1. Introduction au traitement des eaux usées biologiques

1.1 Qu'est-ce que le traitement biologique des eaux usées?

Traitement des eaux usées biologiques est une technologie qui exploite le pouvoir de micro-ouganismes - Bactéries privées - pour consommer et décomposer les polluants ouganiques, les nutriments (comme l'azote et le phosphoue) et d'autres contaminants trouvés dans les eaux usées. Essentiellement, il s'agit d'une version contrôlée et accélérée du processus d'auà-purification de la nature.

L'objectif fondamental est de transfoumer des substances nocives, dissoutes et colloïdales (qui contribuent à la DBO et à la MORUE) en sous-produits inoffensifs, tels que le dioxyde de carbone, l'eau et la biomassee microbienne nouvelle (boues). Cette méthode est vitale car elle est la manière la plus efficace et souvent la plus rentable d'éliminer la majeure partie de la charge ouganique avant que l'eau ne soit retournée dans l'environnement.

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1.2 Impoutance du traitement biologique dans la gestion des eaux usées

La décharge non contrôlée des eaux usées présente des risques graves pour la santé publique et les écosystèmes aquatiques. La concentration élevée de matière ouganique s'épuise oxygène dissous dans la réception des eaux, entraînant la mout de poissons et d'autres vies aquatiques. De plus, l'excès de nutriments peut provoquer des fleurs d'algues (Eutrophisation) et les agents pathogènes peuvent propager des maladies.

Le traitement biologique est l'épin d'écran de la gestion des eaux usées moderne pour plusieurs raisons:

• Élimination efficace des polluants: Il supprime efficacement Demete biochimique d'oxygène (DBO) , qui est la mesure de la matière organique biodégradable.

• Contrôle des nutriments: Il peut être spécialement conçu pour supprimer azote (pour prévenir l'épuisement et la toxicité de l'oxygène) et phosphore (pour contrôler l'eutrophisation).

• Effectif: Il est généralement moins à forte intensité d'énergie et moins cher que les options de traitement avancées purement chimiques ou physiques pour les applications à grete échelle.

1.2.1 Traitement biologique comme stade secondaire

Le traitement des eaux usées est généralement obtenu dans une séquence d'étapes:

1. Traitement primaire: Un processus physique où la gravité est utilisée dans les grets réservoirs pour régler les solides les plus lourds (TSS) et écumer de la graisse et des matériaux flottants.

2. Traitement secondaire: C'est le Étape de traitement biologique . L'eau qui coule des clarificateurs primaires contient toujours des niveaux élevés de matière organique colloïdale dissous et fine; Les micro-organismes sont introduits pour consommer cette charge.

3. Tertiaire / Traitement avancé: Un stade de polissage final qui peut inclure la filtration, la désinfection et l'élimination avancée de contaminants ou de nutriments spécifiques avant que l'eau ne soit déchargée ou réutilisée en toute sécurité.

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1.3 UNperçu des processus biologiques

Les processus de traitement des eaux usées biologiques sont largement classés en fonction des besoins en oxygène des micro-organismes impliqués:

• Processus aérobies: Ces systèmes nécessitent oxygène dissous (DO) Pour fonctionner. Les micro-organismes utilisent l'oxygène pour métaboliser les polluants organiques dans le dioxyde de carbone, l'eau et les nouvelles cellules. Il s'agit de la méthode la plus courante pour l'élimination de la DBO. Les exemples incluent Boues activées et Filtres qui coulent .

• Processus anaérobies: Ces systèmes fonctionnent dans le absence d'oxygène . Les micro-organismes décomposent la matière organique en biogaz (principalement méthane et ${\text{CO}}_2$ ) et un volume inférieur de boues. Ceux-ci sont souvent utilisés pour les eaux usées industrielles à haute résistance ou pour le traitement des boues résultantes à partir de processus aérobies. Un exemple est le Couverture de boues anaérobies à flux usin ( $\text{Uasb}$ ) .

• Processus anoxiques: Ces processus sont sans oxygène , mais les micro-organismes utilisent l'oxygène lié chimiquement (spécifiquement à partir de nitrate or nitrite ions) au lieu de moléculaire ${\text{O}}_2$ . C'est l'étape cruciale pour dénitrification (éliminer l'azote) dans de nombreuses usines de traitement avancées.

