Dans un réacteur à biofilm à lit mobile fonctionnant correctement, les porteurs de MBBR devraient circuler dans la majeure partie du volume du réacteur plutôt que de former une couche flottante permanente, de se déposer sur le sol ou de se rassembler dans un coin. Lorsque le mouvement du porteur devient irrégulier, le problème est rarement causé par un seul facteur. La densité du milieu, la croissance du biofilm, les gaz piégés, l'aération, les performances du mélangeur, le taux de remplissage, la géométrie du réacteur, les écrans de rétention et la chimie des eaux usées peuvent tous modifier la façon dont les transporteurs se déplacent.
Comment les médias MBBR sont censés se déplacer dans un réacteur sain
Le support MBBR est conçu pour se déplacer en continu dans le réacteur biologique afin que le biofilm attaché entre en contact de manière répétée avec les eaux usées, l'oxygène dissous, les nutriments et le substrat. Dans les réacteurs aérobies, ce mouvement est généralement créé principalement par l'aération. Dans les zones anoxiques ou d'égalisation, un mélange mécanique peut être nécessaire à la place.
Un mouvement sain ne signifie pas que chaque transporteur doit rester exactement dans le même état hydraulique à tout moment. Une certaine accumulation temporaire près des murs ou des surfaces est normale. Ce qui compte est de savoir si la majeure partie des médias continue à circuler et si de vastes zones permanentes de transporteurs flottants, sédentaires ou stagnants se développent.
Les transporteurs restent près de la surface de l’eau et ne recirculent pas efficacement.
Les porteurs se déplacent dans la majeure partie du volume du réacteur avec l'énergie de mélange disponible.
Les transporteurs s'installent ou restent dans des zones à faible vitesse près du fond du réservoir.
La densité des porteurs est importante car le support MBBR est normalement conçu pour rester proche de la densité de l'eau. Cependant, la densité d’un support en plastique propre n’est qu’un point de départ. Une fois le réacteur opérationnel, le porteur efficace devient une combinaison de biofilm plastique retenu eau solides attachés bulles de gaz .
Un échantillon de milieu qui se comporte correctement dans de l'eau propre peut se déplacer différemment après plusieurs semaines de croissance de biofilm, d'accumulation de solides, de tartre ou de changements d'aération.
Pourquoi les médias MBBR flottent à la surface
Un flottement persistant est souvent le premier mouvement anormal remarqué par les opérateurs. Une fine couche superficielle temporaire ne constitue pas toujours un problème sérieux, mais un gret tapis flottant peut réduire le contact efficace entre le biofilm et les eaux usées et peut interférer avec les écrans, les canaux ou les équipements mécaniques.
1. La densité des porteurs finis est trop faible
Si le milieu fini est sensiblement plus léger que le liquide du réacteur, un mélange insuffisant peut lui permettre de rester à la surface. Les différences de densité peuvent résulter du choix de la résine, d'une variation de fabrication, d'un moussage excessif, de charges inappropriées ou d'un modèle de support inadapté au processus prévu.
C'est l'une des raisons pour lesquelles les acheteurs devraient comparer les densité de porteurs finis , pas seulement la densité nominale de la résine HDPE utilisée pour la fabriquer.
2. L’air est emprisonné à l’intérieur des nouveaux transporteurs
Un nouveau média peut flotter fortement lors de sa première introduction dans un réservoir. L'air peut rester à l'intérieur des chambres internes ou des éléments de surface avant que le support ne soit complètement mouillé.
Dans ce cas, le flottement peut diminuer après trempage et circulation. Les opérateurs doivent donc éviter de conclure immédiatement qu'un nouveau lot de média est défectueux du simple fait qu'il reste initialement en surface.
3. Le gaz biologique augmente la flottabilité temporaire
Le biofilm mature peut piéger les bulles de gaz. Dans les zones où se produit la dénitrification, de l’azote gazeux peut être généré à l’intérieur ou autour du biofilm. Le dioxyde de carbone et d'autres gaz peuvent également se fixer temporairement à la surface du support.
Cela peut rendre les transporteurs matures périodiquement plus flottants, en particulier lorsque les conditions du réacteur changent entre des périodes aérobies et des périodes pauvres en oxygène.
