Types de supports de traitement des eaux usées : un guide de sélection pratique pour les acheteurs en ingénierie

Les milieux de traitement des eaux usées sont des matériaux ou des structures artificielles placés à l'intérieur des unités de traitement pour soutenir la croissance biologique, améliorer la séparation des solides, filtrer les particules en suspension, adsorber les contaminants dissous, échanger des ions ou séparer l'eau à travers des membranes.

Cependant, le terme « milieux de traitement » recouvre plusieurs technologies fondamentalement différentes. Les supports MBBR, les décanteurs tubulaires, le charbon actif, les filtres à sable, les résines échangeuses d'ions et les membranes MBR ne doivent pas être traités comme des produits interchangeables. Chacun fonctionne selon un mécanisme différent et doit être sélectionné en fonction des caractéristiques des eaux usées, de l’objectif de traitement, de la configuration du réacteur, des conditions de fonctionnement et de la qualité requise des effluents.

Chez Hangzhou NIHAO Environmental Tech Co., Ltd., nous travaillons avec des entrepreneurs en traitement des eaux usées, des propriétaires d'usines, des fabricants d'équipements, des distributeurs et des sociétés d'ingénierie. Basé sur cette perspective de l'industrie, ce guide explique les principaux types de supports de traitement des eaux usées et les informations que les acheteurs doivent évaluer avant de passer une commande.

Classification rapide des milieux de traitement des eaux usées

1. Médias de réacteur à biofilm à lit mobile

Les milieux de réacteur à biofilm à lit mobile, communément appelés milieux MBBR, sont des supports en plastique techniques qui se déplacent librement à l'intérieur d'un bioréacteur aéré ou mélangé mécaniquement. Les micro-organismes se fixent sur les surfaces protégées des supports et forment un biofilm actif.

Les médias MBBR sont couramment utilisés pour réduire la charge organique, favoriser la nitrification, faciliter la dénitrification et augmenter la capacité de traitement biologique sans construire un réservoir beaucoup plus grand. Ils sont également utilisés dans les systèmes intégrés de boues activées à film fixe, connus sous le nom d'IFAS, où les boues activées en suspension et le biofilm attaché fonctionnent dans le même réacteur.

Ce que les acheteurs devraient évaluer

• Surface protégée : Les acheteurs doivent faire la distinction entre la surface géométrique totale et la zone efficacement protégée contre une abrasion excessive.
• Dimensions du porteur : Le diamètre, la hauteur, la structure d'ouverture et la géométrie interne affectent le mouvement, la rétention du biofilm et la sélection de l'écran.
• Matériel: Le PEHD est largement utilisé car sa densité peut permettre aux supports de rester en suspension dans des conditions de mélange appropriées.
• Densité des médias : La densité doit être évaluée en même temps que la densité des eaux usées, la croissance du biofilm et l'intensité de l'aération.
• Taux de remplissage : Le volume requis dépend de la charge de traitement, de la conception du réacteur et du remplissage autorisé du média, et pas simplement du volume du réservoir.
• Stabilité mécanique : Les transporteurs doivent résister aux collisions à long terme, à l'aération et à la circulation continue.
• Système de rétention : Des tamis de sortie appropriés sont nécessaires pour éviter la perte de fluide tout en maintenant le débit hydraulique.

Une superficie publiée plus élevée ne signifie pas automatiquement de meilleures performances. Les acheteurs en ingénierie doivent demander la définition de la zone déclarée, les méthodes d'essai à l'appui, les tolérances dimensionnelles, les données sur les matériaux, la quantité en vrac par mètre cube et les références du projet dans des conditions d'eaux usées comparables.

2. Biofilm fixe et milieux biologiques structurés

Les milieux de biofilm fixes restent stationnaires à l'intérieur d'un réacteur, d'un filtre percolateur, d'un filtre aéré immergé, d'un filtre anaérobie ou d'un système biologique de contrôle des odeurs. Les formes courantes incluent les supports en feuilles structurés, les blocs en nid d'abeilles, les modules à flux croisés, les supports à flux vertical, les emballages plastiques aléatoires, les biobilles et les blocs poreux.