2. Principes du traitement des eaux usées biologiques

L'efficacité du traitement biologique des eaux usées dépend entièrement de comprendre et de contrôler le monde microscopique au sein du réacteur. Cette section détaille les principaux acteurs biologiques et les processus biochimiques fondamentaux qu'ils conduisent.

2.1 Rôle des micro-organismes

Un système de traitement biologique sain, souvent appelé liqueur mélangée or biomass , est un écosystème diversifié. L'objectif collectif de cette communauté microbienne est de consommer les polluants biologiques (la «nourriture») pour cultiver, reproduire et générer de l'énergie.

2.1.1 bactéries

Les bactéries sont les chevaux de travail du processus de traitement. Ils sont responsables de la grete majorité de $\text{Corps}$ suppression et élimination des nutriments . Ils forment des flocs (petits grappes) qui sont cruciaux pour s'insttouser dans les clarificateurs. Les groupes clés comprennent des bactéries hétérotrophes (consommer des composés carbone) et des bactéries autotrophes (effectuer une nitrification).

2.1.2 Champignons

Les champignons sont généralement moins dominants mais deviennent importants dans certaines conditions, en particulier dans les systèmes traitant faible $\text{pH}$ ou des déchets industriels à haute résistance. Bien qu'ils contribuent à la dégradation organique, une croissance fongique excessive peut provoquer enracinement (Mauvaise séchage des boues) en raison de leur structure filamenteuse.

2.1.3 Protozoaires

Les protozoaires et autres organismes supérieurs (comme les rotifères) ne sont pas des dégradeurs primaires mais jouent un rôle crucial dans polissage l'effluent. Ils consomment des bactéries dispersées et des particules fines, agissant comme des «nettoyeurs» qui contribuent à un effluent final plus clair. Leur présence et leur diversité sont également des indicateurs clés de la santé et stabilité du système biologique.

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2.2 Réactions biochimiques

L'élimination des polluants se produit par une séquence de réactions biochimiques complexes, classées par l'accepteur d'électrons utilisées par les micro-organismes.

2.2.1 Processus aérobies

Ces réactions se produisent en présence de Oxygène dissous ( $\text{FAIRE}$ ) . Les bactéries utilisent $\text{FAIRE}$ En tant qu'accepteur d'électrons final pour convertir la matière organique en produits stables et inoffensifs.

Matière organique O2 → Bactéries CO2 H2 o Nouvelles cellules

Nitrification , un processus aérobie en deux étapes, est la clé de l'élimination de l'azote:

1. Nitritation: Ammoniac ( ${\text{NH}}_4^{}$ ) est converti en nitrite ( ${\text{NONNNN}}_2^{-}$ ).

2. Nitratation: Nitrite ( ${\text{NONNNN}}_2^{-}$ ) est converti en nitrate ( ${\text{NONNNN}}_3^{-}$ ).

2.2.2 Processus anaérobies

Ces réactions se produisent en l'absence complète de ${\text{O}}_2$ . Le processus implique plusieurs étapes pour convertir la matière organique complexe en biogaz (principalement méthane ( ${\text{Ch}}_4$ ) et ${\text{CO}}_2$ ), qui peut être utilisé comme source d'énergie. Les phases principales sont l'hydrolyse, l'acidogenèse, l'acétogenèse et enfin, méthanogenèse .

Matière organique → Bactéries Ch4 CO2 Nouvelles cellules Heat

2.2.3 Processus anoxiques

Ces réactions se produisent lorsque $\text{FAIRE}$ est absent, mais Nitrate ( ${\text{NO}}_3^{-}$ ) est présent. Certaines bactéries utilisent l'oxygène lié chimiquement dans la molécule de nitrate, réduisant le nitrate à inoffensif azote gazeux ( ${\text{N}}_2$ ) qui est libéré dans l'atmosphère. Ce processus est appelé dénitrification et est essentiel pour prévenir la pollution de l'azote.

Nitrate Organic Matter → Bactéries azote gazeux (N2) CO2 H2 O

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2.3 Facteurs affectant le traitement biologique

L'efficacité de la communauté microbienne est très sensible aux conditions du réacteur. Le contrôle opérationnel se concentre sur le maintien de ces facteurs dans des plages optimales.

2.3.1 Température

L'activité microbienne augmente avec la température jusqu'à un point optimal (généralement $20-35^{\circ }\text{C}$ pour les plantes municipales). Des températures plus basses ralentissent les taux de réaction, tetis que des températures excessivement élevées peuvent dénaturer les enzymes, tuant les microbes.