4. Supports de pièges à mousse, à huile et à graisse près de la surface
Les eaux usées industrielles contenant des tensioactifs, des graisses, des huiles, de la graisse ou de la mousse stable peuvent créer une couche superficielle qui capture physiquement le support MBBR. Dans ces cas, le problème ne réside pas uniquement dans la densité des porteurs. Le prétraitement, le contrôle de la mousse ou l’élimination de l’huile et de la graisse peuvent nécessiter une attention particulière.
| État observé | Cause probable | Que vérifier |
|---|---|---|
| De nouveaux médias apparaissent immédiatement | Air emprisonné ou faible densité finie | Comportement au trempage, densité des porteurs, cohérence de fabrication |
| Les médias matures flottent périodiquement | Formation de gaz dans ou autour du biofilm | Profil DO, conditions de dénitrification, épaisseur du biofilm |
| Média emprisonné dans la mousse | Tensioactifs, graisses ou moussants | Prétraitement et état de surface |
| Un seul côté du réservoir flotte | Déséquilibre hydraulique ou d'aération | Modèle de distribution et de circulation de l'air |
Pourquoi le média MBBR coule ou s'accumule au fond
L’accumulation au fond ne signifie pas automatiquement que le support plastique lui-même est trop lourd. Dans les réacteurs en fonctionnement, les causes les plus courantes sont un biofilm excessif, des dépôts minéraux, une accumulation de solides, un mélange insuffisant ou un taux de remplissage excessif.
1. La croissance excessive du biofilm augmente la masse des porteurs
Le biofilm ajoute de la masse à chaque support. Dans des conditions normales, le cisaillement créé par l’aération et les collisions de porteurs aide à maintenir un équilibre dynamique entre la croissance et la desquamation du biofilm.
Si la charge organique est élevée et le cisaillement trop faible, le biofilm peut devenir inhabituellement épais. Le support résultant peut devenir plus lourd et plus difficile à suspendre.
2. La mise à l'échelle inorganique alourdit les médias
Les eaux usées industrielles peuvent contenir des minéraux qui précipitent sur la surface porteuse. Le carbonate de calcium, les composés de fer, la struvite, la silice ou d'autres dépôts peuvent augmenter le poids du porteur et réduire progressivement la zone ouverte interne.
Ceci est particulièrement important lorsque le naufrage se développe lentement sur plusieurs mois plutôt qu'immédiatement après le démarrage.
3. Les solides en suspension restent piégés à l’intérieur du transporteur
Certaines géométries de porteurs contiennent des canaux internes étroits ou des chambres protégées. Si les eaux usées contiennent beaucoup de matières en suspension et que le cisaillement hydraulique est insuffisant, des boues et des solides minéraux peuvent s'accumuler à l'intérieur de ces structures.
Le résultat peut être à la fois une augmentation du poids du support et une réduction de la surface effective du biofilm.
4. L’énergie de mélange est trop faible
Même des fluides fabriqués correctement peuvent se déposer si le réacteur ne fournit plus suffisamment d'énergie de mélange. Les causes courantes incluent :
- débit d'air réduit du ventilateur ;
- diffuseurs encrassés ou endommagés ;
- mélangeurs submersibles sous-dimensionnés;
- mauvaise position du mélangeur ;
- augmentation du taux de remplissage du support ;
- changements dans le niveau d’eau du réservoir ;
- aération inégale à travers le plancher du réacteur.
Avant de remplacer les transporteurs, vérifiez si le réacteur fournit toujours suffisamment d’énergie hydraulique pour déplacer l’inventaire réel des médias dans les conditions actuelles de biofilm et de solides.
Pourquoi les médias MBBR s'accumulent dans les zones mortes
Dans de nombreux réacteurs à grande échelle, le problème de porteur le plus courant n’est pas simplement le flottement ou le naufrage. Au lieu de cela, les médias se déplacent bien dans la majeure partie du réservoir mais s'accumulent de manière répétée dans le même coin, près du mur, derrière un déflecteur ou devant un écran de sortie.
Ce modèle indique généralement un problème de circulation hydraulique .
Une aération inégale crée des zones de circulation fortes et faibles
L'aération fait plus que fournir de l'oxygène. Les bulles montantes créent une circulation de liquide en vrac. Si la densité du diffuseur ou le débit d'air est beaucoup plus élevé dans une partie du réacteur, la zone de forte circulation peut pousser les porteurs vers une zone plus faible où il n'y a pas assez d'énergie pour les renvoyer.