Contrairement aux supports mobiles, les supports fixes nécessitent que les eaux usées et l'air passent à travers ou autour d'une structure fixe. Leurs performances dépendent donc fortement de la distribution hydraulique, de la distribution de l'air, des espaces vides, de l'accessibilité des surfaces et de la résistance au colmatage.

Quand les médias fixes peuvent convenir

• Filtres percolateurs à répartition contrôlée des affluents
• Biofiltres aérobies immergés
• Réacteurs anaérobies à biofilm
• Eaux usées industrielles avec des conditions hydrauliques stables
• Filtres biotrickling pour le traitement des odeurs et des gaz
• Systèmes d’aquaculture et de recirculation d’eau

Pour les eaux usées contenant des niveaux élevés de fibres, de graisse, de solides précipités ou de boues biologiques, les acheteurs doivent accorder une attention particulière à la largeur du canal et au risque de colmatage. Une structure de support ayant une surface nominale très élevée peut avoir de mauvais résultats si des solides bloquent rapidement ses passages utilisables.

3. Décanteur de tubes et média de décantation à lamelles

Les milieux de décantation en tube ne sont pas des supports de traitement biologique. Ce sont des supports de clarification utilisés pour améliorer la séparation gravitaire. Leurs canaux inclinés réduisent la distance verticale sur laquelle une particule doit se déposer avant d'atteindre une surface. Les solides déposés se déplacent ensuite vers le bas tandis que l'eau clarifiée monte à travers le module.

Les décanteurs tubulaires sont couramment installés dans les clarificateurs municipaux et industriels, les unités de sédimentation d'eau potable, les réservoirs de précipitation chimique, les clarificateurs secondaires et les projets de modernisation d'usines. Ils peuvent augmenter la surface de décantation effective au sein d'un réservoir existant, mais ils ne peuvent pas compenser une mauvaise coagulation, un chargement hydraulique inadapté ou une élimination inefficace des boues.

Paramètres d'approvisionnement importants

• Matériau, généralement PP ou PVC pour de nombreuses applications
• Dimensions des modules et disposition d'installation
• Angle d'inclinaison
• Forme du canal et diamètre hydraulique
• Hauteur de décantation verticale
• Exigences en matière d’épaisseur de tôle et de support structurel
• Température de fonctionnement
• Exposition aux produits chimiques et aux UV
• Taux de charge surfacique admissible
• Accès pour le nettoyage et l'entretien

Les acheteurs ne doivent pas sélectionner les décanteurs tubulaires uniquement en fonction du prix au mètre cube. Des feuilles minces, une soudure insuffisante, des dimensions de module incohérentes ou une conception de support inadéquate peuvent provoquer une déformation, un affaissement des canaux et une répartition inégale du flux.

4. Médias de filtration granulaire

Les médias filtrants granulaires éliminent les particules en suspension lorsque l'eau passe à travers un lit garni. Les matériaux courants comprennent le sable de silice, l'anthracite, le grenat, le gravier, la zéolite et les granulés de céramique. Le sable, le charbon actif et le grenat font partie des types de médias évalués pour le traitement des eaux municipales dans le cadre des programmes de certification pertinents.

Le média granulaire peut être disposé sous forme de filtre mono-média, double-média ou multimédia. Un arrangement multimédia typique peut utiliser de l'anthracite grossier au-dessus du sable plus fin, avec du grenat dense et du gravier de support en dessous. La configuration exacte dépend de la distribution granulométrique, du taux de filtration, de la turbidité requise des effluents et de la conception du lavage à contre-courant.

Données de sélection clés

• Taille efficace
• Coefficient d'uniformité
• Densité spécifique
• Dureté et résistance à l'abrasion
• Solubilité acide
• Profondeur du lit
• Vitesse de filtration
• Exigences d’expansion du lavage à contre-courant
• Chargement des contaminants et durée d’exécution prévue

La filtration granulaire est généralement utilisée pour le polissage des solides. Il ne faut pas supposer que tous les polluants dissous ont été éliminés. Lorsque les matières organiques dissoutes, les métaux, les nutriments ou les sels constituent la principale préoccupation, des processus d'adsorption, d'échange d'ions, de milieux réactifs ou de membranes peuvent être nécessaires.

