L’installation de Comines a pour objet de traiter l’effluent provenant d’un quartier de 300 équivalents habitants, les eaux traitées se rejettent dans la rivière LYS. Une des principales caractéristiques demandées par le client (Lille Métropole Communauté Urbaine) est la capacité de l’installation à fonctionner temporairement sur un premier site puis être déplacée par la suite vers d’autres sites géographiques. L’autre priorité du client est l’aspect fiabilité assuré tant au niveau des performances épuratoires qu’au niveau de l’exploitation.
Principe du procédé
La rétention de la boue et la séparation de l’eau traitée sont effectuées par des membranes de microfiltration, immergées directement dans le réacteur biologique.
Outre le gain important de place dû à l’absence de clarificateur, la filière biologique est exploitée avec une matière en suspension de 15 g/l au lieu de 5 g/l. La charge organique appliquée associée à la concentration des MES du bassin activé permet de réduire son volume de 2 à 3 fois.
En raison de la faible charge massique et de l’âge de boue élevé, le taux de croissance des bactéries est limité. En conséquence, la production de boues est moindre et la filière de boues peut être réduite par rapport à une installation classique. La rétention de la bio
MOTS CLÉS
Procédé Aqua-RM® – membranes immergées – membranes fibres creuses – traitement biologique
[Photo : Schéma de principe de l’installation Aqua-RM]
Une aération permanente à leur base. Ceci permet le balayage et l’évacuation de tous dépôts éventuels sur la surface membranaire pendant les phases d’arrêt de la filtration.
La Figure 2 présente une séquence type de fonctionnement de l’aspiration séquencée pendant une heure.
Le colmatage dépend aussi fortement du débit transmembranaire demandé et donc de la pression d’aspiration initiale appliquée.
Descriptif de l’installation
L’installation de traitement comprend trois compartiments fonctionnels. Le premier compartiment est isolé des deux suivants et crée la zone tampon. Celle-ci reçoit des eaux dégrillées (tamis rotatif de mailles de 1 mm) et permet d’alimenter le réacteur biologique avec un débit écrêté des pointes hydrauliques des eaux brutes. Cette conception permet de dimensionner l’étape de filtration sur un débit moyen et non de pointe, ce qui correspond à une économie en surface membranaire pour le cas d’un réseau court et séparatif.
Le deuxième compartiment est la zone d’anoxie, qui assure la dénitrification des nitrates produits et recirculés du troisième compartiment, qui est la zone aérée.
Deux modules membranaires sont installés dans le réacteur à membranes. Le filtrat produit par les membranes ne contient pas de matière en suspension grâce à la barrière physique que présente la membrane, son rendement de séparation étant de 0,4 µm. Cette séparation assure une désinfection de l’eau à l’égard des bactéries.
Le procédé permet d’augmenter la concentration en biomasse dans le bassin sans affecter la qualité de la séparation. La fiabilité de la station n’est donc plus liée à la décantabilité des boues, ce qui assure une plus grande autonomie d’exploitation.
En fonction des caractéristiques de l’effluent brut, la production de boue spécifique du procédé varie de 0,56 à 0,75 kg MES/kg DBO5, ce qui correspond dans le cas de l’installation de Comines à une augmentation de la concentration en biomasse de 3 à 4 g/l par semaine. L’extraction hebdomadaire des boues biologiques en excès suffit à maintenir leur concentration dans une fourchette (12 à 17 g/l) compatible au bon fonctionnement de la filtration. Les boues sont évacuées par hydrocureur et traitées sur une station à proximité.
Modules membranaires
Les membranes sont regroupées dans des modules verticaux immergés dans le réacteur aérobie. Un dispositif d’aération est installé à la base de chaque module, ce qui permet la création d’un flux ascendant de la liqueur mixte dans le module, le débit d’air étant de 50 à 100 m³/m² de surface projetée et par heure. De plus, l’aération satisfait les besoins biologiques en oxygène pour l’élimination des polluants carbonés et azotés. La pression nécessaire pour le passage de l’eau traitée à travers les membranes est fournie par la pression d’eau de submersion du module, soutenue par une pompe d’aspiration en aval des membranes.