Une disposition incorrecte du diffuseur peut laisser les coins intacts
Une grille de diffusion concentrée uniquement au centre d'un réservoir rectangulaire peut générer une bonne circulation verticale au milieu mais un faible mouvement près des bords. Le résultat peut être une accumulation persistante de médias le long des murs ou dans les coins.
La géométrie du réservoir peut créer des poches de recirculation
Les réservoirs longs et étroits, les bassins irréguliers, les colonnes de support, les parois internes, les canaux et les chicanes peuvent créer des poches à faible vitesse. Ces zones peuvent ne pas être évidentes lors de la mise en service d'eau propre, mais peuvent devenir plus prononcées une fois que le réacteur contient un volume élevé de fluides en mouvement.
Le débit d'entrée peut pousser le média d'un côté
Un jet influent concentré peut dominer la circulation locale. Si la direction d'entrée est mal alignée avec le modèle de mélange principal, les transporteurs peuvent se déplacer à plusieurs reprises vers un côté du réservoir.
Les écrans de rétention peuvent créer des tapis multimédias locaux
Les tamis de rétention de sortie empêchent les transporteurs de quitter le réacteur, mais le tamis lui-même devient une partie du système hydraulique. Une vitesse frontale excessive, un blocage partiel ou une zone d'écran insuffisante peuvent attirer de grandes quantités de support contre l'écran.
Une fois qu'un tapis médiatique se forme, il peut encore augmenter la résistance hydraulique locale et aggraver l'accumulation.
| Modèle de média | Problème probable | Que faut-il inspecter |
|---|---|---|
| Un coin rempli de médias | Zone morte locale | Géométrie du réservoir, couverture du diffuseur, position du mélangeur |
| Les médias s'accumulent près de l'écran de sortie | Vitesse élevée du tamis ou blocage | Tamis à zone ouverte, encrassement et chargement hydraulique |
| Le centre bouge mais les bords restent stagnants | Couverture d'aération insuffisante | Distribution de grille de diffusion |
| Anneau inférieur des supports | Faible circulation de fond | Débit d'air, état du diffuseur ou poussée du mélangeur |
| Couche de surface uniquement sur un côté | Circulation asymétrique du réservoir | Direction d’entrée et équilibre de l’aération |
Comment l'aération et le mélange contrôlent le mouvement des médias
Dans un réacteur MBBR aérobie, le système d'aération a généralement deux tâches simultanées : fournir de l'oxygène and maintenir les transporteurs en mouvement .
Ces deux exigences sont liées, mais elles ne sont pas identiques.
Transfert d'oxygène
Détermine si les micro-organismes reçoivent suffisamment d’oxygène pour l’élimination du carbone, la nitrification et d’autres réactions aérobies.
Mélange hydraulique
Détermine si les porteurs circulent dans tout le réacteur et si des zones mortes se développent.
Un réacteur peut présenter une concentration d’oxygène dissous de 2 à 3 mg/L tout en ayant un faible mouvement des porteurs dans une partie du bassin. Cela peut se produire lorsque le transfert d’oxygène est globalement suffisant mais que la distribution du flux d’air ne crée pas une circulation locale suffisante.
L'inverse est également possible. Un fort mélange peut maintenir les porteurs en mouvement alors que le transfert d'oxygène reste insuffisant pour la charge biologique.
Signes que le mouvement médiatique est limité au mixage
Lorsque ces symptômes apparaissent, les opérateurs doivent évaluer le débit d'air, la disposition du diffuseur, l'état du diffuseur, la profondeur de l'eau, le taux de remplissage, la poussée du mélangeur et le modèle de circulation global plutôt que de se fier uniquement à une seule mesure d'OD.
Comment le taux de remplissage et la géométrie des médias affectent la circulation
L'augmentation de la quantité de média augmente la surface disponible du biofilm, mais modifie également le comportement hydraulique du réacteur.
Avec un faible taux de remplissage, les transporteurs individuels disposent généralement de plus d'espace pour se déplacer et nécessitent moins d'énergie de mélange. À mesure que le taux de remplissage augmente, la masse totale du support augmente, les collisions deviennent plus fréquentes et le lit médiatique crée une plus grande résistance à la circulation du liquide et de l'air.
C'est pourquoi un réacteur fonctionnant avec succès à un taux de remplissage de 20 % ne peut pas automatiquement être augmenté à 50 % sans vérifier l'aération, le mélange, la capacité du tamis et le volume libre disponible.
