Découvrez le « code d’influence » de la concentration des boues sur l’élimination de l’azote et du phosphore.
La concentration des boues fait référence à la teneur en solides en suspension et en matière organique des eaux usées pendant le processus de traitement des eaux usées. Le traitement d'élimination de l'azote consiste à convertir les composés azotés des eaux usées en azote gazeux par le biais de processus spécifiques, afin d'atteindre l'objectif de réduction des rejets de polluants azotés. Alors, une concentration de boues plus élevée signifie-t-elle de plus grands avantages pour le traitement d'élimination de l'azote ? Cet article mènera une discussion approfondie sur cette question.
(I) Impact sur la réaction de dénitrification
Français Au cours du processus de nitrification aérobie, une concentration de boues plus élevée implique une concentration relativement plus élevée de bactéries nitrifiantes. Par conséquent, le taux de réaction de nitrification aérobie sera relativement plus élevé dans des conditions de concentration de boues élevée. Un certain âge des boues est une condition nécessaire pour assurer la présence de bactéries nitrifiantes dans les boues biologiques. Parallèlement, la création de conditions de vie favorables aux bactéries nitrifiantes peut encore augmenter leur proportion dans la flore microbienne et ainsi améliorer la concentration de bactéries nitrifiantes. De plus, sous une concentration de boues élevée, une plus grande DBO (demande biochimique en oxygène) sera consommée au stade anaérobie, et la DBO/TKN sera relativement plus faible lors de l'entrée dans le stade aérobie. Des études ont montré que la proportion de bactéries nitrifiantes dans les boues activées est inversement proportionnelle à la DBO/TKN. Les bactéries nitrifiantes étant des bactéries autotrophes, la concentration de substrats organiques n'est pas un facteur limitant pour leur croissance. Cependant, si la concentration de substrats organiques est trop élevée, les bactéries hétérotrophes ayant un taux de croissance plus élevé se multiplieront rapidement et entreront en compétition pour l'oxygène dissous. En conséquence, la croissance des bactéries autotrophes ralentira et les bactéries nitrifiantes aérobies ne pourront pas en tirer parti, ce qui entraînera finalement une réduction du taux de nitrification.
(II) Impact sur la réaction de dénitrification
Pendant le processus de réaction de dénitrification, l'absence d'oxygène moléculaire est nécessaire pour que les bactéries dénitrifiantes puissent décomposer la matière organique en utilisant l'oxygène ionique des nitrates et des nitrites. Dans un système biologique à forte concentration de boues, la valeur de l'oxygène dissous peut être réduite de manière appropriée pendant le processus de nitrification tout en maintenant l'effet de nitrification. De cette manière, l'oxygène dissous à la fin de la nitrification peut être diminué, réduisant efficacement la teneur en oxygène dissous transporté dans le flux de retour des nitrates, minimisant l'impact de l'oxygène moléculaire sur le processus de dénitrification dans la zone anoxique et améliorant la capacité de dénitrification des bactéries dénitrifiantes à utiliser les sources de carbone. De plus, une concentration élevée de boues a une demande métabolique endogène en oxygène relativement plus forte, ce qui peut consommer davantage l'oxygène dissous dans le flux de retour et la section anoxique. De plus, une concentration très élevée de boues modifiera la viscosité de la liqueur mixte et augmentera la résistance à la diffusion, réduisant ainsi l'oxygène dissous transporté par le flux de retour. Dans certains procédés de traitement qui utilisent des canaux ouverts comme canaux de retour, cela peut également réduire l'oxygénation causée par la chute du flux de retour. Dans l'ensemble, une concentration élevée de boues joue un rôle important dans la réduction de la valeur de l'oxygène dissous (OD) dans l'étape de dénitrification pendant le fonctionnement réel du procédé.
