l'UASB

Le processus de réaction anaérobie dans le réacteur UASB est similaire à d’autres processus de traitement biologique anaérobie, notamment l’hydrolyse, l’acidification, la production d’acide acétique et la méthanogenèse. Différents micro-organismes participent au processus de transformation du substrat, convertissant le substrat en produits finaux -biogaz, eau et autres substances inorganiques.

L'UASB se compose de trois parties : une zone de réaction des boues, un séparateur triphasique gaz-liquide-solide-(incluant une zone de sédimentation) et une chambre à gaz. Une grande quantité de boues anaérobies reste dans la zone de réaction inférieure et les boues ayant de bonnes propriétés de sédimentation et de floculation forment une couche de boue au fond. Les eaux usées à traiter s'écoulent au fond du lit de boues anaérobies et se mélangent aux boues présentes dans la couche de boues. Les micro-organismes présents dans les boues décomposent la matière organique présente dans les eaux usées et la transforment en biogaz. Le biogaz est continuellement libéré sous forme de minuscules bulles. Au fur et à mesure que ces bulles montent, elles fusionnent, formant progressivement des bulles plus grosses. Au sommet du lit de boues, le biogaz agite les boues, créant un mélange boues-eau relativement dilué qui monte avec l'eau dans le séparateur triphasé-. Lorsque le biogaz rencontre la plaque réflectrice au bas du séparateur, il est dévié autour de la plaque puis traverse la couche d'eau jusqu'à la chambre à gaz, où il est concentré. Le biogaz est ensuite évacué par un conduit. Le mélange solide-liquide, après réflexion, pénètre dans la zone de sédimentation du séparateur triphasé-. Les boues contenues dans les eaux usées floculent, les particules grossissent progressivement et se déposent par gravité. Les boues qui se déposent sur la paroi inclinée glissent vers la zone de réaction anaérobie, provoquant une importante accumulation de boues dans la zone de réaction. L'effluent traité, séparé des boues, déborde par le haut du déversoir de la zone de décantation et est ensuite évacué du lit de boues.

1.2 Réacteur IC

1.2.1 Introduction à la CI

Face aux contradictions croissantes entre le développement de la production et des facteurs tels que le capital, la consommation d'énergie et l'utilisation des terres, les travailleurs du traitement de l'eau doivent s'efforcer de trouver des processus anaérobies techniquement et économiquement optimisés, en particulier pour traiter les nouvelles eaux usées organiques à haute concentration générées par le développement de la production. Le réacteur anaérobie à circulation interne (IC) est un nouveau type de réacteur apparu dans ce contexte. Il s'agit du produit de la combinaison de la théorie du traitement anaérobie des eaux usées et de la pratique de l'ingénierie, reflétant les exigences de développement des processus anaérobies eux-mêmes. En 1985, la société néerlandaise PAQUES a créé le premier réacteur IC à l'échelle pilote-, et en 1988, le premier réacteur IC à l'échelle de production-a été mis en service. Actuellement, les réacteurs IC ont été appliqués avec succès au traitement des eaux usées industrielles dans des secteurs tels que la production de bière et la transformation des aliments. En raison de sa capacité de traitement élevée, de son faible investissement, de son faible encombrement et de son fonctionnement stable, il a attiré l'attention du personnel de traitement de l'eau du monde entier et certains le considèrent comme l'une des technologies représentatives de la troisième génération de réacteurs biologiques anaérobies. La poursuite de la recherche et du développement des réacteurs IC et la promotion de leur application sont devenues l'un des sujets brûlants dans le domaine du traitement anaérobie des eaux usées.

1.2.2 Structure du CI

Le réacteur IC se compose de deux réacteurs UASB empilés verticalement en série, atteignant une hauteur de 16 à 25 m avec un rapport hauteur-sur-diamètre généralement compris entre 4 et 8. Il comprend cinq parties de base : une zone de mélange, une zone de lit expansé de boues granulaires, une zone de finition, un système de circulation interne et une zone d'effluent. Le système de circulation interne est la structure de base du processus IC, composé d'un séparateur triphasé primaire-, d'une colonne montante de biogaz, d'un séparateur gaz-liquide et d'un système de descente de boues.

1.2.3 Principe de fonctionnement du CI

Les eaux usées de production, après ajustements du pH et de la température, entrent d'abord dans la zone de mélange au fond du réacteur. Là, il est soigneusement mélangé avec le mélange de boues -eau en circulation interne provenant du canal descendant avant d'entrer dans le lit expansé de boues granulaires pour la dégradation biochimique de la DCO. La charge volumétrique de DCO est ici très élevée, la majeure partie de la DCO entrante étant dégradée, produisant une grande quantité de biogaz. Le biogaz est collecté par le séparateur triphasé primaire-. Le travail d'expansion effectué sur le liquide lors de la formation des bulles de biogaz crée un effet de levage de gaz, provoquant la montée du mélange de biogaz, de boues et d'eau le long du tuyau de levage de biogaz jusqu'au séparateur gaz-liquide situé au sommet du réacteur. Ici, le biogaz est séparé des boues et de l'eau et est évacué du système de traitement. Le mélange boues -eau entre ensuite dans la zone de mélange au fond du réacteur le long du canal de descente des boues, où il se mélange soigneusement avec l'influent avant d'entrer dans la zone du lit expansé de boues, formant ce que l'on appelle la circulation interne. En fonction de la charge de DCO affluente et de la structure du réacteur, le débit de circulation interne peut atteindre 0,5 à 5 fois le débit affluent. Après traitement par le lit expansé, une partie des eaux usées participe à la circulation interne ; les eaux usées restantes passent par un séparateur primaire triphasé - et pénètrent dans la zone de lit de boues granulaires de la zone de traitement fin pour la dégradation de la DCO résiduelle et la production de biogaz, améliorant et garantissant la qualité des effluents. Étant donné que la majeure partie de la DCO a été dégradée, la charge de DCO dans la zone de traitement fin est faible et la production de biogaz est également faible. Le biogaz produit ici est collecté par un séparateur triphasé secondaire-, pénètre dans le séparateur gaz-liquide via un tuyau de collecte de gaz et est évacué du système de traitement. Après traitement dans la zone de traitement fin, les eaux usées traversent un séparateur triphasé à deux-étages-. Le surnageant est évacué par la zone d'effluent, tandis que les boues granulaires sont renvoyées vers le lit de boues dans la zone de traitement fin.

Par rapport aux réacteurs anaérobies-de deuxième génération tels que l'UASB, les réacteurs IC présentent les avantages suivants :<1>Taux de chargement organique élevé et temps de rétention hydraulique court ;<2>Grand rapport hauteur-/-diamètre, faible encombrement et investissement en infrastructure réduit ;<3>Effluent stable et forte résistance aux charges de choc. De plus en plus de fabricants en Chine utilisent désormais des réacteurs IC, et leur valeur de récupération et d'utilisation du biogaz est également significative. La plus grande caractéristique des réacteurs IC est qu'ils disposent de deux chambres de réaction anaérobie, permettant la circulation du mélange boues-eau dans le réacteur. Cela résout l'impact négatif du contact insuffisant des boues-eau dans les réacteurs UASB, qui affaiblit la capacité de traitement biochimique des boues granulaires.

Par conséquent, les réacteurs IC représentent une percée dans les réacteurs anaérobies modernes et offrent de larges perspectives de développement dans le traitement des eaux usées industrielles des polluants organiques. Ils remplaceront de plus en plus les réacteurs UASB et méritent davantage de recherche, de développement et de promotion.