La géométrie des médias est également importante. Le diamètre du support, l'épaisseur de la paroi, les chambres internes, la zone ouverte, la surface protégée et les caractéristiques du conditionnement en vrac affectent tous le mouvement.
Une géométrie interne extrêmement complexe peut fournir une surface théorique élevée, mais peut également augmenter le piégeage des solides, réduire le transfert de masse interne ou rendre la circulation plus difficile dans certaines conditions d'eaux usées.
Un transporteur pratique a donc besoin d'un équilibre entre zone de biofilm, ouverture hydraulique, durabilité mécanique et facilité de mouvement .
La croissance du biofilm modifie le comportement du transporteur pendant le démarrage et l'exploitation
Le comportement des médias peut changer considérablement entre le premier jour de démarrage et la maturité de l'exploitation. C’est l’une des raisons pour lesquelles les analyses d’eau propre ne peuvent à elles seules prédire pleinement les mouvements à long terme.
Transporteur propre
La densité plastique domine le mouvement. L'air emprisonné peut provoquer un flottement temporaire après l'installation.
Premier biofilm
La mouillabilité de la surface s'améliore et la masse du support augmente à mesure que les micro-organismes commencent à coloniser le support.
Biofilm mature
La croissance de la biomasse, la formation de gaz, la desquamation et les collisions créent une condition de porteur plus dynamique.
Croissance excessive ou encrassement
Un biofilm épais, des solides piégés ou du tartre peuvent augmenter le poids, obstruer les espaces internes et réduire les mouvements.
Les exploitants doivent donc évaluer la circulation des porteurs une fois que le réacteur a atteint sa maturité biologique. Si le mouvement s'aggrave progressivement à mesure que le biofilm se développe, la cause peut être un cisaillement insuffisant, une charge excessive, une mauvaise desquamation ou un mélange inadéquat plutôt que la densité initiale des porteurs.
Dépannage du mouvement des médias MBBR étape par étape
La manière la plus efficace de résoudre les problèmes liés au mouvement des médias est de les diagnostiquer systématiquement. Remplacer les transporteurs avant d'en identifier la cause peut gaspiller de l'argent et laisser le problème hydraulique d'origine non résolu.
Observez le modèle de mouvement
Déterminez si le problème est dû au flottement du réservoir entier, à la décantation du réservoir entier, à l'accumulation dans un coin, à l'accumulation de tamis ou à une circulation généralement faible.
Inspecter les médias
Vérifiez l’état du support, la densité finie, l’épaisseur du biofilm, le tartre, les solides piégés, la déformation, l’usure et le blocage interne.
Vérifier l'aération
Examinez le débit d'air du ventilateur, la chute de pression du diffuseur, l'encrassement du diffuseur, la distribution de l'air et l'OD à plusieurs endroits plutôt qu'à un seul point de mesure.
Vérifier le mélange hydraulique
Inspectez la direction de l’entrée, la géométrie du réservoir, les déflecteurs, la position du mélangeur submersible, les zones de circulation faibles et le mouvement du fond.
Confirmez le taux de remplissage réel
Comparez le volume réel des supports installés avec le volume effectif du réacteur, surtout si davantage de supports ont été ajoutés après le démarrage.
Inspecter les écrans de rétention
Vérifiez le blocage, la zone ouverte, la vitesse frontale, les dommages, la formation de tapis de média et si le système hydraulique du tamis affecte la circulation du réacteur.
Examen de la chimie des eaux usées
Recherchez une teneur élevée en graisse, en tensioactifs, en calcium, en fer, en solides minéraux en suspension, en salinité inhabituelle, en formation de mousse ou de gaz biologique.
Lorsque le problème nécessite des changements d’équipement
Des ajustements opérationnels peuvent résoudre de nombreux problèmes de mouvement, mais certains réacteurs nécessitent des modifications physiques.
Mauvaise répartition de l'air
Modifiez la grille du diffuseur, rééquilibrez le flux d'air, nettoyez les diffuseurs ou remplacez les unités endommagées.
Faible mélange mécanique
Ajoutez, redimensionnez ou repositionnez un mélangeur submersible pour améliorer la circulation dans l'ensemble du réservoir.
Médias inappropriés
Évaluez un support avec une densité, une géométrie ou une structure ouverte plus appropriée.
Accumulation d'écran
Augmentez la zone de rétention de l'écran ou redessinez l'écran pour réduire la vitesse locale excessive.
