cultures fixées

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le film biologique

La plupart des micro-organismes sont capables de coloniser la surface d’un support quand ils sont en phase de croissance. La fixation se fait par l’intermédiaire d’exopolymères produits par les bactéries. La colonisation initiale d’un solide s’effectue sur un certain nombre de sites privilégiés et à partir de ces sites, il y a développement du biofilm, jusqu’à ce que la surface totale du support soit couverte. Dans le même temps, la production de nouvelles cellules fait croître l’épaisseur du biofilm.

L’oxygène et les nutriments véhiculés par l’eau à traiter, diffusent à travers celui-ci jusqu’à ce que cette épaisseur soit telle que les amas cellulaires les plus profonds ne soient plus atteints par l’oxygène. Il se pro­duit ainsi dans les films épais une stratification avec superposition d’une couche aérobie dans laquelle l’oxy­gène diffuse et d’une couche anaérobie plus profonde dans laquelle l’oxygène est absent. L’importance de ces deux couches varie suivant le type de réacteur et de support (figure 32).

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Figure 32. Coupe spécifique d’un biofilm épais

La mise en œuvre de procédés à biofilm pour le traitement des eaux, montre que :

  • le taux d’utilisation du substrat se stabilise à une valeur constante quand l’épaisseur du biofilm est telle que l’oxygène devient limitant dans les couches les plus profondes ;
  • dans le biofilm aérobie les bactéries fixées présentent généralement des activités spécifiques supérieu­res à celles observées en cultures libres.

Utilisant ce principe, différents procédés dits à cultures fixées ont été développés, certains très anciens, d’autres beaucoup plus récents. Ils peuvent être regroupés en trois catégories : procédés à cultures fixées non immergées (lits bactériens), procédés à cultures fixées immergées (filtres biologiques ou biofiltres) et procédés mixtes utilisant un matériau support fixe ou mobile.

lits bactériens (ou lits à ruissellement)

mode de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d’un lit bactérien consiste à faire ruisseler l’eau à traiter, préalablement décantée primaire ou au moins bien tamisée, sur une masse de matériau (naturel ou plastique) servant de support aux micro-organismes épurateurs qui y forment un film épais.

Les micro-organismes fixés éliminent les matières organiques par absorption des constituants solubles et en suspension. Au fur et à mesure que les micro-organismes croissent, l’épaisseur du film augmente et l’on observe un film à deux couches aérobie puis anaérobie. Dans cette deuxième partie, les mécanismes endo­gènes et les gaz produits conduisent à des détachements locaux du biofilm qui dégagent des plages dispo­nibles pour une nouvelle colonisation. Ce phénomène de détachement du biofilm ou « autocurage » est essentiellement fonction des charges organiques et hydrauliques appliquées sur le filtre.

L’oxygène nécessaire au métabolisme aérobie est fourni par tirage naturel ou par ventilation forcée.

Le liquide collecté en sortie du film alimente un décanteur secondaire dans lequel les boues produites sont séparées de l’eau traitée. Une partie du liquide collecté est fréquemment recyclée en tête du lit bactérien pour diluer l’influent et assurer un mouillage suffisant du biofilm. Principal procédé d’épuration biologique dans les années 50, les lits bactériens présentent un certain nombre d’avantages par rapport aux boues activées

  • surveillance plus réduite ;
  • économie notable d’énergie (pas d’insufflation d’air) ;
  • « récupération » assez rapide après un choc toxique ;

Mais les inconvénients sont nombreux :

  • rendement d’épuration très inférieur à charge volumique identique ;
  • risques de colmatage, surtout pour les lits à remplissage traditionnel (Pouzzolane 3 cm) ;
  • coût de construction élevé ;
  • boues en général non stabilisées ;
  • risques de nuisances (mouches, odeurs…).

classification

Les lits bactériens sont classés en fonction des charges hydrauliques et organiques appliquées. La charge hydraulique est exprimée en m3 · m–2 · h–1 par rapport à la section transversale du filtre, débit de recirculation inclus.

La charge organique est couramment exprimée en kg DBO · m–3·j–1 par rapport au volume de matériau, mais également en particulier dans l’application nitrification, en kg DBO · m–2·j–1 ou en kg N-NH4 · m–2 · j–1 par rapport à la surface développée du matériau.

