MBBR vs IFAS : choisir la bonne technologie de traitement des eaux usées

Dans le monde complexe du traitement moderne des eaux usées, deux procédés biologiques se distinguent par leur efficacité et leur conception compacte : le Réacteur à biofilm à lit mobile (MBBR) et le Boues activées à film fixe intégrées (SI) .

Le MBBR et l’SI représentent une évolution significative par rapport aux méthodes conventionnelles comme le procédé à boues activées. Ils utilisent tous les deux le pouvoir de biofilm , une communauté de micro-organismes qui se fixent à une surface solide pour décomposer les polluants présents dans les eaux usées. Cependant, la manière dont ils intègrent ce biofilm dans le processus de traitement est fondamentalement différente, ce qui entraîne des avantages, des inconvénients et des applications idéales distincts.

Qu'est-ce que MBBR ?

Le Réacteur à biofilm à lit mobile (MBBR) est un procédé biologique de traitement des eaux usées qui utilise un type spécial de milieu porteur pour développer et maintenir les micro-organismes. Contrairement aux systèmes conventionnels où les micro-organismes sont en suspension dans l'eau, dans le MBBR, ils forment un biofilm à la surface de petits supports en plastique flottants. Ces supports, qui ressemblent à de petits copeaux ou anneaux en plastique, sont maintenus en mouvement constant à l'intérieur du réacteur par un système d'aération ou un mélangeur mécanique.

Le processus est essentiellement un « hôtel de biofilm » Les eaux usées s’écoulent à travers le réacteur et, lorsqu’elles entrent en contact avec les supports recouverts de biofilm, les micro-organismes consomment et décomposent des polluants comme la matière organique (DBO/DCO) et les composés azotés. Un tamis ou un tamis à la sortie maintient les supports à l'intérieur du réservoir tout en permettant à l'eau traitée de sortir. Cette approche à film fixe permet une concentration très élevée de biomasse active, conduisant à un système beaucoup plus compact et efficace.

Avantages du MBBR :

• Capacité de traitement élevée : La grete surface fournie par les supports permet une concentration élevée de biomasse, ce qui augmente considérablement l'efficacité du traitement.

• Petite empreinte : En raison de son rendement élevé, un système MBBR nécessite moins d'espace que les systèmes traditionnels à boues activées.

• Stable et robuste : Le biofilm attaché est plus résistant aux chocs toxiques, aux changements de pH et aux fluctuations du débit ou de la composition des eaux usées.

• Facile à utiliser : Les systèmes MBBR ne nécessitent pas de recirculation des boues ni de conduites de retour, ce qui simplifie leur fonctionnement et leur maintenance.

Inconvénients du MBBR :

• Perte de support de l'opérateur : Il existe un risque que des médias s'échappent du réservoir si les écrans de retenue sont endommagés ou mal conçus.

• Peut être sensible à certaines toxines : Bien que généralement robuste, une concentration soudaine et élevée d’une toxine peut néanmoins avoir un impact sur le biofilm.

Qu'est-ce que l'SI ?

Le Boues activées à film fixe intégrées (SI) Le processus est une technologie hybride qui combine le meilleur de deux mondes : le conventionnel boues activées processus et le film fixe processus. Dans un système SI, un réservoir de boues activées conventionnel est rempli d'un milieu immergé, similaire à celui utilisé dans MBBR. Ce milieu fournit une surface supplémentaire pour la croissance d’un deuxième biofilm attaché, tandis que les boues activées restent en suspension.

Considérez-le comme un système à double action. Les boues activées en suspension effectuent le traitement biologique primaire, tandis que le biofilm présent sur le milieu gère le traitement supplémentaire et agit comme tampon. Cette combinaison permet une concentration totale de biomasse beaucoup plus élevée dans le même volume de réservoir. Le résultat est un système plus efficace, capable de gérer des charges organiques plus élevées et particulièrement efficace pour élimination des nutriments , comme la dénitrification et la nitrification.

Avantages de l'SI :

• Performances de traitement améliorées : La biomasse ajoutée du biofilm améliore considérablement la capacité du système à éliminer la DBO, la DCO et les nutriments.

• Caractéristiques de colonisation améliorées : La présence du milieu contribue souvent à créer une boue plus stable et moins « visqueuse », qui se dépose mieux dans le clarificateur.

