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Le procédé à boues activées (ASP) est le procédé de traitement biologique le plus largement appliqué dans le traitement des eaux usées municipales, tandis que le MBBR introduit un biofilm à croissance attachée dans le système pour créer un régime de double biomasse de croissance « attachée en suspension ».
Les deux ne se substituent pas l'un à l'autre mais conviennent à des scénarios différents : pour les nouvelles installations, la décision dépend de l'empreinte au sol et des exigences en matière d'effluents, tandis que pour les rénovations, elle dépend des réservoirs existants et des contraintes d'investissement.
Cet article compare les deux processus selon six dimensions — empreinte au sol, concentration des boues, résistance aux chocs, consommation d'énergie, fonctionnement et maintenance, et difficulté de mise à niveau — en mettant l'accent sur la logique de sélection et les considérations clés pour la conversion d'un réservoir de boues activées en MBBR (hybride), et comprend une étude de cas généralisée sur l'expansion de la capacité municipale.
L'ASP s'appuie sur des boues activées en suspension (valeur typique MLSS de 2 à 5 g/L) pour éliminer les matières organiques et l'azote ; MBBR ajoute des supports de biofilm en suspension au réservoir (taux de remplissage de 20 à 50 %, valeur de référence), avec un biofilm attaché à la surface du support.
Cela produit une biomasse plus élevée par unité de volume du réservoir, et le gradient d'OD au sein du biofilm crée naturellement des microenvironnements aérobies/anoxiques qui favorisent la nitrification et la dénitrification simultanées.
Le MBBR est originaire d'Europe du Nord (Norvège, années 1980) et est largement utilisé dans la modernisation européenne des réservoirs existants ; après son introduction en Chine, il s'est rapidement répandu dans les projets municipaux de modernisation/d'expansion et dans les applications de traitement des eaux usées industrielles.
| Dimensions | Procédé par boues activées (ASP) | MBBR | Remarques |
|---|---|---|---|
| Empreinte / Volume du réservoir | Plus grand ; THS 6 à 10 h (valeur typique) | Peut être réduit de 30 à 50 % (valeur de référence) | Chargement volumétrique plus élevé |
| Concentration des boues | MLSS 3 à 5 g/L (valeur typique) | Biofilm équivalent en suspension de 2 à 4 g/L | Biomasse totale plus élevée |
| Résistance aux charges de choc | Modéré ; sensible aux charges de choc | Plus fort ; le biofilm résiste aux chocs et à la toxicité | Un avantage évident pour les eaux usées industrielles |
| Consommation d'énergie | Retour des boues d'aération, conventionnel | Intensité d'aération légèrement plus élevée pour la fluidisation des médias ; le retour des boues peut être réduit | Besoin d’une évaluation combinée |
| Fonctionnement et entretien | Doit contrôler le gonflement des boues ; grande production de boues | Inspection périodique des écrans de rétention ; production de boues réduite | Faible risque de gonflement des boues |
| Difficulté de mise à niveau | — | Faible à moyen ; peut utiliser les réservoirs existants | Nécessite des écrans et des supports, une revérification de l'aération |
Lorsque les exigences en matière d'effluents sont strictes et que les terrains sont rares, les combinaisons MBBR et MBBR ASP (hybrides) peuvent répondre simultanément aux normes DCO et ammoniac dans un volume de réservoir plus petit.
Le MBBR est également intéressant lorsque l'installation est sensible aux coûts d'élimination des boues, car elle produit moins de boues (référence : environ 0,3 à 0,5 kg de boues par kg de DBO5 éliminée, soit moins que les procédés conventionnels).
Cependant, l'investissement dans les médias et la maintenance des écrans de rétention doivent être inclus dans le coût du cycle de vie complet ; la phase de construction à elle seule ne devrait pas être la seule considération.
De nombreuses usines municipales en Chine sont confrontées à la double demande d'une « expansion de capacité, de normes plus strictes en matière d'effluents » (par exemple, la mise à niveau de la classe B à la classe A niveau 1), tandis qu'en Europe et en Amérique du Nord, la rénovation des installations vieillissantes et l'augmentation de la charge sont courantes.
Lorsqu'aucun terrain supplémentaire n'est disponible, la conversion des réservoirs aérobies existants en MBBR hybride est une voie courante : le dosage du fluide dans les réservoirs existants et l'installation de tamis de rétention peuvent améliorer la capacité de traitement et de nitrification, avec un investissement généralement inférieur à la construction de nouveaux réservoirs (référence).
Une station d'épuration municipale a été initialement conçue pour 15 000 m³/j en utilisant un procédé conventionnel à boues activées (fossé d'oxydation), avec des effluents répondant à la norme locale de classe B.
