Diffuseurs à disques vs aérateurs de surface : pourquoi l'aération immergée gagne pour les systèmes MBR

Dans la conception des usines modernes de traitement des eaux usées, en particulier celles utilisant Bioréacteur à membrane (MBR) technologie – le choix du système d’aération est l’une des décisions les plus critiques. Alors que les aérateurs de surface constituent depuis longtemps un élément essentiel des lagons traditionnels, Diffuseurs à disques à fines bulles (aération submergée) sont devenus la référence en matière d'applications MBR.

Voici une comparaison technique expliquant pourquoi les diffuseurs à disques immergés surpassent l'aération de surface dans les environnements de traitement haute performance.

Différences clés : aération immergée ou en surface

Où l'air entre dans l'eau

• Aération immergée (par exemple, diffuseurs à disques) libère de l'air du bas ou de l'intérieur la liqueur mélangée afin que l'oxygène soit délivré dans toute la colonne d'eau.
• Aérateurs de surface introduire de l'oxygène au surface de l'eau par éclaboussures ou agitation.

Étant donné que les systèmes MBR fonctionnent généralement dans une liqueur mélangée profonde et dense, les méthodes immergées permettent aux bulles de monter sur toute la profondeur, augmentant ainsi le temps de contact avec l'oxygène et une aération plus uniforme.

1. Efficacité du transfert d'oxygène (OTE)

L’objectif principal de l’aération est de déplacer l’oxygène de l’air vers le liquide.

• Aérateurs de surface : Ces machines fonctionnent en projetant de l’eau dans l’air. Le temps de contact entre l’air et l’eau est extrêmement court et ne se produit qu’en surface.
• Diffuseurs à disques : En libérant des millions de fines bulles au fond du réservoir, les diffuseurs à disques utilisent toute la colonne d'eau. À mesure que les bulles montent, elles transfèrent de l’oxygène tout au long du voyage.
• Le facteur MBR : Les réservoirs MBR sont généralement profonds (jusqu'à mètres) pour économiser de l'espace. Les diffuseurs à disques gagnent en efficacité avec la profondeur (SOTE par mètre plus élevé), tandis que les aérateurs de surface peinent à oxygéner le fond des réservoirs profonds.

2. Gestion des concentrations élevées de MLSS

Les systèmes MBR fonctionnent à des niveaux de matières en suspension dans les liqueurs mélangées (MLSS) nettement plus élevés, généralement entre et mg/L, par rapport aux systèmes conventionnels (mg/L).

• Défis de viscosité : Un MLSS élevé rend les eaux usées plus visqueuses (plus épaisses). Les aérateurs de surface ne parviennent souvent pas à fournir suffisamment d’énergie localisée pour pénétrer dans cette boue épaisse, conduisant à des « zones mortes » où les solides se déposent et deviennent anaérobies.
• Précision immergée : Les diffuseurs à disques sont disposés en grille sur le sol. Cela permet un mélange uniforme et garantit que chaque litre de boue à haute densité reçoit suffisamment d'oxygène dissous (OD), quelle que soit sa viscosité.

3. Impact sur la santé des membranes et la formation de mousse

Dans un système MBR, le système d’aération ne nourrit pas seulement les bactéries ; il interagit avec les modules membranaires sensibles.

• Aérosols et moussants : Les aérateurs de surface créent des éclaboussures et des aérosols importants. Dans les eaux usées industrielles ou pharmaceutiques, cela peut conduire à un moussage excessif et au rejet de composés organiques volatils (COV) dans l’atmosphère.
• Interaction douce : Les diffuseurs à disques fournissent une turbulence « souterraine ». Les fines bulles montent doucement, fournissant l'effet « récurant » nécessaire si elles sont placées sous les modules de membrane, ce qui aide à garder les membranes propres sans l'action mécanique violente d'une turbine de surface.

4. Consommation d'énergie et perte de chaleur

L'aération représente généralement 45% à 75% des coûts énergétiques d’une station d’épuration.

• Efficacité du ventilateur : Les diffuseurs à disques associés à des ventilateurs à haut rendement peuvent être régulés avec précision à l'aide de VFD (Variable Frequency Drives) basés sur des capteurs DO en temps réel.
• Gestion thermique : Les aérateurs de surface exposent les eaux usées à l'air ambiant. En hiver, cela provoque des pertes de chaleur massives, ce qui ralentit l’activité biologique. En été, l’eau peut surchauffer. L'aération immergée maintient la température du processus stable.

Résumé de comparaison : diffuseurs à disque et aérateurs de surface

Conclusion

Pour un système MBR, le choix est clair. Diffuseurs à disques à fines bulles fournissent le transfert d’oxygène supérieur, le mélange en réservoir profond et l’efficacité énergétique requis pour maintenir une biomasse à haute densité. Bien que les aérateurs de surface soient plus simples à installer dans les lagons ouverts, ils n'ont pas la précision et la puissance requises pour l'environnement à haute intensité d'une usine pharmaceutique ou chimique moderne de MBR.