• Augmentation de la concentration de biomasse : L'SI permet une biomasse totale plus élevée, ce qui est bénéfique pour gérer des charges variables et pour obtenir une meilleure qualité des effluents.

Inconvénients de l'IFAS :

• Plus complexe : Le système nécessite de gérer à la fois les boues activées en suspension et le biofilm attaché, ce qui est plus complexe qu'un MBBR autonome.

• Coût initial plus élevé : L’investissement initial peut être plus élevé qu’un simple MBBR en raison de la nécessité d’un clarificateur et d’un équipement de traitement des boues.

• Potentiel de croissance des bactéries filamenteuses : Puisqu’il repose toujours sur un composant de boues en suspension, l’IFAS peut être sensible aux mêmes problèmes de gonflement des boues causés par des bactéries filamenteuses que les boues activées conventionnelles.

MBBR vs IFAS : principales différences

Bien que le MBBR et l’IFAS utilisent tous deux du biofilm sur des supports pour améliorer le traitement des eaux usées, leurs conceptions de base et leurs caractéristiques opérationnelles entraînent des différences significatives. Ce tableau donne un aperçu rapide des principales distinctions.

Processus de traitement

La principale différence réside dans le mécanisme biologique. MBBR est un biofilm uniquement système. L’ensemble du processus de traitement se déroule à la surface des supports. Cela en fait un processus très robuste et stable, car le biofilm n’est pas facile à éliminer et est plus résistant aux chocs.

IFAS est un procédé hybride . Les boues activées en suspension effectuent la majeure partie de l'élimination de la matière organique (DBO/DCO), tandis que le biofilm présent sur le milieu fournit une biomasse supplémentaire et stable pour la nitrification et d'autres besoins de traitement spécialisés. Cette approche à double action permet à l’IFAS de gérer des charges organiques plus élevées et d’obtenir une meilleure élimination des nutriments que les boues activées seules.

Concentration de biomasse

Les deux systèmes présentent une concentration élevée de biomasse, ce qui est la clé de leur efficacité. Cependant, ils y parviennent différemment. La biomasse de MBBR est entièrement attachée au milieu, permettant une population incroyablement dense et active de micro-organismes. L'IFAS, en revanche, bénéficie d'un biomasse combinée : les boues en suspension et le biofilm attaché. Cela se traduit souvent par une concentration de biomasse totale encore plus élevée, ce qui la rend exceptionnellement efficace pour les plantes nécessitant un traitement de haut niveau.

Médias de l'opérateur MBBR

Dans un MBBR système, le support porteur est un élément indépendant et flottant conçu pour une efficacité et une stabilité maximales.

• Conception et matériau : Les supports MBBR sont généralement de petites pièces en plastique légères fabriquées à partir de polyéthylène haute densité (PEHD) ou de matériaux similaires. Leur caractéristique la plus importante est leur surface spécifique élevée (SSA) , qui est la surface totale disponible pour la croissance du biofilm par unité de volume du milieu. La conception complexe, comportant des ailettes, des rayons ou des compartiments internes, augmente considérablement cette surface, permettant à un grand nombre de micro-organismes de se fixer et de prospérer.

• Rôle et fonction : Le rôle principal des médias est de fournir un environnement protégé et stable au biofilm. Comme les porteurs se déplacent constamment à l’intérieur du réacteur, ils entrent en collision les uns avec les autres et avec les parois du réservoir, ce qui élimine l’excès ou le biofilm mort. Ceci "auto-nettoyant" Le mécanisme garantit que le biofilm reste fin et sain, permettant un transfert de masse optimal d'oxygène et de nutriments aux micro-organismes. La conception protège également le biofilm des forces de cisaillement élevées de l’aération, rendant le système très résilient. Les supports sont retenus dans le réservoir par un tamis ou un tamis à la sortie.

Médias de l'opérateur IFAS

Dans un IFAS système, le support agit comme un élément supplémentaire dans un procédé à boues activées classique. Son rôle est d'augmenter la capacité du système sans augmenter la taille du réservoir

• Conception et matériau : Le milieu IFAS est souvent similaire en forme et en matériau au milieu MBBR, mais il est généralement contenu dans des cages fixes ou suspendues à l'intérieur du réservoir. Le milieu offre une grande surface pour le biofilm de croissance attaché. La conception peut être adaptée à l'application spécifique, par exemple en ayant une structure plus ouverte pour permettre une meilleure interaction avec les boues en suspension.

