Comprendre les boues activées (III) – Analyse et solutions aux « symptômes » de la culture des boues biochimiques !

Préface : Les deux documents précédents présentaient l'origine, la structure de la communauté microbienne et l'environnement de croissance des boues activées, mais il semble que nous n'ayons pas encore terminé. Il y a encore beaucoup de choses à aborder concernant les boues activées, alors continuons ! Après tout, mon cours « Water Pollution Control Engineering » a consacré un chapitre aux boues activées. De nombreux problèmes surviennent lors de la culture de boues biochimiques dans les stations d’épuration. Ici, j'aimerais analyser les aspects suivants pour résoudre ces problèmes.

La grande majorité des stations d'épuration des eaux usées utilisent des procédés de traitement biologique, et le procédé le plus couramment utilisé est le « procédé à boues activées ». La mise en service des boues activées rencontre inévitablement quelques problèmes. Certains problèmes proviennent de défauts de conception, tandis que d’autres proviennent de fluctuations dans la qualité de l’eau d’entrée. Cependant, la majorité des problèmes proviennent d’une culture et d’une acclimatation inadéquates des boues. Ceux-ci peuvent être globalement classés comme suit :

Problèmes de dépassement de polluants :

En ce qui concerne la qualité de l’eau dépassant les normes, les polluants les plus courants dépassant les limites sont la DCO, l’azote ammoniacal et l’azote total. Le phosphore et les SS ont une très faible probabilité de dépasser les normes. Si le traitement biologique s'avère insuffisant, un traitement physico-chimique peut être employé. Tant qu’un processus de coagulation et de sédimentation est inclus en aval du processus de traitement, les niveaux de phosphore ne dépasseront généralement pas la limite.

La DCO dépassant la norme est due à l'incompatibilité entre polluants et micro-organismes (il convient de noter que plus la structure est complexe et plus le poids moléculaire du polluant est élevé, plus il est difficile à dégrader, nécessitant ainsi des micro-organismes spécifiques pour le traitement, alors que les eaux usées domestiques ne présentent pas ce problème). Les micro-organismes ont un régime alimentaire spécifique ; certains types de micro-organismes ont leurs aliments préférés. Par exemple, les bactéries cellulolytiques aiment exclusivement la cellulose, détestent les autres aliments et ne peuvent pas prospérer dans d’autres environnements. Bien sûr, il existe également des micro-organismes aveugles qui acceptent des aliments comme le glucose, la farine, la cassonade, l’alcool et les eaux usées domestiques, car ils sont riches en énergie et faciles à digérer. Cela ressemble à la façon dont la plupart des gens aiment le bœuf, le poulet, le canard, l'oie et les fruits de mer, mais seraient incapables de manger une seule pousse de bambou - seul le trésor national "panda" pourrait accomplir une telle tâche.

Le problème de l’excès d’azote ammoniacal et d’azote total est généralement résolu par la nitrification et la dénitrification. Si l’azote ammoniacal se situe dans la plage acceptable mais que l’azote total est excessif, cela indique un problème de dénitrification. Ceci est assez courant et la cause est généralement un déséquilibre de l’oxygène dissous, du pH ou des nutriments. Je me souviens de la dernière fois que j'ai rencontré un problème de dénitrification, j'ai utilisé une méthode plutôt drastique : j'ai arrêté le ventilateur et effectué une dénitrification du réservoir complet-, ce qui a réduit l'azote total de plus de 100 à un chiffre en 8 heures. Lorsque l’azote ammoniacal et l’azote total sont excessifs, une caractéristique est que « l’azote ammoniacal est presque égal à l’azote total ». Je n'ai jamais rencontré d'azote ammoniacal dépassant la norme auparavant, car les bactéries nitrifiantes sont relativement faciles à cultiver, contrairement aux bactéries dénitrifiantes qui sont quelque peu délicates.

Je n'analyserai pas le phosphore et les matières en suspension (MES), car ces deux indicateurs sont en effet relativement faciles à aborder.

Problèmes tels que boues flottantes, mousse et écume

Pendant le fonctionnement d'un système de traitement biologique, des problèmes tels que la flottaison des boues, leur expansion, la mousse et l'écume peuvent survenir. Ces problèmes n’entraînent pas nécessairement que la qualité des effluents dépasse les normes, mais ils sont visuellement peu attrayants et peuvent potentiellement conduire à des problèmes systémiques à long terme. Il est donc crucial d’identifier la cause et de résoudre le problème le plus tôt possible !