5. Médias d'adsorption

Les médias d'adsorption captent les contaminants sur leurs surfaces internes ou externes. Le charbon actif granulaire est largement utilisé pour les composés organiques dissous, les applications de couleur, d'odeur et de polissage. D'autres produits comprennent du charbon actif en poudre, de l'alumine activée, de la zéolite, de l'oxyde de fer, de l'hydroxyde de fer et des adsorbants spécialisés.

L'adéquation d'un adsorbant dépend du contaminant cible, de la concentration, du pH, des ions concurrents, de la matière organique, du temps de contact et de la stratégie de régénération ou de remplacement.

Questions à poser à un fournisseur de médias d'adsorption

• Quel contaminant le média a-t-il été conçu pour éliminer ?
• La capacité indiquée est-elle basée sur de l’eau pure de laboratoire ou sur des eaux usées représentatives ?
• Quelle plage de pH est requise ?
• Quelles substances concurrentes réduisent la capacité ?
• Quel temps de contact en lit vide est recommandé ?
• Les médias peuvent-ils être régénérés ?
• Comment les supports épuisés doivent-ils être manipulés ou éliminés ?
• Des rapports d’essais de sécurité et de lixiviation pertinents sont-ils disponibles ?

Les acheteurs doivent se méfier d’une seule valeur de « capacité d’adsorption » sans conditions de test. La capacité mesurée à l’aide d’une solution concentrée en laboratoire peut ne pas représenter la performance dans les eaux usées industrielles complexes.

6. Médias d'échange d'ions

Les supports échangeurs d'ions sont des matériaux synthétiques ou minéraux qui échangent des ions sélectionnés avec des ions présents dans l'eau. Les catégories courantes comprennent la résine cationique à acide fort, la résine cationique à acide faible, la résine anionique à base forte, la résine anionique à base faible, la résine à lit mélangé et la résine sélective pour les contaminants.

Les applications peuvent inclure la réduction de la dureté, la déminéralisation, l'élimination des nitrates, l'élimination de l'ammonium et la récupération de métaux sélectionnés. L'échange d'ions est généralement plus sensible à la composition de l'influent que la filtration basique des solides. Les matières en suspension, l'huile, les oxydants et l'encrassement organique peuvent réduire les performances de la résine.

Les spécifications d'approvisionnement doivent identifier le type de résine, la forme ionique, la plage granulométrique, la capacité d'échange, la teneur en humidité, le pH de fonctionnement, la limite de température, les données de chute de pression et les exigences de régénération. Les acheteurs doivent également évaluer la consommation de produits chimiques et la gestion des déchets de régénération.

7. Médias de traitement réactifs

Les milieux réactifs éliminent les polluants par réaction chimique, précipitation, oxydo-réduction ou conversion biologiquement assistée. Les exemples incluent le fer zérovalent, les milieux de dénitrification à base de soufre, les milieux fer-carbone, le calcaire et les milieux liant le phosphore.

Contrairement à un filtre mécanique classique, les médias réactifs sont progressivement consommés, enrobés ou épuisés. Leur durée de vie dépend de la chimie de l'affluent, de la charge en contaminants, de la taille des particules, du contact hydraulique et des sous-produits de réaction.

Avant l'achat, les ingénieurs doivent effectuer des tests au banc ou des tests pilotes chaque fois que la chimie des eaux usées est complexe. Le fournisseur doit clairement indiquer les conditions de réaction, la consommation prévue du milieu, les changements de pH possibles, l'évolution des pertes de charge et les exigences en matière d'élimination.

8. Médias membranaires

Les procédés membranaires utilisent une barrière sélective pour séparer les matières en suspension, les micro-organismes, les colloïdes ou les substances dissoutes. Les catégories courantes comprennent la microfiltration, l’ultrafiltration, les membranes de bioréacteur à membrane, la nanofiltration et l’osmose inverse.