Selon la charge hydraulique ou organique appliquée, on peut classer les lits bactériens tels que résumés dans le tableau 8.

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Tableau 8. Classification des lits bactériens

Les principaux renseignements à tirer sont les suivants :

  • les lits bactériens à faible charge s’utilisent avec de faibles hauteurs de matériau (de 1 à 2 m) et généra­lement avec un remplissage traditionnel. Dans des conditions favorables (climat, caractéristiques de l’influent), ils permettent d’obtenir un rejet à faible DBO et bien nitrifié. Ce type de charge volumique peut également être utilisé en nitrification tertiaire avec remplissage plastique ;
  • les lits à moyenne charge s’utilisent en un ou deux étages, selon les performances recherchées, avec recirculation hydraulique. Pour éviter le colmatage du matériau, dû à une croissance excessive du biofilm, il est nécessaire de travailler avec une charge hydraulique minimale variable suivant le type d’eau rési­duaire et la nature du matériau choisi : la charge hydraulique instantanée, continue ou discontinue doit se situer entre 1,8 et 3 m3 · m–2 · h–1. Il est nécessaire normalement d’effectuer un recyclage, soit directement à la sortie du lit bactérien, soit plus rarement après le décanteur aval ;
  • les lits à très forte charge sont essentiellement utilisés en dégrossissage d’eaux concentrées (rejets industriels en particulier) avant traitement secondaire. Leur principal avantage est la faible consommation énergétique par kg de DBO éliminée.

Différentes configurations de mise en œuvre sont illustrées en figure 33. Mais d’autres schémas combi­nant lits bactériens et traitements par boues activées sont également envisageables.

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Photo 2. Station de Talagante (Chili) - vue 1
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Photo 3. Station de Talagante (Chili) - vue 2
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Figure 33. Configurations de mise en oeuvre des lits bactériens

dispositions générales

Plusieurs éléments interviennent dans la conception d’une installation de lits bactériens : matériau de remplissage, dispositif de répartition hydraulique, système d’aération, protection et clarification aval.

matériau de remplissage

Le matériau idéal doit offrir une grande surface de contact, un indice de vide élevé et une résistante méca­nique suffisante. Les matériaux utilisés et leurs caractéristiques sont regroupés dans le tableau 9.

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Tableau 9. Caractéristiques de matériaux de remplissage de lits bactériens

On distingue :

  • Les remplissages traditionnels : pouzzolane, coke métallurgique ou cailloux silicieux concassés. Leur fai­ble indice de vide (~ 50 %) entraîne des risques de colmatage rapide et limite la charge organique applica­ble. Ils ne sont plus que rarement employés de nos jours ;
  • les remplissages plastiques (photo 4) : les matériaux disponibles sur le marché répondent aux exigen­ces suivantes : surface spécifique importante variant de 80 à 150 m2 · m–3, indice de vide élevé, souvent supérieur à 90 %, légèreté et résistance mécanique suffisante pour pouvoir être utilisés sur des hauteurs de 4 à 6 m. À noter qu’en service normal, chargé de zooglée et d’eau de ruissellement, le matériau peut peser entre 300 et 350 kg · m–3. Ces garnissages diffèrent par la forme, l’alvéolage et par la nature du matériau constituant (PCV ou polypropylène). Ils se présentent en système ordonné, c’est-à-dire sous forme de modules parallélépipédiques, ou en vrac. Les matériaux vracs sont plus sensibles au col­matage et leur emploi est limité aux eaux diluées et peu chargées en MES.

Dans le cas de matériaux ordonnés, les modules sont empilés sur une certaine hauteur dans des tours cir­culaires ou rectangulaires avec structure extérieure légère, les remplissages plastiques étant autoportants. Le supportage du matériau est assuré soit par un caillebotis, soit par un système de poutres. Le dessin de ce supportage doit être particulièrement étudié car les amorces de colmatage du lit se produisent souvent à ce niveau.