Ces problèmes proviennent généralement de trois sources principales :
1. Qualité anormale de l’eau d’entrée provoquant des changements soudains dans l’environnement du système de traitement biologique, tels que des changements de pH. Une acidité ou une alcalinité excessive peut provoquer de la mousse, de l'écume ou d'autres problèmes. Les substances toxiques, les tensioactifs et les charges d'influence excessivement élevées peuvent également causer des problèmes connexes.

2. Lors de la mise en service du système de traitement biologique, des erreurs opérationnelles peuvent entraîner des changements soudains dans l'environnement du système (tels que le pH ou l'oxygène dissous), entraînant la formation de boues, de mousse et d'écume.

3. Une conception inappropriée du réservoir (ou d'autres structures de réservoir) peut entraîner un court-circuit-ou la création de zones anaérobies. Par exemple, un angle trop faible dans la trémie à boues du décanteur peut provoquer une accumulation de boues, etc.

Les causes de ces problèmes sont fondamentalement les mêmes, nous fournirons donc ici une analyse et des solutions unifiées. La mousse et l'écume se produisent principalement dans deux milieux : les milieux aérobies (ou bassins d'aération) et les milieux anaérobies (tels que les bassins de décantation primaires, les bassins de décantation secondaires, les bassins anoxiques, les bassins d'hydrolyse, etc.). Bien entendu, les raisons de la formation de mousse et d’écume dans les environnements aérobies et anaérobies sont complètement différentes.

Analyse des causes et caractéristiques des problèmes en milieu aérobie :

1. Changements de pH anormaux. Comme mentionné précédemment, des niveaux de pH trop bas ou trop élevés peuvent provoquer de la mousse sous aération. L'analyse peut être effectuée sur la qualité de l'eau d'entrée et sur les produits chimiques ajoutés, et le pH du réservoir de traitement biologique doit être ajusté en temps opportun à la plage normale. De plus, le processus de nitrification dans les réservoirs aérobies abaisse le pH, et de forts changements de pH peuvent facilement se produire dans l'eau avec des concentrations élevées d'azote ammoniacal, nécessitant l'ajout opportun d'alcali pour maintenir l'équilibre de l'alcalinité.

2. Substances toxiques et charge organique élevée. Ces deux phénomènes peuvent faire flotter les boues activées, produisant de la mousse et de l’écume. Ceci est essentiellement dû à la qualité de l'eau d'entrée (il est peu probable que quelqu'un soit assez inactif au point d'empoisonner le réservoir d'aération).

3. L'influent contient des substances huileuses et des tensioactifs. Les huiles et les tensioactifs, combinés à l'aération, peuvent provoquer la formation de mousse colorée. Si vous voyez de la mousse colorée, vous pouvez blâmer ces substances, car cette mousse a un impact négatif sur l'oxygène dissous et sur le système d'aération.

4. Des zones anaérobies apparaissent dans la cuve de traitement biologique. Il s'agit d'un défaut de conception. Des conditions anaérobies localisées et une accumulation de boues peuvent conduire à une fermentation anaérobie des boues, produisant un gaz qui transporte les boues accumulées vers la surface. Dans ce cas, le réservoir doit être modifié. Ajoutez des dispositifs d'aération ou des guides d'écoulement aux zones anaérobies pour permettre aux eaux usées de s'écouler.

5. L’oxygène dissous est trop faible. Des concentrations élevées d'affluent peuvent entraîner une diminution de l'oxygène dissous dans le réservoir d'aération, ou cela peut être provoqué par le ventilateur et les dispositifs d'aération. Les environnements à faible teneur en oxygène dissous sont propices à la survie des bactéries filamenteuses. Des niveaux d’oxygène faibles et prolongés peuvent entraîner une prolifération excessive de bactéries filamenteuses, provoquant un gonflement des boues. Généralement, la teneur en oxygène dissous dans le bassin d'aération ne doit pas être inférieure à 2 mg/L.

6. Élimination des boues insuffisante ou inexistante pendant des périodes prolongées. Un rejet insuffisant des boues entraîne une augmentation continue de la concentration des boues dans le bassin d'aération. Lorsque la concentration des boues atteint 5 000 ou plus, le manque de nutriments provoque la « famine » de nombreux micro-organismes, ce qui entraîne une pénurie de nutriments. Ces « boues mortes » flottent à la surface, formant une épaisse couche d’écume. Il est donc crucial de contrôler la concentration des boues. Pour un responsable ou un technicien de station d’épuration, la gestion des boues est extrêmement importante !

Analyse des problèmes et des caractéristiques des environnements anaérobies :

Les principaux problèmes dans les environnements anaérobies sont le flottement des boues de dénitrification et le flottement des boues anaérobies, qui se produisent principalement dans les bassins de décantation.