Taux de remplissage excessif
Réduisez le volume du porteur ou augmentez la capacité de mélange disponible.
Détartrage minéral
Abordez la chimie ou le prétraitement des eaux usées plutôt que de simplement remplacer les transporteurs.
Un mauvais mouvement du transporteur peut provenir du média lui-même, mais il peut également provenir de l'aération, de la conception hydraulique, du chargement du tamis, de la chimie des eaux usées ou d'un mélange insuffisant.
Les médias MBBR ne bougent pas correctement ?
Si les supports flottent, se déposent ou s'accumulent dans une zone du réacteur, la solution peut impliquer la sélection des supports, l'aération, les performances du mélangeur, la conception du tamis de rétention ou le taux de remplissage. NIHAO peut vous aider à examiner l'état de fonctionnement et à identifier quelle partie du système doit être vérifiée en premier.
Pour un examen initial, fournissez les dimensions du réacteur, la profondeur de l'eau, le modèle de média, le volume de média installé, le taux de remplissage, le débit d'air du ventilateur, le type de diffuseur, les spécifications du mélangeur, les caractéristiques des eaux usées et des photos ou vidéos montrant le mouvement du transporteur.
Foire aux questions
Les médias MBBR doivent-ils flotter ou couler ?
Un milieu MBBR approprié doit généralement rester suffisamment proche de la flottabilité neutre pour que l'aération ou le mélange mécanique puisse le faire circuler dans tout le réacteur. Il ne doit pas former de couche flottante permanente ni rester déposé sur le fond du réservoir.
Pourquoi les nouveaux médias MBBR flottent-ils lorsqu’ils sont ajoutés pour la première fois à l’eau ?
L'air peut être emprisonné à l'intérieur des chambres du support avant que le support ne soit complètement mouillé. Cela peut provoquer un flottement temporaire et peut diminuer après trempage et circulation continue.
Pourquoi le support MBBR coule-t-il après plusieurs mois de fonctionnement ?
Les causes possibles incluent une croissance excessive de biofilm, du tartre minéral, des solides piégés, un mélange inadéquat, un débit d'air réduit, un encrassement du diffuseur ou des modifications des caractéristiques des eaux usées.
Un biofilm excessif peut-il faire couler les supports MBBR ?
Oui. Un biofilm épais ajoute de la masse au support. Si le cisaillement et le mélange sont insuffisants pour contrôler l’épaisseur du biofilm, les supports matures peuvent devenir plus difficiles à mettre en suspension.
Pourquoi les médias MBBR s’accumulent-ils près de l’écran de sortie ?
Une vitesse excessive à la face du tamis, un blocage partiel, une zone ouverte insuffisante ou une circulation défavorable du réacteur peuvent attirer les porteurs vers le tamis et créer un tapis de média persistant.
Une faible aération peut-elle empêcher le support MBBR de bouger ?
Oui. Dans les réacteurs aérobies MBBR, l’aération fournit généralement à la fois de l’oxygène et un mélange. Un débit d'air réduit ou des diffuseurs encrassés peuvent laisser certaines parties du réacteur sans circulation suffisante.
Un taux de remplissage plus élevé nécessite-t-il plus d’énergie de mélange ?
Généralement oui. Un plus grand volume de support augmente la masse totale du support, la fréquence des collisions et la résistance hydraulique. La capacité d'aération ou du mélangeur doit être vérifiée avant d'augmenter le taux de remplissage.
Comment identifier les zones mortes dans un réacteur MBBR ?
L'accumulation répétée de médias, les dépôts au fond, les supports stagnants, l'OD inégal, l'apparence différente du biofilm et une faible circulation près des coins ou des murs sont des signes courants de zones mortes.
Le tartre inorganique peut-il alourdir les médias MBBR ?
Oui. Le carbonate de calcium, les composés de fer, la struvite et d'autres dépôts minéraux peuvent s'accumuler sur le support et augmenter sa masse tout en réduisant la zone ouverte interne.
Quand faut-il remplacer les supports MBBR qui bougent mal ?
Le remplacement doit être envisagé lorsque le support lui-même est endommagé, fortement déformé, obstrué de manière permanente, excessivement entartré ou clairement inadapté à l'application. Si la véritable cause est une mauvaise aération, un mauvais mélange ou un système hydraulique de tamisage, le remplacement du média à lui seul ne résoudra peut-être pas le problème.
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