2.3.2 $\text{pH}$

La plupart des micro-organismes prospèrent dans un $\text{pH}$ gamme (généralement $6.5-7.5$ ). Extrême $\text{pH}$ (acide ou basique) peut inhiber la croissance bactérienne et arrêter les processus critiques comme la nitrification.

2.3.3 Disponibilité des nutriments

Les micro-organismes ont besoin d'une alimentation équilibrée pour se développer. Clé macronutriments - Azote (N) et Phosphore (p) -must be available, often in the ratio of $\text{Corps}:\text{N}:\text{P}$ d'environ $100:5:1$ . La carence peut limiter gravement la croissance de la biomasse nécessaire pour traiter les déchets.

2.3.4 Oxygène dissous ( $\text{FAIRE}$ )

$\text{FAIRE}$ Les niveaux sont essentiels pour processus aérobies (généralement maintenu à $1-3\text{mg / l}$ ), car l'oxygène insuffisant ralentira le processus de dégradation. Inversement, $\text{FAIRE}$ doit être strictement contrôlé ou absent dans anaérobie et anoxique zones pour que ces processus respectifs se produisent.

Voici le projet de contenu pour le troisième partie de votre article, en se concentrant sur le Types de processus de traitement des eaux usées biologiques .

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3. Types de processus de traitement des eaux usées biologiques

Les systèmes de traitement biologique sont fondamentalement classés par la façon dont la communauté microbienne est maintenue et si l'oxygène est fourni. Ces processus peuvent être regroupés en aérobie (nécessitant de l'oxygène), anaérobie (manquant d'oxygène) et des systèmes hybrides.

3.1 Processus de traitement aérobie

Les processus aérobies sont le type de traitement secondaire le plus courant, en s'appuyant sur l'apport continu d'oxygène pour maintenir le métabolisme microbien. Ils sont très efficaces pour éliminer la matière organique (DBO).

3.1.1 Processus de boues activées

Il s'agit du système aérobie le plus répandu dans le monde. Il s'agit d'introduire des eaux usées dans un réservoir aéré contenant une suspension de micro-organismes (le boues activées ). Les microbes consomment les polluants, forment des touffes microbiennes denses et colonies (flocs), puis sont séparées de l'eau traitée dans un clarificateur secondaire. Une partie de ces boues est recyclée vers le réservoir d'aération pour maintenir une concentration élevée de biomasse active.

3.1.2 Filtres de ruissellement

Les filtres à ruissellement (ou les filtres biologiques) sont des systèmes à couches fixes où les eaux usées sont distribuées sur un lit de supports (par exemple, les roches, le plastique). UN biofilm (une couche de micro-organismes) se développe sur la surface des médias. Au fur et à mesure que les eaux usées «coulent», les microbes du biofilm absorbent et dégradent la matière organique. La circulation de l'air naturel fournit l'oxygène nécessaire.

3.1.3 Contacteurs biologiques rotatifs (RBC)

Les globules rouges sont un autre système à film fixe composé de grands disques rotatifs étroitement espacés montés sur un arbre horizontal. Les disques sont partiellement submergés dans les eaux usées. Au fur et à mesure que les disques tournent, ils ramassent alternativement un film d'eaux usées, puis exposent le biofilm à l'atmosphère pour le transfert d'oxygène.

3.1.4 Lagoons aérés

Ce sont de grands bassins peu profonds qui utilisent des aérateurs de surface ou des systèmes d'air diffusés pour fournir de l'oxygène à la population microbienne dans les eaux usées. Ils nécessitent une grande superficie mais sont plus simples pour fonctionner et idéaux pour les zones avec une densité de population inférieure.

3.1.5 Bioréacteurs à membrane (Mbr)

Les MBR combinent un processus de boues activées conventionnelles avec un filtration membranaire unité (microfiltration ou ultrafiltration). Les membranes séparent les solides, éliminant le besoin d'un clarificateur secondaire. Cela permet une concentration beaucoup plus élevée de biomasse (élevée $\text{SRT}$ ) et produit des effluents exceptionnellement de haute qualité, prêts à être réutilisés.

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3.2 Processus de traitement anaérobie

Les processus anaérobies fonctionnent sans oxygène et sont particulièrement adaptés pour traiter les eaux usées à haute résistance ou pour stabiliser les boues, car elles produisent une précieuse source d'énergie - Biogas.

