Explorez le « code d’influence » de la concentration des boues sur l’élimination de l’azote et du phosphore.

La concentration des boues désigne la teneur en matières en suspension et en matières organiques des eaux usées lors du traitement des eaux usées. Le traitement d'élimination de l'azote consiste à convertir les composés azotés des eaux usées en azote gazeux par des procédés spécifiques, afin de réduire les rejets de polluants azotés. Une concentration plus élevée des boues est-elle donc plus avantageuse pour le traitement d'élimination de l'azote ? Cet article approfondit cette question.

(I) Impact sur la réaction de dénitrification

Lors du processus de nitrification aérobie, une concentration élevée des boues implique une concentration relativement plus élevée de bactéries nitrifiantes. Par conséquent, la vitesse de la réaction de nitrification aérobie sera relativement plus élevée en cas de forte concentration de boues. Un certain âge des boues est une condition nécessaire à la présence de bactéries nitrifiantes dans les boues biologiques. Parallèlement, la création de conditions de vie favorables aux bactéries nitrifiantes peut accroître leur proportion dans la flore microbienne et ainsi accroître leur concentration. De plus, en cas de concentration élevée des boues, la DBO (Demande Biochimique en Oxygène) sera plus importante en phase anaérobie, et le rapport DBO/KNT sera relativement plus faible lors de l'entrée en phase aérobie. Des études ont montré que la proportion de bactéries nitrifiantes dans boues activées est inversement proportionnelle au rapport DBO/KNT. Les bactéries nitrifiantes étant autotrophes, la concentration en substrats organiques n'est pas un facteur limitant leur croissance. Cependant, si cette concentration est trop élevée, les bactéries hétérotrophes à croissance plus rapide se multiplieront rapidement et entreront en compétition pour l'oxygène dissous. Par conséquent, la croissance des bactéries autotrophes ralentira et les bactéries nitrifiantes aérobies ne pourront pas prendre le dessus, ce qui entraînera à terme une réduction du taux de nitrification.

(II) Impact sur la réaction de dénitrification

Lors de la 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 teneur en oxygène dissous peut être réduite de manière appropriée pendant le processus de nitrification, tout en maintenant l'effet de nitrification. De cette manière, la teneur en oxygène dissous en fin de nitrification peut être diminuée, ce qui réduit efficacement la teneur en oxygène dissous transportée dans le flux de retour des nitrates et minimise l'impact de l'oxygène moléculaire sur le processus de dénitrification. Zone anoxique, et améliore la capacité de dénitrification des bactéries dénitrifiantes à exploiter les sources de carbone. De plus, une concentration élevée de boues entraîne une demande métabolique endogène en oxygène relativement plus forte, ce qui peut consommer davantage d'oxygène dissous dans le flux de retour et la section anoxique. De plus, une concentration très élevée de boues modifie la viscosité de la liqueur mixte et augmente la résistance à la diffusion, réduisant ainsi l'oxygène dissous transporté par le flux de retour. Dans certains procédés de traitement utilisant des canaux ouverts comme canaux de retour, cela peut également réduire l'oxygénation causée par la chute du flux de retour. Globalement, une concentration élevée de boues joue un rôle important dans la réduction de la valeur d'oxygène dissous (OD) lors de l'étape de dénitrification, pendant le fonctionnement du procédé.

Étant donné que les bactéries dénitrifiantes sont des bactéries facultatives hétérotrophes et qu’elles existent en grande quantité dans les déchetsSystèmes de traitement de l'eauL'augmentation de la concentration de boues dans le système peut effectivement accroître la concentration de bactéries dénitrifiantes. La vitesse de réaction de dénitrification est fondamentalement indépendante des concentrations de nitrates et de nitrites, mais présente une relation de premier ordre avec la concentration de bactéries dénitrifiantes. Par conséquent, lors du fonctionnement réel du procédé, une concentration élevée de boues peut raccourcir le temps de dénitrification et réduire le volume effectif de la section anoxique. À condition que le volume effectif de la section anoxique soit fixe, la réaction de dénitrification avec une concentration élevée de boues peut optimiser l'utilisation de la matière organique relativement réfractaire de la matrice organique comme source de carbone. Ceci est particulièrement important pour les procédés d'élimination de l'azote et du phosphore, notamment en cas de pénurie de sources de carbone. De plus, lorsque la concentration de boues est élevée, le diamètre du floc microbien est relativement important. 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, favorisant ainsi la dénitrification. Autrement dit, 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 (OAP) dans le système à boues activées. En zone anaérobie, une concentration élevée de boues a un impact positif sur les OAP. Comme les OAP peuvent libérer du phosphore en milieu anaérobie, une concentration élevée de boues entraîne une augmentation du nombre d'OAP, ce qui réserve une « force » suffisante pour le processus ultérieur d'absorption du phosphore.

L'efficacité de l'élimination biologique du phosphore varie selon l'âge et la concentration des boues. Lorsque l'âge des boues est court et leur concentration modérée, les PAO conservent une bonne activité et une position dominante dans le système. Ils peuvent absorber une grande quantité de phosphore en milieu aérobie, atteignant ainsi une efficacité d'élimination relativement élevée. Cependant, un âge trop long des boues peut entraîner leur vieillissement, ce qui affecte l'activité des PAO. Même avec une concentration élevée, l'efficacité d'élimination du phosphore peut diminuer. À l'inverse, une concentration trop faible limite le nombre de PAO. Même avec d'autres conditions, comme l'âge des boues, il sera difficile d'obtenir l'effet d'élimination du phosphore souhaité. Par conséquent, un contrôle raisonné de paramètres tels que la concentration et l'âge des boues est crucial pour améliorer l'efficacité de l'élimination biologique du phosphore. Il est nécessaire d’optimiser et d’ajuster en permanence en fonction de la situation réelle du traitement des eaux usées pour garantir que la capacité d’élimination du phosphore de l’ensemble du système de traitement des eaux usées atteigne un bon niveau.

Globalement, la concentration des boues joue un rôle crucial dans le système de traitement des eaux usées, influençant des processus clés tels que la nitrification, la dénitrification et l'élimination biologique du phosphore. De la régulation de la concentration bactérienne lors de la réaction de nitrification à l'optimisation de l'utilisation des sources d'oxygène et de carbone dissous lors de la réaction de dénitrification, en passant par la stimulation de la vitalité des organismes accumulateurs de phosphore lors de l'élimination biologique du phosphore, son rôle ne peut être sous-estimé. Dans le fonctionnement réel des stations d'épuration, seule une compréhension précise de la concentration des boues et son ajustement flexible en fonction de facteurs tels que la composition des eaux usées et les procédés de traitement permettent d'obtenir une élimination efficace et stable de l'azote et du phosphore, permettant ainsi la purification et la régénération des eaux usées, établissant ainsi des bases solides pour le développement durable de l'environnement et ouvrant un nouveau chapitre dans le recyclage et l'utilisation des ressources en eau.