Le traitement des jus de digestion par le procédé de nitritation sharon® cas de la station Seine Grésillons du SIAAP

Journées Information Eaux 2018, Poitiers, FRA, 09-/10/2018 - 11/10/2018National audienceThe SHARON process is a biological effluent treatment system heavily loaded with ammonia nitrogen. It is based on the selection of microorganisms by sludge age, pH and temperature in order to set up a so-called partial nitrification, or nitrate shunt. Indeed, it is an aerobic nitritation directly followed by anaerobic denitrification. This innovative process is implemented in France on the Seine Grésillons wastewater plant (Yvelines, 1.2 million Equivalents.Habitants) operated by SIAAP. Placed in addition to the sludge treatment system, its role is to treat dehydration centers and digestion condensates of digested sludge from the site. Its interest is to avoid a too important supply of nitrogen on the water treatment line through the returns to the head; contributions that can represent 20% of the design load of the station. With the exception of bibliographic data, little technical and scientific knowledge is available on the operation of this process on an industrial scale. As part of the Mocopée research program, a fine follow-up of the process for more than two years has been carried out. The main objective of the project was to acquire a precise knowledge of the influence of the exploitation parameters on the composition of the microbial populations and thus on the treatment performances. After a literature review and a first measurement campaign in 2014, a set of recommendations were developed and implemented to ensure a proper functioning of the system. Following this preliminary step, successive modifications of the operating parameters (age of sludge, aeration, orthophosphate supply) were made according to an experimental protocol always identical: modification of an operating instruction followed by 3 weeks of stabilization of the reactor before implementation of a complete analytical campaign over 2 days (performances, kinetics, quantification of active nitrifying prokaryotic microorganisms - nitrating archaea or AOA, nitritating bacteria or AOB and nitrating bacteria or NOB). Three measurement campaigns were carried out in 2017. In general, the measured average NH4 concentrations appeared stable at entry (of the order of 875 mg N-NH4 / L) and variable at the outlet (from 30 to 215 mg N-NH4 / L). This variability in performance has been related to the operating modes of the process and the activity of the microorganisms. Thus, in addition to optimization of the operation (sizing of the boosters, feeding mode, reliability of continuous measurements) and the improvement of the analytical monitoring (filtration required, conservation of samples), the study made it possible to quantify precisely the performance of the process. Under appropriate conditions (T ° C above 40 ° C and sludge age of 3 to 4 days), the partial nitrification is in place and allows to obtain an N-NO2 / NOx concentration ratio greater than 95%. The results provided by this study are of prime importance for a reliable and efficient operation of the process on an industrial scale, making it possible to guarantee the respect of the statutory thresholds at the rejection of the plant.Le procédé SHARON (Single reactor system for High Ammonia Removal Over Nitrite) est un système biologique de traitement des effluents fortement chargés en azote ammoniacal. Il est basé sur la sélection de micro-organismes par l'âge des boues, le pH et la température afin de mettre en place une nitrification dite partielle, ou shunt des nitrates. En effet, il s'agit d'une nitritation aérobie (NH4+NO2-) directement suivie d'une dénitrification anaérobie (NO2- N2). Ce procédé innovant est implanté en France sur l'usine d'épuration de Seine Grésillons (Yvelines, 1,2 millions d'Equivalents.Habitants) exploitée par le SIAAP. Placé en complément de la filière de traitement des boues, son rôle est de traiter les centrats de déshydratation et les condensats de séchage des boues digérées du site. Son intérêt est d'éviter un apport trop important d'azote sur la file de traitement des eaux par l'intermédiaire des retours en tête ; apports pouvant représenter 20% de la charge de dimensionnement de la station. A l'exception de données bibliographiques, peu de connaissances techniques et scientifiques sont disponibles sur le fonctionnement de ce procédé à l'échelle industrielle. Dans le cadre du programme de recherche Mocopée (MOdélisation, Contrôle et Optimisation des Procédés d'Epuration des Eaux), un suivi fin du procédé pendant plus de deux ans a été réalisé. L'objectif principal du projet était d'acquérir une connaissance précise de l'influence des paramètres d'exploitation sur la composition des populations microbiennes et donc, sur les performances de traitement. Après une étude bibliographique et une première campagne de mesures en 2014, un ensemble de préconisations ont été élaborées et mise en oeuvre afin d'assurer un fonctionnement adapté du système. Suite à cette étape préalable, des modifications successives des paramètres de fonctionnement (âge de boues, aération, apport d'orthophosphates) ont été apportées suivant un protocole expérimental toujours identique : modification d'une consigne d'exploitation suivie de 3 semaines de stabilisation du réacteur avant mise en oeuvre d'une campagne analytique complète sur 2 jours (performances, cinétiques, quantification des micro-organismes procaryotes nitrifiants actifs - les archées nitritantes ou AOA, les bactéries nitritantes ou AOB et les bactéries nitratantes ou NOB). Trois campagnes de mesures ont ainsi été réalisées en 2017. De manière générale, les concentrations moyennes en NH4 mesurées sont apparues stables en entrée (de l'ordre de 875 mg N-NH4/L) et variables en sortie (de 30 à 215 mg N-NH4/L). Cette variabilité des performances a été mise en relation avec les modes d'exploitation du procédé et l'activité des micro-organismes. Ainsi, outre l'optimisation de l'exploitation (dimensionnement des surpresseurs, mode d'alimentation, fiabilité des mesures en continues) et l'amélioration du suivi analytique (filtration nécessaire, conservation d'échantillons), l'étude a permis de chiffrer précisément les performances du procédé. Dans des conditions adaptées (T°C supérieure à 40°C et âge de boue de 3 à 4 jours), la nitrification partielle est bien en place et permet d'obtenir un ratio de concentrations N-NO2/NOx supérieur à 95 %. Les résultats apportés par cette étude sont de première importance pour une exploitation fiable et performante du procédé à l'échelle industrielle, permettant de garantir le respect des seuils réglementaires au rejet de l'usine