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Photo 4. Bloc prêt à être installé dans un lit bactérien

répartition hydraulique

L’eau à traiter, recirculation incluse, est répartie au sommet des filtres circulaires par un distributeur rotatif constitué de deux à six bras montés sur un pivot central et tournant dans un plan horizontal Ces bras sont des tubes percés d’orifices à travers lesquels l’eau est distribuée sur le filtre. Le distributeur est mû soit par la propulsion hydraulique de l’eau sortant des orifices pour les stations de taille inférieure à 10 000 EH, soit par un motoréducteur à vitesse variable pour les autres stations.

Pour les lits bactériens rectangulaires, la distribution peut être assurée par des distributeurs fixes ou une combinaison de distributeurs fixes et rotatifs.

Un paramètre important pour le bon fonctionnement d’un filtre est le taux d’arrosage (facteur SK en alle­mand) c’est-à-dire la hauteur liquide déversée sur le matériau à chaque passage du distributeur (en mm/pas­sage). L’expérience montre que le taux d’arrosage influe fortement sur l’auto-curage du matériau donc sur l’épaisseur du biofilm et les performances épuratoires du lit bactérien. La conception du distributeur doit permettre le contrôle de la vitesse de rotation et du taux d’arrosage en fonction de la charge en DBO, notam­ment des arrosages intermittents à forte intensité (effet de chasse) doivent être prévus sur les filtres à moyenne et forte charge.

systèmes d’aération

Un débit d’air approprié est essentiel au maintien de conditions aérobies dans un lit bactérien et donc à l’obtention de bonnes performances et à l’absence d’odeur.

Historiquement, l’apport d’air a été réalisé par « tirage naturel » grâce à des ouvertures aménagées à la base du lit : à condition que le passage libre soit suffisant, l’écart de température entre air ambiant et air interne au lit génère une circulation d’air qui fournit souvent une aération suffisante. Toutefois, dans certains pays, notamment en été, à certaines périodes de la journée la faible différence de température conduit à une circulation d’air insuffisante. Une ventilation forcée par ventilateurs est alors recommandée pour fournir une source fiable d’oxygène et éviter les odeurs.

protection

Des mesures de protection spécifiques à ce procédé doivent être prises

  • contre le froid. Les lits bactériens plastiques se comportent comme des tours de refroidissement. Dans les pays froids, il est recommandé de limiter les pertes thermiques par l’utilisation d’un double bardage et d’une couverture, ainsi que par le contrôle de la ventilation ;
  • contre la corrosion. Une attention particulière doit être apportée à la protection des parties métalliques, surtout dans la zone de distribution et sur le plancher support ;
  • contre les nuisances. Dans le traitement de certains effluents industriels (brasseries, distilleries…) les lits bactériens peuvent être une source d’odeurs non négligeable. Il est alors nécessaire de les couvrir et parfois de désodoriser l’air de tirage ;
  • contre le pullulement des insectes (mouches, moustiques) : couverture (filet fines mailles au minimum) et surtout arrosage intensif (voir SK).

clarification

Les matières en suspension qui se détachent du matériau support (boues en excès) sont récupérées dans un décanteur secondaire pour produire un effluent clarifié. Deux différences notables par rapport à un clari­ficateur de boues activées : la concentration d’alimentation en MES est nettement inférieure et la recircula­tion de boues inutile (sauf cas particulier, mais dans ce cas, elle reste faible). Les vitesses maximales, de l’ordre de 1,5 m · h–1 permettent d’obtenir des teneurs en MES inférieures à 30 mg · L–1.

On trouvera au procédés biologiques les principales applications et performances de ces filtres.

filtres biologiques (ou biofiltres)

présentation et historique

L’activité d’une culture bactérienne dépend, en particulier, de sa surface d’échange (substrat et l’oxygène). Dans les boues activées, cette surface est restreinte du fait de l’état floculé des micro-organismes. Dans les lits bactériens, la surface développée du matériau support ramenée au m3 de réacteur reste modeste et la parfaite répartition de l’eau à traiter sur la totalité du biofilm est délicate à l’échelle industrielle. En outre le biofilm est épais donc avec des limitations diffusionnelles importantes.

