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Traitement des eaux fortement chargées par biofiltration sur support inorganique

Traitement des eaux fortement chargées par biofiltration sur support inorganique
 

Hamel Benmoussa, Ph.D. - CRIQ
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RÉSUMÉ

Les travaux réalisés à ce jour ont permis de montrer que le traitement des eaux fortement chargées est aisément réalisable par biofiltration sur support inorganique. Une telle technologie peut, en fait, être appliquée au traitement des eaux usées urbaines, résiduaires industrielles ou même, aux eaux fortement chargées, générées par les exploitations agricoles (lisier), les industries agroalimentaires ou autres.

TEXTE

Il existe actuellement différents procédés qui permettent de traiter les eaux usées chargées en DBO5, en DCO, en azote, etc. Ces procédés peuvent être physico chimiques ou biologiques. Ils sont généralement utilisés séparément mais, dans certains cas, une combinaison des deux procédés est utilisée. Le procédé membranaire, très coûteux pour le moment, est de plus en plus utilisé, surtout dans le cas des eaux à potabiliser.

Les technologies des réacteurs biologiques sont généralement les moins coûteuses et sont très variées. L'épuration des eaux usées utilise généralement des procédés à cultures libres (boues activées) ou à cultures fixées (biofiltres et disques rotatifs). Le traitement des eaux à potabiliser nécessite plus précisément l'usage de microorganismes bactériens fixés sur un support inorganique (sable, argile expansée, charbon actif, etc.). Quel que soit le système choisi, tous les procédés biologiques mettent en jeu une population bactérienne complexe (Burrell et coll., 1999).

Par ailleurs, les bactéries mises en jeu dans le processus biologique sont sensibles aux conditions extérieures, par exemple le pH, la température et la lumière, mais également à la composition du milieu et, en particulier, à l'éventuelle présence de composés traces qui peuvent accélérer ou inhiber les mécanismes impliqués (Benmoussa et coll., 1983, 1984, 1986a, 1986b). À ce titre, plusieurs études relatent l'influence du pH, de la température et de l'oxygène dissous sur les cinétiques de nitrification (Wett et coll., 2003, Ruiz et al., 2003, Jetten et coll., 1999, Westerhoff et coll., 2003, Head et coll., 2004).

Les procédés de biofiltration sur support organique ou inorganique sont actuellement utilisés au CRIQ pour le traitement des eaux d'origine municipale et celles fortement chargées, générées par les exploitations agricoles ou les industries agroalimentaires. Si la biofiltration sur support organique est déjà utilisée depuis plusieurs années à l'échelle réelle, celle sur support inorganique n'est encore développée qu'à l'échelle laboratoire et pilote, mais les résultats obtenus dans ce cas sont assez concluants et prometteurs pour que la technologie soit implantée à l'échelle réelle.

Les travaux réalisés récemment ont permis de montrer que le traitement des eaux fortement chargées (en DBO5, en DCO et en N-NH4+) est aisément réalisable par biofiltration sur support inorganique. Une telle technologie peut, en fait, être appliquée au traitement des eaux usées urbaines, résiduaires industrielles ou même, aux eaux fortement chargées, générées par les exploitations agricoles (lisier), les industries agroalimentaires ou autres.

Les essais réalisés dans le cadre du traitement des eaux résultant de l'essorage des boues de fosses septiques ont montré une élimination simultanée de la DBO5 (94 à 98 %), de la DCO (90 à 96 %) et de l'azote ammoniacal (90 à 98 %) avec des charges hydrauliques variant entre 0,47 et 1,4 m3/m2.j. Quant au traitement du lisier de porc, les résultats obtenus ont aussi montré des rendements épuratoires très élevés : DBO5 (90 à 98 %), DCO (90 à 96 %) et azote ammoniacal (90 à 96 %). Il est important de préciser que cette élimination est observée dans les 40 à 60 premiers centimètres des différentes colonnes, ce qui signifie que des charges plus élevées pourraient éventuellement être appliquées sur ce type de milieu filtrant lors du traitement de ces eaux.

Par ailleurs, si l'élimination totale des coliformes fécaux (CF) et totaux (CT) est observée, une réduction du phosphore total d'environ 15 mg/l (60 %) dans le bioréacteur est obtenue, alors que le pH de sortie se situe entre 6,2 et 8,1.

Concernant les matières en suspension, elles sont totalement éliminées lors du traitement. Néanmoins, une attention particulière doit leur être accordée à cause du décrochage du biofilm, ce qui indiquerait la nécessité d'un lavage du biofiltre. En effet, les fréquences ainsi que les volumes de lavage du pilote ont été déterminés et la fréquence de lavage dépend de la charge de DBO5 appliquée. Il faut en moyenne 20 kg de DBO5 par m3 de milieu filtrant pour colmater le biofiltre. Dans ce cas, le volume de liquide existant dans le biofiltre est suffisant pour un lavage adéquat.

De plus, il est important de mentionner que, lors du traitement par biofiltration, la nitrification est généralement observée plusieurs semaines après le démarrage du traitement, dans la deuxième partie du biofiltre. Dans le cas du support inorganique, la nitrification est réalisée en même temps que l'élimination de la DBO5 et de la DCO, ce qui constitue une innovation dans le domaine.