• Rôle et fonction : L'objectif principal des médias IFAS est de fournir un plateforme stable pour la biomasse spécialisée , en particulier les bactéries nitrifiantes. Ces bactéries se développent plus lentement que les bactéries hétérotrophes qui éliminent la DBO/DCO. Dans un système à boues activées classique, ces nitrificateurs peuvent être éliminés par lavage, notamment dans des conditions de débit élevé. En fournissant une surface fixe, le milieu IFAS garantit que les bactéries nitrifiantes restent dans le système, garantissant une élimination fiable des nutriments même sous des charges variables. Les boues activées en suspension et le biofilm fixe fonctionnent en synergie, les boues manipulant la majeure partie de la charge organique et le biofilm se concentrant sur des processus plus complexes comme la nitrification.

Complexité opérationnelle et coût

MBBR est connu pour sa simplicité. Il s’agit souvent d’un système « à flux continu » qui ne nécessite pas de clarificateur ni de recirculation des boues, ce qui simplifie le fonctionnement et réduit les coûts énergétiques. Cela en fait une solution rentable, notamment pour moderniser les réservoirs existants.

L'IFAS est plus complexe car il maintient les composants de base du processus de boues activées, y compris la nécessité d'un clarificateur secondaire et d'un pompage de retour des boues activées (RAS). Bien que cette complexité puisse augmenter les coûts d’investissement initiaux et les exigences opérationnelles, elle offre la flexibilité et les performances améliorées souvent requises pour des normes strictes en matière d’effluents, en particulier pour l’élimination des nutriments.

Applications

Le choix entre MBBR et IFAS se résume souvent à l’application spécifique et aux objectifs du projet. Bien que les deux soient très polyvalentes, chaque technologie dispose d’un ensemble de cas d’utilisation idéaux dans lesquels ses atouts sont mieux exploités.

Applications MBBR

La technologie MBBR est particulièrement bien adaptée aux scénarios où l’espace est limité ou où un processus simple et robuste est requis.

• Traitement des eaux usées industrielles : Les MBBR sont largement utilisés pour traiter les eaux usées provenant d’industries telles que aliments et boissons, pâtes et papiers et produits chimiques . Leur capacité à gérer des charges organiques élevées et leur résilience aux fluctuations de débit en font un excellent choix pour les processus industriels présentant des caractéristiques de décharge variables.

• Traitement des eaux usées municipales : Les MBBR sont de plus en plus utilisés dans les usines municipales élimination du carbone (DBO/DCO) and nitrification processus. Ils peuvent être installés comme étape de prétraitement ou comme réacteur biologique principal, remplaçant ou complétant souvent les systèmes conventionnels.

• Modernisation et mise à niveau : L’une des applications les plus courantes du MBBR est la suivante modernisation des stations d'épuration des eaux usées existantes . En ajoutant simplement des supports à un réservoir de boues activées existant, la capacité de l'usine peut être considérablement augmentée sans avoir besoin de réservoirs supplémentaires, ce qui en fait une solution rentable pour les installations confrontées à des limites de rejet plus strictes ou à une croissance démographique.

Applications IFAS

La technologie IFAS excelle dans les situations où une usine a besoin d'une amélioration significative de ses performances, en particulier pour élimination des nutriments , mais ne peut pas étendre son empreinte physique.

• Élimination des nutriments : Il s’agit sans doute de l’application la plus forte de l’IFAS. La biomasse stable sur le milieu fournit un environnement fiable pour bactéries nitrifiantes (qui convertissent l'ammoniac en nitrate) et bactéries dénitrifiantes (qui convertissent le nitrate en azote gazeux). Cela permet aux plantes de respecter systématiquement des limites strictes en matière d’azote et de phosphore.

• Mise à niveau des systèmes de boues activées existants : Semblable à MBBR, IFAS est une solution parfaite pour modernisation des usines de boues activées existantes . En ajoutant du milieu aux bassins d’aération, la capacité du système peut être augmentée, améliorant ainsi la qualité des effluents et permettant des débits plus élevés sans construire de nouveaux réacteurs. Ceci est particulièrement précieux pour les infrastructures vieillissantes.