En raison de la croissance démographique dans sa zone de service, l'usine devait s'étendre jusqu'à 22 000 m³/j et passer au niveau 1 de classe A, mais aucun terrain n'était disponible pour l'acquisition.
La solution a converti une partie de la zone aérobie du fossé d'oxydation en MBBR hybride : des milieux à surface spécifique élevée (500 m²/m³, valeur typique) ont été dosés à 30 % du volume efficace, des tamis de rétention des effluents ont été installés et le système d'aération a été revérifié (débit d'air augmenté d'environ 25 %, valeur exemple), tandis que le système de retour des boues existant a été conservé.
Après la modernisation, la capacité de traitement a augmenté d'environ 40 % et l'ammoniac hivernal est resté conforme de manière stable, sans ajout de nouveaux réservoirs.
Ce cas est une description généralisée ; des paramètres spécifiques doivent être vérifiés par des calculs réels du projet.
Des écrans de rétention fiables doivent être installés du côté des effluents pour empêcher les médias de sortir avec l'effluent ; l'espace entre l'écran doit être inférieur à la dimension minimale du support (référence).
La fluidisation des médias nécessite une intensité d'aération suffisante. Avant la mise à niveau, vérifiez la marge de capacité du ventilateur et la disposition du diffuseur, et remplacez ou ajoutez des diffuseurs à fines bulles si nécessaire.
En mode hybride, le MLSS des boues en suspension est généralement de 2 à 4 g/L (référence) pour garantir que le biofilm et les boues en suspension fonctionnent ensemble.
Aucun média n'est ajouté aux zones anoxiques/anaérobies, et les ouvertures dans les cloisons de séparation doivent être conçues pour empêcher les flux croisés de média.
Les supports cylindriques en PE sont courants sur le marché européen, tandis que les supports de type poreux sont plus largement acceptés sur le marché nord-américain (référence).
La surface et la géométrie spécifiques doivent correspondre à la profondeur du réservoir et à l’intensité de l’aération, et des essais pilotes sont recommandés au préalable.
Les températures hivernales de l'eau dans le nord de l'Amérique du Nord et de l'Europe du Nord sont basses, de sorte que le volume de nitrification doit être revérifié par rapport aux conditions hivernales après la rénovation.
Le nord de la Chine a également besoin d'une marge de température, et lorsque l'influent contient une forte teneur en graisse ou en cheveux, le tamisage et le dégraissage au niveau des têtes doivent être renforcés pour éviter l'enchevêtrement des médias ou le colmatage du tamis.
Oui. La partie des boues en suspension nécessite toujours un gaspillage périodique selon SRT pour maintenir l'activité - la quantité est simplement généralement inférieure à celle d'un système à boues activées pures (référence), et les problèmes de gonflement des boues sont essentiellement évités.
Pas nécessairement. La fluidisation des médias augmente considérablement la résistance à l'aération et l'intensité de la demande en oxygène.
La pratique courante consiste à mesurer le débit d'air réel du ventilateur et l'efficacité du transfert d'oxygène du diffuseur, puis à recalculer ; la plupart des projets nécessitent d'ajuster le nombre de diffuseurs ou de les remplacer par des diffuseurs à fines bulles plus efficaces (référence).
Dans des conditions normales de fonctionnement, les fluides fluidisés ne sont pas sujets au colmatage.
Cependant, lorsque l'influent contient une forte teneur en graisse ou en cheveux, les médias peuvent s'emmêler ou les grilles se boucher ; le tamisage et le dégraissage des têtes d'ouvrage devraient être renforcés, et les tamis nettoyés manuellement ou automatiquement selon un planning régulier (référence basée sur l'expérience).
Le MBBR et le procédé à boues activées ont chacun leurs propres limites applicables : les rénovations MBBR ou hybrides méritent la priorité dans des scénarios comportant des contraintes foncières, des mises à niveau de capacité avec des normes plus strictes ou des charges de choc industrielles ; pour les nouvelles centrales conventionnelles disposant de vastes terrains et de ressources opérationnelles limitées, l’ASP conventionnel reste un choix éprouvé et fiable.
La sélection doit être basée sur une évaluation combinée des « contraintes terrestres cibles des effluents, coûts du cycle de vie entier, normes locales (Chine GB 18918, EU UWWTD, North American NPDES) ».
Pour les projets de rénovation, il est recommandé d'effectuer 3 à 6 mois d'essais pilotes et de modélisation hydraulique avant de finaliser le taux de remplissage et le schéma d'aération ; pour la sélection des médias et l’aide au calcul de la mise à niveau, contactez l’équipe technique AquaSust.
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