De là l’idée de fixer les micro-organismes sur des supports granulaires de taille effective inférieure à 4 ou 5 mm, assurant une surface spécifique développée et par conséquent une surface d’échange très supérieure à celle des autres procédés. À titre d’exemple, le matériau biolite de 2,7 mm de taille effective développe une surface d’échange de 700 m2 · m–3 à comparer aux 100 à 200 m2 · m–3 d’un lit bactérien à remplissage plasti­que.

Cette réflexion a abouti au développement, au cours des trente dernières années, des procédés de cultures fixées appelés biofiltres, dont le mode de fonctionnement est indiqué sur la figure 34.

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Figure 34. Mode de fonctionnement d’un biofiltre

Ces procédés comprennent trois phases ; matériau de contact et son biofilm, liquide et air. La DBO et/ou le N-NH4 de la phase liquide est oxydé au contact du biofilm. L’oxygène est fourni par injection d’air dans le matériau, ou par pré-dissolution dans l’eau d’alimentation.

Les procédés à lits fixes incluent des réacteurs à flux ascendant ou descendant selon le sens de passage de l’eau. Comme prévu, le type et la granulométrie du matériau de remplissage sont des facteurs majeurs pour les performances et les caractéristiques de fonctionnement de ces réacteurs.

Ces procédés ne nécessitent pas de clarificateur. Les boues en excès provenant de la rétention des matiè­res en suspension de l’influent et de la croissance de la biomasse sont piégées dans le système et doivent être éliminées périodiquement par lavage au sein même du réacteur.

Utilisés surtout en tant que filtres aérobies, ces procédés peuvent être également mis en œuvre comme filtres anoxies pour la dénitrification.

Il existe différents types de biofiltres. On trouvera dans les deux paragraphes suivants une sélection des procédés les plus couramment rencontrés.

biofiltres aérobies

Les biofiltres aérobies sont utilisés pour les applications suivantes : élimination du carbone, élimination du carbone combinée à la nitrification, nitrification tertiaire et traitement d’affinage. Leur dimensionnement est basé à la fois sur la charge volumique (exprimée en kg DBO · m–3 de matériau · j–1 ou en kg N-NH4 · m–3 · j–1) et sur la vitesse de filtration (exprimée en m3 · m–2 · h–1 ou m · h–1). Cette dernière varie sensiblement selon le type de matériau et le sens d’écoulement de l’eau à traiter. Il en est de même du rendement d’oxygénation RO qui traduit dans un biofiltre le pourcentage de la masse d’oxygène réellement transféré au système (c’est-à-dire dans les conditions effectives d’utilisation) par rapport à la masse d’oxygène introduit.

Du fait de son principe, le biofiltre est sensible à la concentration en MES de l’influent et doit s’appliquer de préférence après décantation primaire, physico-chimique ou non, ou sur des eaux diluées.

Lorsqu’un traitement du carbone et de l’azote est recherché, le choix est à faire entre une filière à un seul étage (élimination DBO5 et nitrification) ou à deux étages (élimination DBO5 suivie de nitrification). La con­centration en DBO5 de l’influent affecte en effet directement la charge volumique en N-NH4 éliminée, du fait de la concurrence pour l’oxygène entre la biomasse hétérotrophe et la biomasse autotrophe (comme déjà vu pour les boues activées). Les facteurs influençant le choix technico économique entre ces deux filières sont essentiellement :

  • les caractéristiques de l’influent à traiter (rapport DBO / NK, concentration en DBO) ;
  • le rendement de nitrification visé (nitrification partielle ou poussée) ;
  • la taille de l’installation.

D’un point de vue biologique, la filière à deux étages est préférable car la séparation des deux fonctions, donc des deux biomasses, permet d’optimiser les charges admissibles, les performances de chaque étage et d’adopter un cycle de lavage optimal pour chacun des deux étages.

filtres à courant descendant

Le premier biofiltre apparu sur le marché au début des années 70 est le Flopac. Le Flopac est un filtre à courant descendant dont l’eau à filtrer est saturée en oxygène en amont du filtre. Le matériau filtrant des premières réalisations, appelé chamotte, était obtenu par cuisson d’argile dans laquelle était injectée de la matière organique ce qui permettait d’obtenir un matériau granulaire ayant une surface spécifique élevée. La chamotte a été remplacé après quelques années par du sable et/ou de la biolite.

filtres à courant ascendant

Le Biofor est un biofiltre à courant ascendant avec injection d’air (co-courant, air et eau) à travers un réseau de diffuseurs fines bulles dits Oxazur. Le matériau filtrant est la biolite, dont la granulométrie et la densité (toujours supérieure à 1,2) sont sélectionnées en fonction de l’application (figure 35-b).

