Les digesteurs anaérobies (terme général désignant les réacteurs anaérobies tels que l'UASB, l'IC et l'EGSB) s'appuient sur des micro-organismes anaérobies (méthanogènes et acidifiants) pour décomposer la matière organique des eaux usées dans un environnement sans oxygène-. Il s'agit d'un processus essentiel pour le traitement des eaux usées à haute-concentration.
I. Fonctions principales
1. Dégradation de la DCO à haute-concentration, réduisant considérablement les polluants : les eaux usées organiques à haute-concentration provenant des abattoirs, des usines de transformation des aliments, des brasseries, des fermes d'élevage et des établissements de restauration ont souvent une DCO influente de plusieurs dizaines de milliers de mg/L. Les grosses molécules organiques subissent une réaction anaérobie en trois-étapes :
1) Hydrolyse et acidification : les grosses molécules organiques se décomposent en acides organiques plus petits ;
2) Production d’hydrogène et d’acide acétique ;
3) Méthanogenèse : L'acide acétique est transformé en méthane (biogaz). Dans les industries de teinture, d'impression et chimique, l'étape anaérobie peut éliminer 60 à 85 % de la DCO des eaux usées à haute concentration-, réduisant ainsi considérablement la charge biochimique aérobie ultérieure et économisant l'énergie d'aération.
2. Élimination du sulfate et d’une certaine quantité d’azote ammoniacal (petite quantité)
Le sulfate présent dans les eaux usées est réduit en sulfure d'hydrogène par des bactéries sulfato-réductrices ; l'azote organique subit une ammonification, le convertissant en azote ammoniacal. Les processus anaérobies ne peuvent pas éliminer l'azote, de sorte que l'azote total reste essentiellement inchangé, mais les niveaux d'azote ammoniacal augmenteront, nécessitant des processus ultérieurs de nitrification et de dénitrification.
3. Réduction des boues et récupération des ressources en biogaz
Le procédé anaérobie produit beaucoup moins de boues que le procédé aérobie ; il génère du biogaz (teneur en méthane de 50 à 70 %), qui peut être brûlé pour la production d'électricité et le chauffage, permettant ainsi une récupération d'énergie.
4. Biodégradabilité améliorée des eaux usées
Certaines matières organiques macromoléculaires récalcitrantes subissent une hydrolyse et une acidification, entraînant une scission de chaîne et un rapport B/C amélioré, conduisant à de meilleurs résultats de traitement dans les réservoirs aérobies ultérieurs.
II. Processus typique Division des fonctions dans un digesteur anaérobie
Débit des eaux usées : réservoir d'égalisation → digesteur anaérobie → réservoir anoxique → réservoir aérobie → bassin de décantation secondaire
1. Le digesteur anaérobie élimine la plupart des polluants organiques à l'avant, réduisant ainsi la charge ;
2. Le réservoir aérobie élimine en profondeur la DCO résiduelle et élimine simultanément l'azote ammoniacal par nitrification ;
3. L’étape anaérobie ne peut pas compléter l’élimination totale de l’azote ; l'élimination totale de l'azote repose sur une dénitrification anoxique ultérieure.
III. Points clés pour le fonctionnement sur-site
1. Contrôler strictement l'oxygène dissous (DO) ; le réservoir doit être exempt d'oxygène, car cela inhiberait les bactéries méthanogènes ;
2. Contrôler le pH de l'influent entre 6,5 et 7,8 ; une acidification excessive entraînera une augmentation des AGV des effluents et un effondrement du système ;
3. Température appropriée : environ 35 degrés (mésotrope) ; les basses températures réduiront considérablement l’efficacité du traitement ;
4. L'influent ne doit pas contenir de grandes quantités de sulfures, de métaux lourds ou d'inhibiteurs toxiques, car ceux-ci nuiraient aux bactéries.
Les digesteurs anaérobies sont essentiellement des « unités de traitement primaire » des eaux usées, spécifiquement conçues pour traiter de fortes concentrations de polluants organiques, produire du biogaz et réduire la pression sur les réservoirs aérobies en aval ; cependant, ils n'ont pas la capacité d'éliminer l'azote ou le phosphore total et ne peuvent pas être utilisés comme traitement autonome-en bout de chaîne-.