1. Boues de dénitrification flottantes : Une dénitrification incomplète dans le réservoir anoxique permet à l'azote nitrique de pénétrer naturellement dans le réservoir de sédimentation. L’environnement anoxique dans le bassin de décantation déclenche une dénitrification, faisant flotter les boues à la surface. Ceci est relativement facile à résoudre (sauf le problème d'un réservoir anoxique trop petit, qui est insoluble). Le réapprovisionnement en temps opportun des sources de carbone dans le réservoir anoxique est crucial pour maintenir la DCO à environ 4-5 fois le niveau d'azote total, garantissant ainsi que les bactéries dénitrifiantes sont bien nourries et peuvent fonctionner efficacement. Bien entendu, le taux de recirculation des liqueurs mélangées doit également être maintenu, idéalement au-dessus de 200 %.

2. Boues anaérobies flottantes. J'ai été témoin de ce problème. En raison de l'angle de conception (généralement supérieur à 55 degrés), les boues sont difficiles à évacuer complètement de la trémie à boues du bassin de décantation, créant de nombreuses zones mortes. Au fil du temps, ces boues s’accumulent et flottent facilement à la surface. Toute personne rencontrant ce problème doit directement blâmer l'équipe de conception.

Les micro-organismes jouent un rôle indicatif essentiel lors de la mise en service des systèmes biologiques. En observant les types de micro-organismes, la forme des boues peut être déterminée et la qualité des effluents peut être prédite.

Lorsque les boues activées sont en bon état :

Lorsque les boues activées sont en bon état, les flocs sont relativement gros et se décantent bien. L'examen microscopique révèle des organismes tels que *Vorticella*, *Platycodon*, *Platycodon*, *Platycodon*, divers *Schizothora*, rotifères, *Cyclophora* et oligochètes-espèces sessiles et rampantes.

Lorsque les boues activées se détériorent :

Lorsque les boues activées se détériorent, les flocs sont plus petits et des organismes-nageurs rapides tels que *Trichomonas*, *Trichomonas* et *Trichomonas* apparaissent. Lorsque les boues se détériorent gravement, les micro-organismes meurent à grande échelle ou disparaissent presque, la décantation des boues diminue et la capacité de traitement de l'eau est faible.

De la détérioration à la normale :

Pendant la période de transition entre la détérioration et la normale, les boues activées présentent des organismes nageant lentement ou rampants tels que *Platycodon* et *Platycodon*.

Groupage des boues activées :

Le gonflement des boues activées se produit souvent en automne et en hiver. À l'heure actuelle, la décantation des boues est faible, avec un taux de décantation élevé de 30-minutes, tandis que la concentration des boues est relativement faible, ce qui conduit à un indice de boue (SVI) relativement élevé. Les bactéries filamenteuses sont les principaux organismes responsables du gonflement des boues. En raison de la prolifération à grande échelle de bactéries filamenteuses, les boues activées apparaissent comme du coton, avec des particules fines et une couleur relativement claire.

Oxygène dissous insuffisant :

Lorsque l’oxygène dissous dans le bassin d’aération est constamment insuffisant, les boues activées deviennent plus foncées que la normale et dégagent une odeur.

Oxygène dissous excessif :

Dans des circonstances normales, environ 300 rotifères peuvent être observés par millilitre de boue activée au microscope, alors que les sarcoptères sont rarement observés dans des conditions normales. Lorsque le taux d'aération dans le bassin d'aération est continuellement trop élevé, un grand nombre de sarcoptères et de rotifères apparaîtront.

Faible concentration d’influent et charge de DBO :

Lorsque la concentration des eaux usées et la charge en DBO sont trop faibles, des cochenilles apparaissent, indiquant l'apparition d'une nitrification.

Autres changements environnementaux :

Lorsque la biomasse indicatrice dans les boues activées diminue fortement, cela peut être dû à l'influence de substances toxiques ou à des changements brusques de certaines conditions environnementales. Dans de tels cas, des mesures appropriées doivent être prises pour minimiser l’impact sur les micro-organismes.

Dans les processus de traitement des eaux usées par boues activées, l'examen microscopique des micro-organismes dans le bassin d'aération est une méthode cruciale pour évaluer l'état opérationnel des boues activées et constitue l'un des outils de surveillance importants pour le traitement des eaux usées. En fonction des changements dans la population microbienne à l'intérieur du bassin d'aération, des ajustements de processus correspondants doivent être apportés pour garantir que les boues activées restent en bon état et que le traitement des eaux usées répond aux normes.