Les bactéries dénitrifiantes étant des bactéries facultatives hétérotrophes et présentes en grande quantité dans les systèmes de traitement des eaux usées, l'augmentation de la concentration de boues dans le système peut effectivement augmenter la concentration de bactéries dénitrifiantes. La vitesse de réaction de dénitrification est fondamentalement indépendante des concentrations de nitrates et de nitrites, mais a une relation de réaction de premier ordre avec la concentration de bactéries dénitrifiantes. Par conséquent, dans le fonctionnement réel du procédé, une concentration élevée de boues peut raccourcir le temps de dénitrification et réduire le volume effectif de la section anoxique. Dans la condition que le volume effectif de la section anoxique soit fixe, la réaction de dénitrification avec une concentration élevée de boues peut mieux utiliser la matière organique relativement réfractaire dans la matrice organique comme source de carbone pour la réaction de dénitrification. Ceci est particulièrement important pour les procédés d'élimination de l'azote et du phosphore, en particulier lorsqu'il y a une pénurie de sources de carbone. De plus, sous une concentration élevée de boues, le diamètre du floc microbien est relativement grand. Lors de la réaction de nitrification, en raison de la faible teneur en oxygène dissous, le gradient de pression d'oxygène est faible et un environnement anoxique se forme facilement à l'intérieur du floc, ce qui entraîne l'apparition d'une réaction de dénitrification. En d'autres termes, une concentration élevée de boues peut favoriser la dénitrification simultanée.
(III) Impact sur l’élimination biologique du phosphore
La clé de l'élimination biologique du phosphore réside dans l'augmentation de la proportion d'organismes accumulateurs de phosphore (PAO) dans le système de boues activées. Dans la zone anaérobie, une concentration élevée de boues a un impact positif sur les PAO. Comme les PAO peuvent libérer du phosphore dans un environnement anaérobie, une concentration élevée de boues conduit à un nombre relativement plus élevé de PAO, qui réserve suffisamment de « force » pour le processus ultérieur d'absorption du phosphore.
L'efficacité de l'élimination biologique du phosphore varie en fonction de l'âge et de la concentration des boues. Lorsque l'âge des boues est court et que la concentration des boues est modérée, les PAO peuvent maintenir une bonne activité et une position dominante dans le système. Ils peuvent absorber une grande quantité de phosphore dans un environnement aérobie, ce qui permet d'obtenir une efficacité d'élimination du phosphore relativement élevée. Cependant, si l'âge des boues est trop long, cela peut entraîner un vieillissement des boues et l'activité des PAO sera affectée. Même si la concentration des boues est élevée, l'efficacité d'élimination du phosphore peut diminuer. Au contraire, si la concentration des boues est trop faible, le nombre de PAO est limité. Même si d'autres conditions telles que l'âge des boues sont appropriées, il sera difficile d'obtenir l'effet d'élimination du phosphore souhaité. Par conséquent, un contrôle raisonnable des paramètres tels que la concentration et l'âge des boues est essentiel pour améliorer l'efficacité de l'élimination biologique du phosphore. Il est nécessaire d’optimiser et d’ajuster en permanence la situation réelle du traitement des eaux usées afin de garantir que la capacité d’élimination du phosphore de l’ensemble du système de traitement des eaux usées atteigne un bon niveau.
Dans l'ensemble, la concentration des boues est comme le « chef d'orchestre en coulisses » du système de traitement des eaux usées, influençant les processus clés tels que la nitrification, la dénitrification et l'élimination biologique du phosphore. De la régulation de la concentration bactérienne dans la réaction de nitrification à l'optimisation de l'utilisation des sources d'oxygène et de carbone dissous dans la réaction de dénitrification, puis à la stimulation de la vitalité des organismes accumulant le phosphore dans l'élimination biologique du phosphore, son rôle ne peut être sous-estimé. Dans le fonctionnement réel des stations d'épuration des eaux usées, ce n'est qu'en saisissant avec précision la concentration des boues et en l'ajustant de manière flexible en fonction de facteurs tels que la composition des eaux usées et les processus de traitement qu'il est possible d'obtenir une élimination de l'azote et du phosphore à haut rendement et stable, permettant aux eaux usées d'être purifiées et de renaître, posant des bases solides pour le développement durable de l'environnement écologique et ouvrant un nouveau chapitre dans le recyclage et l'utilisation des ressources en eau.