Dans un système MBR, le traitement biologique est combiné à une séparation membranaire. La membrane remplace ou complète la clarification conventionnelle et peut produire un effluent de faible turbidité adapté à un traitement avancé ou à une réutilisation, sous réserve de la conception complète du processus.

Facteurs d’approvisionnement en membrane MBR

• Configuration de la membrane : fibre creuse, feuille plate ou tubulaire
• Matériau de la membrane et taille nominale des pores
• Flux de conception et flux de pointe
• Plage de pression transmembranaire
• Demande d'affouillement de l'air
• Concentration maximale de matières en suspension dans la liqueur mélangée
• Produits chimiques de nettoyage et concentrations admissibles
• Dimensions du module et détails de connexion
• Récupération de perméabilité attendue
• Disponibilité de remplacement et support technique

Il ne faut pas confondre MBBR et MBR. Le MBBR utilise des supports pour retenir la biomasse attachée, tandis que le MBR utilise des membranes pour séparer physiquement l'eau traitée de la liqueur mélangée. Certains projets peuvent combiner des supports biologiques et une séparation membranaire, mais les deux supports remplissent des fonctions différentes.

Comment les acheteurs d'ingénierie devraient sélectionner les médias de traitement des eaux usées

Un fournisseur crédible ne devrait pas recommander des médias en se basant uniquement sur le nom de l'industrie des eaux usées. Deux usines de transformation alimentaire, par exemple, peuvent avoir des débits, des charges organiques, des températures, des niveaux de graisse et des exigences de décharge très différents.

Avant de demander un devis, les acheteurs doivent préparer les informations suivantes :

1. Source des eaux usées : Eaux usées municipales, transformation des aliments, textiles, produits chimiques, pharmaceutiques, lixiviats de décharge, aquaculture ou autre source.
2. Flux de conception : Débit moyen, de pointe et minimum en mètres cubes par jour ou en mètres cubes par heure.
3. Données influentes : DCO, DBO, TSS, azote ammoniacal, azote total, phosphore total, pH, température et autres polluants pertinents.
4. Effluent requis : Limite de rejet réglementaire, norme de réutilisation ou exigence du processus en aval.
5. Processus existant : Dimensions du réservoir, volume du réacteur, taille du clarificateur, équipement d'aération, dispositif de recirculation et de traitement des boues.
6. Conditions de fonctionnement : Débit continu ou intermittent, variation saisonnière, exposition chimique et disponibilité des opérateurs.
7. Objectif du projet : Extension de capacité, réduction d’énergie, nitrification, polissage, réduction de l’empreinte ou amélioration de la conformité.

Une matrice pratique de sélection des médias

Comment évaluer un fournisseur de médias de traitement des eaux usées

Pour les achats internationaux, l’apparence du produit ne constitue que le premier niveau d’évaluation. Les acheteurs doivent également examiner la compréhension technique du fournisseur, la cohérence de la fabrication, la documentation et la capacité après-vente.

• Demandez des dessins dimensionnels et des données techniques clairement définies.
• Confirmez si les valeurs publiées sont des valeurs nominales, minimales ou testées.
• Demandez des informations sur les matières premières et les procédures de contrôle des lots.
• Examinez les échantillons physiques avant d’approuver une commande groupée.
• Vérifiez la densité d’emballage, le volume d’expédition et les exigences d’installation.
• Demandez des rapports pertinents sur les matériaux, la mécanique, la résistance chimique ou les performances.
• Comparez les références provenant d’eaux usées et de conditions d’exploitation similaires.
• Clarifiez les limites de la garantie et les conditions de fonctionnement requises.
• Confirmer la disponibilité des modules de remplacement et des conseils techniques.

Pour les supports techniques tels que les supports MBBR et les décanteurs tubulaires, de petites différences de dimensions, de cohérence des matériaux et de fabrication des modules peuvent affecter le comportement hydraulique, la rétention du biofilm, l'installation et la durabilité à long terme. Les décisions d’approvisionnement doivent donc tenir compte de l’adéquation du cycle de vie global plutôt que du seul prix d’achat.