Au cours de ces dernières années, diverses améliorations ont été apportées au Biofor, ce qui a permis d’améliorer ses performances. Les critères de fonctionnement, les appli­cations et les performances de cette dernière génération de Biofor sont détaillés au niveau des procédés biologiques.

Plus récemment des filtres à courant ascendant et avec du matériau synthétique de densité inférieure à 1 sont apparus sur le marché. Le matériau flottant est retenu par un plafond équipé de buselures (figure 35-c). En principe, ce réacteur peut être utilisé en nitrification seule, ou en nitrification-dénitrification combinée. L’air procédé est insufflé soit à la base du lit (filtre N), soit au sein du matériau (filtre combiné N/DN).

L’eau traitée est stockée au-dessus du lit de filtration et utilisée pour les lavages séquencés à contre-cou­rant, pendant cette phase la grille d’insufflation reste alimentée pour augmenter l’énergie de brassage.

Bien adapté à la nitrification d’eau peu chargée en MES, ce type de filtre est plus limité pour l’élimination de la pol­lution carbonée en raison des risques de colmatage du matériau.
On peut toutefois utiliser ces filtres pour la dénitrification.

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Figure 35. Différents types de biofiltres

biofiltres anoxies

Les filtres biologiques peuvent être également employés pour la dénitrification, associés à un traitement secondaire de nitrification en culture libre ou fixée. Les différences entre filtres aérobies et anoxies portent principalement sur la suppression du réseau d’air de procédé, la granulométrie du matériau et l’éventuel apport de carbone extérieur.

En analogie parfaite avec les schémas de nitrification-dénitrification en boues activées (même principe, mêmes limitations), le filtre dénitrifiant est positionné soit en amont, soit en aval du traitement de dénitrification :

  • dénitrification amont (ou pré-anoxie) : l’étage nitrifiant est situé en aval, avec recirculation des nitrates. Le rendement de dénitrification est fonction du taux de recirculation, de la DCO rapidement biodégradable et donc du rapport DCO/NK de l’influent ;
  • dénitrification aval (ou post-anoxie) : en l’absence de carbone organique biodégradable consommé par le système aérobie situé en amont, une source de carbone extérieure, méthanol ou acétate, doit alors être ajoutée.

En contrepartie, on notera une relative complexité en terme d’automatisme et d’instrumentation, un coût d’investissement supérieur aux boues activées (hors contraintes environnementales particulières) et la nécessité de gérer les grandes stations de biofiltration comme celles de filtration d’eaux de surface (batterie de filtres à sable et/ou CAG ) : maintenance préventive des vannes, suivi des pertes de charge après lavage.

performances et domaines d’application des biofiltres

En raison de leur modularité, les biofiltres peuvent être mis en œuvre de multiples façons dans des filières de traitement de type « tout biofiltre » ou en combinaison avec des cultures libres.

Des exemples de ces filières combinant décantation primaire (DP), voire physico-chimique (DP-PC), avec des cultures libres (BA) et/ou des biofiltres C (carbone seul), C + N (carbone + nitrification) et DN (dénitrifi­cation) en combinaison ou non avec une déphosphatation (P) sont illustrés en figure 36.

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Figure 36. Exemples de filières de traitement par biofiltres

Par ailleurs, il est intéressant de comparer sur une eau typique les charges volumiques globales admissi­bles, en fonction de l’objectif de traitement visé, en filières « tout biofiltre » et en filières boues activées.