Cycle de filtration
La perméabilité des membranes qui évolue durant le fonctionnement du réacteur biologique est due aux différents phénomènes de colmatage. Pour limiter celui-ci, plusieurs méthodes peuvent être mises en œuvre telles que le rétro-lavage à des fréquences plus ou moins rapprochées ou l’injection d’air de balayage auprès de la surface membranaire. La spécificité du procédé Aqua-RM est basée sur l’aspiration séquencée en aval des modules.
[Photo : Cycle de filtration séquencée du procédé Aqua-RM]
[Photo : Figure 3 : Performances de traitement]
(1) L’eau brute peut atteindre des concentrations d’azote de 100 mg/l.
Une intervention simple, qui dure environ une journée par module et qui ne demande qu’un personnel réduit. Le besoin d’un lavage est indiqué par une augmentation de la pression transmembranaire au-delà d’un seuil limite (300 à 400 mbar) par rapport à la pression initiale d’aspiration.
Performances de traitement
Après un an de fonctionnement, le procédé Aqua-RM® de la station de Comines démontre sa fiabilité vis-à-vis du traitement, avec une maintenance moyenne de 3 à 5 heures d’exploitation par semaine, y compris l’extraction des boues.
Dans le cadre des contrôles de l’exploitation de l’installation de Comines à l’échelle industrielle, les analyses effectuées ont confirmé les bons résultats de performance du procédé Aqua-RM®.
Pour le cas de l’installation de Comines, les caractéristiques moyennes du traitement sont exprimées dans la figure 3.
[Photo : Figure 4 : Fréquences cumulées des paramètres d’entrée et sortie station, concentration des boues]
Exprimée en fréquences cumulées, la figure 4 montre que les concentrations en DBO₅ et en DCO de l’eau traitée ne dépassent pas 5 mg/l dans 92 % et 50 mg/l dans 95 % des analyses effectuées. La concentration des boues biologiques ne dépasse pas, dans 90 % des cas analysés, les 15 g/l.
Le procédé membranaire s’avère particulièrement adapté en cas d’exigences élevées au niveau du rejet des eaux traitées dans le milieu naturel ainsi qu’en cas de contraintes de place ou de limitation souhaitée d’émission de bruits ou d’odeurs.
Coût d’exploitation
Les besoins énergétiques spécifiques des membranes immergées sont très faibles et fonction de la pression d’aspiration appliquée. Dans le cas de l’installation de Comines la consommation spécifique de la filtration membranaire (aération biologique comprise) reste inférieure à 1,2 kW/m³ d’eau traitée. La figure 5 représente la répartition énergétique des cinq principaux postes consommateurs.
[Photo : Figure 5 : Répartition des besoins énergétiques de l’installation de Comines]
L’installation entièrement automatisée est dotée d’une télésurveillance qui permet à l’exploitant de limiter ses interventions à l’entretien courant des équipements et à l’extraction des boues, soit 3 à 5 heures par semaine.
Conclusion
L’installation membranaire de Comines répond parfaitement aux soucis de fiabilité fortement recherchée pour des petites stations qui sont sujettes le plus souvent à un minimum de maintenance. La difficulté habituelle majeure est liée à la décantabilité des boues, ce qui est supprimé par la barrière physique que présente la membrane. Elle rend impossible tout départ accidentel des boues biologiques. En cas de rupture d’une fibre membranaire celle-ci se colmate instantanément, évitant toute fuite de matières en suspension.
Pour des installations de grande taille les avantages en termes de gain de place et de capacité épuratoire liée à l’augmentation des temps de séjour des boues présentent un intérêt indéniable. Dans la recherche de conditions de fonctionnement optimisées en termes de coûts d’exploitation, le réacteur biologique à membranes doit être dimensionné pour un flux optimal qui engendre un moindre colmatage entre 300 et 500 mbar.
La surface membranaire installée doit être suffisamment importante pour permettre le fonctionnement économique à faible pression d’aspiration et pour les conditions limites d’exploitation en température et en concentration de MS. Dans cette optique, les membranes organiques et immergées ont un avenir prometteur dans le marché de traitement des eaux des collectivités.
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