Notre perspective à Hangzhou NIHAO

Hangzhou NIHAO Environmental Tech Co., Ltd. fournit des produits et des solutions de traitement des eaux usées pour des projets internationaux d'ingénierie et d'approvisionnement. Nos principaux domaines de produits comprennent les médias biofiltrants MBBR, les médias de décantation en tubes, les médias biofiltrants, les membranes MBR, les composants d'aération et les équipements de traitement des eaux usées associés.

Notre rôle ne consiste pas simplement à attribuer un modèle de produit à partir d'un catalogue. Pour une recommandation responsable, nous devons d’abord comprendre les caractéristiques de l’influent, l’objectif du processus, la configuration du réservoir, l’environnement d’exploitation et la qualité de rejet requise.

Lorsqu’une validation en laboratoire ou pilote est nécessaire, elle doit être effectuée avant un achat à grande échelle. Le dimensionnement final du processus et les garanties de performance doivent être basés sur des calculs techniques spécifiques au projet, des données représentatives sur les eaux usées et des conditions de conception mutuellement convenues.

Foire aux questions

Tous les produits d’eaux usées en plastique sont-ils considérés comme des milieux biologiques ?

Non. Les supports MBBR et les produits de biofilm fixés sont des supports biologiques car ils supportent les micro-organismes attachés. Les décanteurs à tubes sont des supports de clarification, tandis que les diffuseurs sont des composants d'aération plutôt que des supports de traitement.

Les décanteurs en tubes peuvent-ils remplacer le traitement biologique ?

Non. Les décanteurs tubulaires améliorent la séparation des solides mais ne remplacent pas l’élimination biologique de la DCO, de la DBO ou de l’azote. Ils sont normalement installés dans les étapes de clarification ou de sédimentation.

Une plus grande surface améliore-t-elle toujours les médias MBBR ?

La zone protégée utilisable, le mouvement des porteurs, l’épaisseur du biofilm, le transfert d’oxygène, les conditions de chargement et la conception du réacteur sont plus importants qu’un nombre de surfaces isolées.

Un seul média peut-il éliminer la DCO, l’azote, le phosphore, les métaux et les sels ?

Normalement non. Ces polluants peuvent nécessiter une chaîne de traitement combinant milieux biologiques, clarification, filtration, adsorption, traitement chimique, échange d'ions et membranes.

Quelles informations sont nécessaires pour un devis pour les eaux usées ?

Au minimum, fournissez la source des eaux usées, le débit quotidien et horaire, l'analyse des influents, l'effluent requis, le diagramme de processus, les dimensions du réservoir, la température de fonctionnement et l'objectif du projet. Des données plus complètes permettent une recommandation technique plus fiable.

Conclusion

Les milieux de traitement des eaux usées doivent être classés selon le mécanisme de traitement plutôt que selon leur apparence ou leur matériau uniquement. Les supports biologiques soutiennent les micro-organismes, les décanteurs en tubes améliorent la clarification, les filtres granulaires capturent les matières en suspension, les adsorbants retiennent les contaminants dissous, les supports échangeurs d'ions éliminent les ions sélectionnés, les supports réactifs créent des réactions chimiques ou biologiques et les membranes constituent une barrière de séparation physique.

Pour les acheteurs d’ingénierie, la bonne question n’est pas simplement « Quels supports de traitement des eaux usées sont disponibles ? » La question la plus utile est la suivante : « Quels médias correspondent au polluant, à l’étape du processus, aux conditions hydrauliques, à la capacité opérationnelle et à la qualité des effluents requise de ce projet ? »

Hangzhou NIHAO accueille favorablement les discussions techniques avec les entrepreneurs en traitement des eaux usées, les propriétaires d'usines, les distributeurs et les fabricants d'équipements. Fournir des données précises sur le projet au stade de l'enquête aide les deux parties à élaborer une proposition de sélection des médias plus pratique et vérifiable.

Note technique : Les informations ci-dessus sont destinées à servir de guide général d’approvisionnement et de sélection des processus. Il ne remplace pas la conception de processus spécifiques au projet, les tests pilotes, l'examen réglementaire local ou l'approbation technique.