3.2.1 Digestion anaérobie

Ceci est principalement utilisé pour stabiliser le boue (biosolides) générés par traitement aérobie. Les boues sont placées dans des réservoirs chauffés scellés où les bactéries anaérobies convertissent une partie importante des solides organiques en biogaz ( ${\text{Ch}}_4$ ). Cela réduit le volume et l'odeur des boues.

3.2.2 Couverture de boues anaérobies à flux usine ( $\text{Uasb}$ ) Réacteurs

Le $\text{Uasb}$ est un système anaérobie à haut débit où les eaux usées coulent vers le haut à travers une "couverture" dense de granules microbiens (boues). Comme la matière organique est dégradée, le biogaz produit fait circuler les granules, créant un excellent contact entre la biomasse et les eaux usées.

3.2.3 Filtres anaérobies

Lese fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

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3.3 Processus de traitement hybride

Les systèmes hybrides combinent les caractéristiques des types de réacteurs conventionnels ou différents pour améliorer l'efficacité, en particulier pour l'élimination des nutriments et les contraintes d'espace.

3.3.1 Réacteurs de lots de séquençage ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ sont uniques en ce que toutes les étapes de traitement (remplir, réagir, se régler, tirer) se produisent séquentiellement dans un réservoir unique . Ils sont très flexibles et faciles à adapter pour l'élimination précise des nutriments en contrôlant la durée des phases aérobies, anoxiques et anaérobies dans le cycle.

3.3.2 boues activées à film fixe intégré ( $\text{Ifas}$ ) Systèmes

$\text{Ifas}$ Les systèmes sont un hybride de boues activées (croissance en suspension) et de technologie à film fixe. Les porteurs de biofilm (milieux en plastique) sont ajoutés directement dans le bassin d'aération des boues activées. Cela permet une concentration élevée de biomasse, offrant un environnement stable pour les bactéries à croissance lente (comme les nitrifiants) tout en maintenant la flexibilité du système de boues en suspension.

4. Considérations de conception pour les systèmes de traitement biologique

La conception d'une usine de traitement biologique efficace et stable nécessite une compréhension approfondie des caractéristiques des eaux usées et un étalonnage minutieux des paramètres du réacteur. L'objectif est de créer l'environnement optimal pour que les micro-organismes prospèrent et éliminent efficacement les polluants.

4.1 Caractéristiques des eaux usées

Le success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Corps}$ (Demande biochimique d'oxygène)

$\text{Corps}$ est la quantité d'oxygène requise par les micro-organismes pour décomposer la matière organique dans l'eau pendant une période spécifique (généralement cinq jours, ${\text{Corps}}_5$ ). C'est le paramètre de conception primaire Utilisé pour dimensionner le réacteur biologique, car il dicte la quantité de charge organique que la population microbienne doit consommer.

4.1.2 $\text{MORUE}$ (Demande chimique en oxygène)

$\text{MORUE}$ est la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement all matière organique et inorganique. Il mesure à la fois des composants biodégradables et non biodégradables. Le $\text{Corps}/\text{MORUE}$ Le rapport est important: un rapport élevé (par exemple,> 0,5) indique que les déchets sont fortement biodégradable et bien adapté au traitement biologique.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Solides en suspension totale)

$\text{TSS}$ représente les solides qui sont maintenus en suspension. Haut $\text{TSS}$ peut nécessiter un traitement primaire plus étendu et affecte la gestion des boues biologiques (biosolides). Bon établissement de $\text{TSS}$ est essentiel pour produire des effluents propres.

4.1.4 Nutriments (azote et phosphore)

Le concentration of Azote ( $\text{N}$ ) et Phosphore ( $\text{P}$ ) est critique pour deux raisons:

1. Santé microbienne: Adéquat $\text{N}$ et $\text{P}$ sont nécessaires pour la croissance de la biomasse (le $100:\text{Corps}:5:\text{N}:1:\text{P}$ rapport).

2. Qualité des effluents: Si ces nutriments sont présents en quantités élevées, le système doit être spécialement conçu pour Élimination des nutriments (Nitrification / dénitrification et élimination améliorée du phosphore biologique, $\text{EBPR}$ ) pour prévenir l'eutrophisation dans la réception des eaux.