Le tableau 10 met en évidence l’intérêt majeur des cultures fixées en termes de charges volumiques, auquel on ajoutera les autres avantages découlant de leur principe de fonctionnement :

  • faible surface au sol (forte concentration en biomasse et forte charge volumique) ;
  • pas de clarificateur et donc pas de problème de clarification des boues ;
  • grande stabilité face aux variations de charge ;
  • capacité à traiter des eaux diluées et froides ;
  • facilité d’intégration au site (esthétique).
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Tableau 10. Charges volumiques comparées en filières biofiltres et boues activées

autres procédés

Plusieurs technologies ont été proposées tentant de faire un compromis entre les cultures fixées et les boues activées en essayant de préserver les intérêts des premières : garder beaucoup de biomasse dans l’aérateur qui ne transite pas par le décanteur secondaire permettant en même temps de s’affranchir de l’âge minimum de la boue pour nitrifier et garder des cinétiques élevées. Parmi celles-ci, on peut distinguer les cultures mixtes, les disques biologiques et les corps de contact fixes immergés.

cultures mixtes

Il existe différents procédés dans lesquels un matériau support est mis en suspension dans le bassin d’aération d’un procédé à boues activées.

Ces matériaux,de densité voisine de l’eau (de 0.95 à 1) et de taille modeste (de quelques mm à 20 mm) peuvent être maintenus en suspension dans le bassin à condition de maintenir dans celui-ci un brassage suffisant. Vu leur grande surface spécique (au-delà de 1000 m2/m3 pour certaines applications),ils sont capables de porter une biomasse importante en film fin (à l’extérieur du matériau au moins) et donc de réduire les volumes de bassin à mettre en œuvre.Dans tous les cas ,pour garantir un bon fonctionnement il sera indispensable de prévoir :

  • un tamis fin afin d’éviter le colmatage des grilles par les filasses
  • des grilles de rétention positionnées systématiquement sur le flux de sortie de tous les réacteurs contenant des supports mobiles (mailles fonction de la géométrie des supports)
  • une forme de bassin et une conception de l’aération adaptée afin d’éviter une accumulation des supports au niveau des grilles de rétention.

Deux configurations de mise en œuvre sont envisageables :

  • Météor IFAS (Integrated Fixed film Activates Sludge) : il s’agit de l’association d’une boue activée (culture libre) et d’une culture fixée sur support mobile
  • Météor MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) : dans cette configuration la totalité de la biomasse active est fixée sur les supports mobiles. La décantation conventionnelle n’est pas adapté pour la séparation des MES ; un séparateur type flottation doit être prévu (flottation rapide type Greendaf par exemple) Aucune recirculation n’est mise en œuvre et il n’y a pas d’accumulation de biomasse libre dans le réacteur.

Météor IFAS :

Dans cette configuration, le matériau support est introduit dans les réacteurs à 50 % -60 % en moyenne et couplé avec un système de séparation conventionnelle (clarificateur). Aucune spécification particulière n’est nécessaire.

Ce procédé sera équivalent à une boue activée classique en terme de performance. Le Meteor IFAS s’applique aux mêmes types d’eau brute qu’une boue activée conventionnelle : le gain se fera au niveau du dimensionnement dans la mesure ou la densité de biomasse sera plus élevée que pour une solution conventionnelle de type boue activée. Il sera surtout adapté en cas de réhabilitation d’une station soumise à des contraintes de surface et à une augmentation de la charge (carbonée et azotée) et /ou un objectif de qualité de rejet plus sévère.

Météor MBBR :

Dans cette configuration le taux de remplissage est identique au cas précédent et de 50 à 60% en moyenne. Le Météor MBBR permet une élimination de la pollution carbonée et azotée et ceci avec des charges élevées

Pour la séparation,vu la nature du floc biologique, il sera obligatoire de prévoir une flottation rapide type Greendaf. La biomasse étant fixée sur les supports, aucune recirculation n’est mise en œuvre ce qui signifie qu’il n’y a pas d’accumulation de biomasse libre dans le réacteur. Ce procédé peut être appliqué sur les effluents résiduaires urbains et industriels.

disques biologiques

Cette technique, appelée rotating biological contactors (RBC) par les Anglo-Saxons, a d’abord été installée en Allemagne de l’Ouest en 1960. Elle consiste en une série de disques circulaires faiblement espacés, par­tiellement immergés (40 % généralement) dans l’eau à traiter et tournant autour d’un axe horizontal. De par la rotation, la biomasse qui se développe sur les disques se trouve alternativement en contact avec l’eau à traiter et l’oxygène de l’air.

