la stabilisation aérobie

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le stockage aéré

Le stockage aéré ne doit pas être considéré comme un traitement de stabilisation : son rôle n’est que de stocker de la boue sans nuisances sur des périodes pouvant aller jusqu’à quelques mois.

Les systèmes d’aération utilisés dans les ouvrages ouverts à l’air libre sont soit des diffuseurs d’air (Vibrair, pompes aératrices, jet aerator, par exemple), soit de plus en plus rarement des aérateurs de surface. Certains systèmes peuvent provoquer, à la longue, une certaine destruction mécanique du floc biologique rendant plus difficile sa déshydratation ultérieure ; ils conduisent aussi à de plus fortes pertes calorifiques. L’insufflation d’air permet également de brasser et d’homogénéiser des boues de plus forte concentration (pouvant dépasser 30 g · L–1).

Ces stockeurs sont composés d’une ou de plusieurs cellules. Dans ce dernier cas, la disposition des cellu­les en série permet normalement d’atteindre un taux de stabilisation plus élevé et plus homogène, se limi­tant néanmoins à des réductions de MO faibles (< 10 %).

la stabilisation aérobie mésophile

Dans ce cas, le taux de minéralisation obtenu dépend essentiellement de la quantité d’O2 transférée, du temps de séjour, de la température, ainsi que de l’âge des boues introduites. Dans les pays froids, la stabi­lisation aérobie est donc déconseillée, tout au moins si l’on ne prend pas des dispositions spéciales : isola­tion et couverture du réacteur, chauffage éventuel. Dans les conditions climatiques les plus fréquentes, la réduction du taux de MO dans les boues obtenues par stabilisation aérobie mésophile (<< 20 %) reste très sensiblement inférieure à celle atteinte par digestion anaérobie.

Les bases de calcul suivantes (tableau 12), données pour une température de 20 °C, permettent une pre­mière approche du dimensionnement.

Le coefficient de transfert d’oxygène est évidemment faible par rapport à celui existant dans l’eau claire, du fait de la forte concentration de la liqueur. Toutefois, le plus souvent, ce sont les conditions de brassage minimal qui fixent la puissance d’aération à installer.

Des rendements d’élimination de la MO de 25 à 45 % ne sont obtenus qu’au prix de temps de séjour et surtout de quantité d’oxygène transféré très importants (1 kg O2 par kg MO éliminé). Mais ces performances sont plus facilement atteintes sur des installations permettant de maintenir des conditions thermophiles (voir conditionnement des boues).

Digesteur aérobie station Doha OuestImage sécurisée
Photo 18. Digesteur aérobie de la station de Doha Ouest (Qatar) 175 000 m3/j: 2 digesteurs de chacun 16 000 m3
stabilisation aérobie mésophile bouesImage sécurisée
Tableau 12. Éléments de dimensionnement des ouvrages de stabilisation aérobie mésophile des boues

digestion aérobie thermophile (ou DAT)

Cette technique est semblable à celle utilisée pour le compostage de déchets organiques solides (voir traitements thermiques des boues déshydratées - généralités). Elle utilise le caractère exothermique des réactions d’oxydation pour accroître la température dans le réacteur (45 à 60 °C) ; cette montée de température élève la vitesse de réaction et peut, si elle est suffisante, permettre une certaine hygiénisation. Pour obtenir une température suffisante dans le réacteur, des dispositions particulières doivent être prises pour limiter les pertes calorifiques et surtout :

  • disposer de boues fraîches présentant une concentration minimale en MO (25 à 30 g · L–1) correspondant à une concentration en MES de l’ordre de 35-40 g · L–1 ;
  • limiter les pertes calorifiques par évaporation liées à la saturation de l’air en humidité à la sortie du réac­teur.

La mise en œuvre d’aérateurs immergés spécifiques (combinant souvent introduction d’air en fines bulles et brassage mécanique) et présentant des rendements élevés de diffusion d’air, l’isolation et la couverture du réacteur ont permis, sans autre apport de calories, d’atteindre les températures propices aux organismes thermophiles.

L’optimisation du volume d’un digesteur aérobie thermophile est difficile. Il faut en effet concilier les inte­ractions suivantes, souvent antagonistes :

  • l’augmentation du volume du réacteur entraîne celle du temps de mise en contact, mais aussi les pertes calorifiques par rayonnement et par évaporation ;
  • une température élevée entraîne une cinétique de réaction plus rapide, mais contraint à une puissance d’aération plus forte pour tenir compte de la moindre solubilité de l’oxygène ;
  • une dépense d’énergie d’aération plus forte est favorable à l’oxygénation, mais cause des pertes calori­fiques plus importantes.

Dans des climats tempérés, un temps de séjour de 6 à 8 jours peut permettre d’atteindre une température de l’ordre de 50 °C dans le réacteur et une élimination de 40 % des MO de boues présentant une concentra­tion initiale en MS de 50 g · L–1 (dont 35 g · L–1 de MO). Dans les installations de digestion aérobie thermo­phile, des dispositions particulières doivent être prises pour maîtriser la production de mousse et l’émanation occasionnelle d’odeurs désagréables.

Les boues qui sortent d’un digesteur aérobie thermophile, fonctionnant à une température de 60 °C, pré­sentent des comptages bactériens très inférieurs à ceux d’un digesteur anaérobie mésophile. Les œufs d’Ascaris sont difficilement détectables et les salmonelles et virus sont normalement absents.

Un certain nombre d’installations de traitement fonctionnent selon la chaîne digestion aérobie thermo­phile de un à deux jours à 60 °C, suivie d’une digestion anaérobie mésophile dimensionnée pour 80 % de la quantité de MO contenues dans les boues brutes. Cette association présente un intérêt si sur le premier étage :

  • les réactions exothermiques développées rendent celui-ci autotherme (d’où nécessité de transférer suf­fisamment d’oxygène au milieu) ;
  • le niveau de température atteint autorise une hygiénisation de la boue.

Dans la pratique, les difficultés de maintien de conditions d’aérobioses sur le premier étage obligent sou­vent à la mise en place d’un chauffage d’appoint. On se retrouve alors dans des conditions de développe­ment des flores hydrolytiques et acidogènes développées dans la digestion anaérobie deux phases thermophile/mésophile. L’installation de digestion anaérobie en aval devra de toute façon comporter son équipement normal de réchauffage des boues (sécurité et période de démarrage).