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4.2 Critères de sélection des processus

Le choix du bon processus biologique dépend de plusieurs facteurs:

• Force des eaux usées: Haute résistance (élevé $\text{MORUE}/\text{Corps}$ ) Les déchets industriels sont souvent des favoris anaérobie processes pour la production de biogaz, suivi du polissage. Résistance faible à médium Les déchets municipaux utilisent généralement boues activées aérobies .

• Exigences d'effluents: Les limites de décharge strictes (en particulier pour les nutriments) exigent des systèmes complexes comme $\text{MBRS}$ ou des processus en plusieurs étapes ( $\text{SBRS}$ , boues activées en plusieurs étapes).

• Disponibilité des terres: Les emplacements limités à l'espace nécessitent souvent des technologies compactes à haut débit $\text{MBRS}$ or $\text{Ifas}$ , tandis que les lagunes conviennent là où la terre est bon marché et abondante.

• Coûts d'exploitation: Les processus aérobies nécessitent une apport à forte énergie pour l'aération, tandis que les processus anaérobies génèrent de l'énergie (biogaz), influençant les coûts à long terme.

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4.3 Paramètres de conception des réacteurs

Lese parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Temps de rétention hydraulique ( $\text{THS}$ )

$\text{THS}$ est le temps moyen qu'une unité d'eau reste à l'intérieur du réacteur.

Un plus long $\text{THS}$ Fournit plus de temps de contact entre les micro-organismes et les polluants, mais nécessite une plus grande taille de réservoir.

4.3.2 Temps de rétention solide ( $\text{SRT}$ )

$\text{SRT}$ (Aussi appelé $\text{Mcrt}$ ou le temps de rétention des boues) est le temps moyen micro-ouganismes (solids) rester actif dans le système.

$\text{SRT}$ est le paramètre de contrôle le plus important pour l'activité biologique. Le long de $\text{SRT}$ (par exemple, $10-30$ jours) est nécessaire pour cultiver des organismes à croissance lente comme nitrifiants pour l'élimination de l'azote.

4.3.3 Food-to-microorganisme ( $\text{F}/\text{M}$ ) Rapport

Le $\text{F}/\text{M}$ Le rapport est la charge biologique quotidienne (nourriture, mesurée comme $\text{Corps}$ or $\text{MORUE}$ ) fourni par unité de masse de micro-organismes ( $\text{M}$ , mesuré comme des solides en suspension volatils de liqueur mixte ou $\text{MLVSS}$ ) dans le réacteur.

• A haut $\text{F}/\text{M}$ (par exemple, > 0.5 $\text{kg}\text{Corps}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) signifie que les microbes ont "faim" et traitent rapidement l'eau, mais les boues se sont mal installées.

• A faible $\text{F}/\text{M}$ (par exemple, < 0.1 $\text{kg}\text{Corps}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) entraîne des boues plus anciennes et bien établies, mais nécessite un réservoir plus grand et est plus lent.

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4.4 Gestion des boues

Tous les processus biologiques produisent excès de biomasse (boues) qui doit être supprimé du système. Cette boue est souvent $95-99\%$ l'eau mais contient les polluants concentrés, ce qui en fait un défi d'élimination. Traitement des boues (épaississement, déshydratant et souvent anaérobie digestion ) est une composante cruciale et à coût élevé de la gestion globale des eaux usées, visant à stabiliser le matériau et à réduire son volume avant l'élimination finale (par exemple, application du terrain ou décharge).

5. Applications du traitement des eaux usées biologiques

Le traitement biologique est une technologie très adaptable, essentielle pour le traitement des eaux usées à partir de diverses sources, allant de grandes zones métropolitaines aux installations industrielles spécialisées.

5,1 traitement des eaux usées municipales

Les eaux usées municipales, principalement provenant de maisons résidentielles, d'entreprises commerciales et d'institutions, sont l'application classique de traitement biologique.

• Caractéristiques: Il contient généralement une charge organique à faible résistance ( $\text{Corps}$ et $\text{MORUE}$ ), niveaux élevés de solides en suspension ( $\text{TSS}$ ), et des quantités importantes de nutriments (azote et phosphore).

• Processus utilisés: Le standard treatment train relies heavily on Boues activées Processes (Souvent modifié pour Élimination des nutriments biologiques or $\text{BNR}$ ) et des systèmes parfois fixes comme Filtres qui coulent or $\text{RBCS}$ . L'objectif principal est de respecter les normes de décharge strictes pour protéger les voies navigables publiques.