La mise en rotation des disques est assurée par un motoréducteur. Certaines réalisations prévoient une aide à la rotation et à l’oxygénation par une insufflation d’air complémentaire sous des godets solidaires de certains disques. Les disques réalisés en polystyrène ou en PVC sont fournis en dimensions standard allant jusqu’à 3,66 m de diamètre et la longueur de l’axe qui supporte les disques peut atteindre 7,62 m. Les disques standards ont une surface développée d’environ 9 300 m2. La surface spécifique est d’environ 175 m2/m3. Ils sont espacés de 2 à 3 cm et leur vitesse de rotation est de 1 à 2 tours par minute (figure 37).

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Figure 37. Disques biologiques

Similaires aux lits bactériens, les disques biologiques nécessitent un prétraitement, décantation primaire ou tamisage fin, ainsi qu’un clarificateur final pour retenir les boues en excès, dimensionné sur une vitesse ascensionnelle maximale de l’ordre de 1.5 m · h–1. Il n’y a pas de recirculation de boues.

Il existe d’autres similitudes entre les disques biologiques et les lits bactériens. La complexité dans les caractéristiques physiques et hydrodynamiques requiert que leur dimensionnement soit fondé sur des cri­tères issus d’études pilotes et d’installations industrielles. La charge organique appliquée affecte le rende­ment d’élimination en DBO et une nitrification poussée nécessite une faible DBO résiduelle.

Les réalisations comprennent souvent plusieurs étages de disques, les premiers servant à l’élimination du carbone organique, les derniers pouvant servir à la nitrification. Les charges sont exprimées en g DBO5 ou en g N-NH4 par m2 de surface de disque et par jour.

Des critères de dimensionnement typiques sont donnés dans le tableau 11.
Cette technique a l’avantage d’une faible consommation d’énergie électrique (de 2 à 4 W par m2 de disque) mais sa diffusion est handicapée par :

  • la nécessité de stabiliser les boues primaires et biologiques ;
  • le surcoût d’investissement lorsque l’on cherche à obtenir un effluent traité à moins de 25 mg · L–1 de DBO ;
  • certains problèmes mécaniques (dispositif d’entraînement) ;
  • la nécessité de couvrir les disques pour les protéger des intempéries.

Cette technique est surtout réservée aux petites installations où le choix de faible charge permet de limiter les inconvénients précédemment cités et de constituer des ensembles très simples d’entretien.

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Tableau 11. Critères de dimensionnement typiques pour disques biologiques

corps de contact fixes

Cette technique consiste à immerger dans un bassin de boues activées un matériau fixe sur laquelle se développe une biomasse supplémentaire qui n’a pas à transiter par le clarificateur. Il est ainsi possible d’améliorer les performances d’une installation d’épuration biologique sans accroître le dimensionnement du clarificateur. Il est ainsi possible d’améliorer les performances d’une installation d’épuration biologique sans accroître le dimensionnement du clarificateur. Le procédé est essentiellement proposé en réhabilitation ou extension de stations.

Les techniques proposées se distinguent essentiellement par les matériaux mis en œuvre :

  • matériaux plans. Ces procédés utilisent des matériaux plastiques ordonnés semblables à ceux utilisés dans les lits bactériens. Les charges volumiques appliquées restent inférieures à 2 kg DBO · m–3 · j–1. L’accroissement du taux de biomasse est de l’ordre de 20 à 40 % par rapport aux boues activées classi­ques. Ces systèmes sont en revanche difficiles à bien aérer tout en évitant les dépôts en fond de bassin ;
  • matériaux filiformes. Les fils utilisés peuvent être mis en œuvre de diverses manières : boucles, ramifi­cations en touffes (procédé dit Ringlace).

L’inconvénient majeur de ces technologies réside dans les risques élevés de colmatage ou d’aggloméra­tion, surtout sur des eaux contenant des fibres, filasses ou graisses. Ce sont donc plutôt des techniques de finition, employées par exemple au Japon dans des bassins de polishing pour atteindre des garanties en DBO et N-HN4 inférieures respectivement à 5 mg · L–1 et 1 mg · L–1 (procédé dit « contact-aération »).