• Traitement combiné des débordements d'égouts (CSO) : Les systèmes IFAS peuvent être conçus pour gérer les flux élevés et soudains typiques des OSC, offrant ainsi une solution efficace et compacte pour traiter ces surtensions avant la décharge.

Facteurs à prendre en compte lors du choix

Choisir entre MBBR et IFAS n’est pas une décision universelle. La technologie optimale dépend fortement des caractéristiques et des exigences spécifiques de votre projet. Voici les facteurs clés que vous devez prendre en compte avant de prendre une décision finale.

1. Caractéristiques des eaux usées

• Type et concentration de polluants : Le type et la concentration des polluants (par exemple, DBO, DCO, azote, phosphore) sont une considération primordiale.

  • MBBR est très efficace pour les applications axées sur Élimination de la DBO et de la DCO . Il est également excellent pour nitrification mais peut être moins efficace pour l’élimination simultanée des nutriments que l’IFAS.

  • IFAS est le meilleur choix pour les projets qui nécessitent une amélioration élimination des nutriments (azote et phosphore) , en particulier lorsqu’il s’agit d’eaux usées à faibles émissions de carbone qui rendent difficile la prolifération des bactéries nitrifiantes.

2. Objectifs du traitement

• Qualité des effluents requise : C’est peut-être le facteur le plus important.

  • Si votre objectif est de respecter les limites standard d'effluents pour la DBO et le TSS en mettant l'accent sur un fonctionnement simple et robuste, MBBR est un candidat fort.

  • Si vous devez respecter des normes strictes en matière d’effluents pour azote total et phosphore total , IFAS est souvent le choix le plus fiable et le plus efficace en raison de son système à double biomasse.

3. Disponibilité de l'espace

• Contraintes d'empreinte : L’espace physique disponible pour la station d’épuration peut être un facteur décisif.

  • MBBR les systèmes ont généralement un empreinte plus petite que les IFAS pour la même capacité de traitement, ce qui les rend idéaux pour les sites avec un espace limité.

  • IFAS nécessite un encombrement plus important que le MBBR car il nécessite toujours un clarificateur secondaire et d'autres composants de boues activées, bien qu'il soit toujours plus compact qu'une usine de boues activées conventionnelle.

4. Budget

• Coûts initiaux et opérationnels : Évaluer à la fois les dépenses d’investissement et les coûts opérationnels à long terme.

  • MBBR les systèmes ont souvent un coût initial inférieur et un fonctionnement plus simple, ce qui se traduit par des coûts opérationnels inférieurs (par exemple, moins de puissance pour le pompage et pas de traitement des boues).

  • IFAS a un coût initial plus élevé en raison de son infrastructure plus complexe (clarificateurs, pompes à boues de retour) et peut avoir des coûts d'exploitation plus élevés, mais cela peut être compensé par ses performances supérieures.

5. Expertise opérationnelle

• Disponibilité de personnel qualifié : Tenez compte du niveau d’expertise requis pour exploiter et entretenir le système.

  • MBBR Il s’agit d’un système relativement simple à utiliser, ce qui en fait un bon choix pour les usines disposant d’un personnel limité ou moins expérimenté.

  • IFAS nécessite un niveau plus élevé d’expertise opérationnelle pour gérer à la fois les boues en suspension et le biofilm attaché, y compris des problèmes tels que la croissance filamenteuse et la décantation des boues.

Recommander

MBBR est le choix idéal lorsque la simplicité, un faible encombrement et des performances robustes sont les principales priorités. Il s’agit d’un système très efficace pour l’élimination générale de la DBO/DCO et peut constituer une solution rentable pour améliorer la capacité d’une usine sans modifications complexes.

IFAS , d'autre part, est la technologie de référence lorsque les performances sont améliorées, en particulier pour élimination des nutriments , n'est pas négociable. Sa conception hybride exploite les atouts des boues activées et des procédés à film fixe pour obtenir une qualité d'effluent supérieure, ce qui en fait une solution puissante pour les usines soumises à des réglementations environnementales strictes.