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5.2 Traitement des eaux usées industrielles

Les eaux usées industrielles sont beaucoup plus variables en composition et en concentration que les eaux usées municipales, présentant souvent des défis uniques qui nécessitent des solutions biologiques personnalisées.

5.2.1 Industrie des aliments et des boissons

• Caractéristiques: Charges organiques élevées (sucres, graisses, amidons) et souvent élevées.

• Processus utilisés: Systèmes anaérobies comme $\text{Uasb}$ Les réacteurs sont fréquemment utilisés en premier pour gérer le haut $\text{MORUE}$ et generate valuable biogaz ( ${\text{Ch}}_4$ ) . Ceci est généralement suivi d'un système aérobie compact ( $\text{MBR}$ or $\text{Boues activées}$ ) pour le polissage final.

5.2.2 Industrie des pâtes et papier

• Caractéristiques: Volumes élevés, couleur et composés de lignine lentement biodégradables.

• Processus utilisés: Des systèmes à grande échelle tels que Lagunes aérées ou les boues activées à taux élevé sont courantes en raison des débits massifs. Des souches fongiques ou bactériennes spécialisées peuvent être nécessaires pour la couleur et l'élimination des composés persistants.

5.2.3 Industrie chimique

• Caractéristiques: Contient des polluants toxiques ou non conventionnels spécifiques (organiques récalcitrants, métaux lourds) qui peuvent inhiber l'activité microbienne standard.

• Processus utilisés: Le traitement nécessite souvent des bioréacteurs spécialisés et robustes ou plusieurs étapes, impliquant parfois Bioaugmentation (ajout de cultures microbes spécialement sélectionnées) ou de couplage avec des méthodes avancées comme Processus d'oxydation avancés ( $\text{Aops}$ ) avant ou après le stade biologique.

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5.3 Traitement des eaux usées agricoles

Cela comprend le ruissellement des fermes et, notamment, les eaux usées des opérations d'alimentation des animaux concentrés ( $\text{Cafos}$ ), ou fumier.

• Caractéristiques: Des concentrations extrêmement élevées de $\text{Corps}$ , $\text{TSS}$ , pathogènes, et surtout les nutriments.

• Processus utilisés: Le traitement implique des lagunes doublées, suivies d'une digestion anaérobie (pour réduire le volume et produire de l'énergie) et un traitement aérobie ultérieur pour l'élimination des nutriments et des agents pathogènes avant l'application ou la décharge terrestre.

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5.4 Traitement des eaux usées sur place

Les méthodes biologiques sont essentielles pour traiter les eaux usées dans les zones sans accès à des systèmes municipaux centralisés.

• Tâches septiques: Bien que principalement physique, la couche de boues dans une fosse septique subit une digestion anaérobie lente.

• Plantes à petite échelle: Des systèmes comme Compact $\text{SBRS}$ ou colis $\text{MBRS}$ sont utilisés pour les écoles individuelles, les hôpitaux, les développements de logements ou les sites industriels éloignés, offrant des effluents de haute qualité dans une petite empreinte.

Voici le projet de contenu pour le sixième partie de votre article, en se concentrant sur le Avantages et inconvénients du traitement biologique .

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6. Avantages et inconvénients du traitement biologique

Bien que les processus biologiques forment l'épine dorsale de la gestion des eaux usées modernes, ils sont soumis à certaines limitations qui doivent être gérées par conception et fonctionnement minutieuses.

6.1 Avantages

Le traitement biologique offre des avantages convaincants par rapport aux alternatives purement physiques ou chimiques.

6.1.1 Élimination efficace des polluants

Les systèmes biologiques sont exceptionnellement efficaces pour éliminer organique $\text{Corps}$ et $\text{MORUE}$ des eaux usées, réalisant souvent $90\%$ - Taux d'élimination de la place. De plus, ce sont les moyens les plus pratiques et les plus rentables pour la grande échelle Élimination biologique des nutriments ( $\text{BNR}$ ) , essentiel pour protéger les voies navigables sensibles de l'eutrophisation causée par un excès d'azote et du phosphore.

6.1.2 Effectif

Une fois construites, les coûts d'exploitation des processus biologiques sont généralement inférieurs à ceux du traitement chimique. Bien que les systèmes aérobies nécessitent une énergie importante pour l'aération, cela est souvent compensé par le coût élevé et l'approvisionnement continu nécessaire pour les floculants chimiques ou les précipitants requis dans les méthodes non biologiques. Systèmes anaérobies peut même être producteurs d'énergie nette à travers la génération et l'utilisation du biogaz ( ${\text{Ch}}_4$ ).

6.1.3 respectueux de l'environnement

Le traitement biologique implique fondamentalement des processus naturels, convertissant les polluants en produits stables et non toxiques ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ et biomasse). Le résultant Biosolides (boues) Peut souvent être traité et réutilisé en toute sécurité comme un amendement du sol, favorisant une approche de l'économie circulaire de la gestion des déchets.

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6.2 Inconvénients

Le reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Sensibilité aux substances toxiques

Les micro-organismes sont des cellules vivantes et peuvent être facilement inhibées ou tuées par des entrées soudaines de produits chimiques industriels toxiques , Métaux lourds, élevé $\text{pH}$ (acide ou base) ou concentrations élevées de sel. Une «charge de choc» peut anéantir la biomasse d'un système, nécessitant des jours ou des semaines pour que la population puisse récupérer et la qualité du traitement.

6.2.2 Instabilité du processus

Les systèmes biologiques peuvent souffrir de problèmes d'instabilité liés à la santé microbienne, comme boue bulking or moustillant .

• Enracinement se produit lorsque les bactéries filamenteuses se développent excessivement, empêchant les flocs de boues de s'installer correctement dans le clarificateur, conduisant à $\text{TSS}$ dans l'effluent final.

• Moustillant est souvent causé par des types spécifiques de bactéries et peut entraîner des problèmes opérationnels et des risques de sécurité sur la surface du réservoir d'aération.

6.2.3 Production de boues

Le fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of boue management (déshydratant, stabilisation et élimination). Les coûts de traitement des boues peuvent expliquer $30\%\text{to}50\%$ du budget de fonctionnement total pour une usine de traitement des eaux usées.

7. Avances et innovations récentes

Le field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Processus d'oxydation avancés ( $\text{Aops}$ )

$\text{Aops}$ ne sont pas strictement biologiques mais sont de plus en plus utilisés dans tandem avec des systèmes biologiques. Ils impliquent de générer des espèces transitoires très réactives, comme le radical hydroxyle ( $\cdot \text{OH}$ ) , qui oxydent et détruisent rapidement les contaminants organiques non biodégradables (récalcitrants ou micropolluants).

• Application: $\text{Aops}$ sont utilisés comme un prétraitement pour décomposer les composés toxiques, les rendre accessibles aux micro-organismes, ou comme un post-traitement (stade tertiaire) pour polir l'effluent en éliminant les traces des produits pharmaceutiques et des pesticides.

7.2 Bioaugmentation et biostimulation

Lese techniques focus on actively managing the microbial population:

• Bioaugmentation: Implique le ajout de cultures microbiennes non indigènes spécialement sélectionnées à un réacteur. Cela est généralement fait pour introduire des organismes capables de dégrader des polluants industriels complexes spécifiques que la biomasse indigène ne peut pas gérer.

• Biostimulation: Implique Optimisation de l'environnement du réacteur (par exemple, adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Technologie des boues granulaires

Cette innovation offre un saut majeur de l'efficacité du système et de la réduction de l'empreinte, principalement utilisée dans Boues granulaires aérobies ( $\text{AGS}$ ) Systèmes.

• Principe: Au lieu de former des flocs de boues activées traditionnelles, la biomasse s'organise spontanément en dense, compacte et sphérique granules . Ces granules se déposent considérablement plus rapidement et ont des zones distinctes (extérieur aérobie, intérieur anoxique / anaérobie) qui permettent l'élimination simultanée du carbone, de l'azote et du phosphore dans un seul réacteur.

• Avantage: Permet une concentration de biomasse beaucoup plus élevée et élimine le besoin d'un clarificateur séparé, réduisant l'empreinte de l'usine $75\%$ .

7.4 Génie génétique des micro-organismes

Bien que toujours principalement dans la phase de recherche et pilote, le génie génétique tient une immense promesse. Les scientifiques étudient les moyens de:

• Améliorer la dégradation: Modifier les microbes pour accélérer la dégradation des polluants organiques persistants ( $\text{Pop}$ ).

• Améliorer l'efficacité: Organismes ingénieurs pour effectuer plusieurs réactions (par exemple, nitrification et dénitrification simultanées) ou tolérer des conditions toxiques qui autrement inhiberaient les populations naturelles.