Étude de la séparation solide-liquide de l'effluent d'un réacteur biologique à culture fixée

La séparation des solides produits au sein des systèmes de traitement biologique est une étape cruciale ayant un grand impact sur la qualité de l’effluent. Jusqu’à présent, peu d’études se sont attardées aux spécificités que présente la séparation de la biomasse provenant de systèmes à culture fixe. D’une part, les concentrations relativement faibles de solides présents dans l’effluent des réacteurs ne permettent pas une biofloculation aussi efficace que lors de la décantation freinée observée au sein des clarificateurs de filières à boues activées. D’autre part, les solides présents à l’effluent d’un réacteur biologique à biomasse fixe sont principalement composés de fragments desquamés de biofilm possédant des caractéristiques associées à la décantabilité différant significativement de celles des cultures en suspension. L’objectif de l’étude consiste donc en la caractérisation de la décantabilité des solides contenus dans l’effluent de réacteurs équipés de cellules flottantes à microbiote fixe. Les cellules, contenant le support inerte BIONESTMD permettant la fixation d’une biomasse, ont été incorporées dans des réacteurs (échelle pilote) alimentés avec de l’eau usée domestique. Le montage expérimental a permis de mesurer l’influence des conditions d’opération des réacteurs sur la décantabilité des matières en suspension produites. Les variables ayant été modifiées sont la température et la charge organique surfacique. Des échantillons prélevés directement en aval des pilotes ont été analysés dans le but de mesurer l’influence de ces paramètres d’opération sur la décantabilité des boues produites. Des mesures de distributions de la taille des particules et de leur vitesse de sédimentation ainsi que des essais permettant de quantifier les matières en suspension décantables ont été réalisés sur chacun des échantillons. Les résultats obtenus permettent de constater que la charge surfacique appliquée (0,4 à 10 gDBO5Cs/m².d) n’a pas d’influence statistiquement significative sur la décantabilité des solides produits. La température d’opération (0,1 à 16°C) des réacteurs, quant à elle, affecte de manière significative la séparabilité des solides produits (degré de confiance de 95%). Il est possible de constater que les réacteurs pilotes opérés à des températures plus basses que 14°C permettent la production de solides auxquels sont associées les meilleures performances de décantation (pourcentage de matières en suspension décantées et concentration en MeS après décantation). En considérant que la vitesse de sédimentation est fonction de la taille des particules, les mesures de distributions de la taille des particules permettent d’expliquer les résultats obtenus. Il est effectivement possible de constater qu’une proportion plus grande de particules dont la taille est supérieure à 100 µm (décantables) est observée à l’effluent des pilotes opérés à des températures allant de 0,1 à 10°C. Les performances de décantation (tendances centrales) ainsi que la proportion des solides dont la taille est supérieure à 100 µm sont diminuées pour les pilotes opérés à des températures supérieures à cette plage.Solid-liquid separation represents a crucial step of biological wastewater treatment processes. It has a large impact on the effluent quality of the facilities. Until now, only few studies were conducted focusing on the separation of solids produced in fixed-film processes. First, the relatively low sludge concentrations do not facilitate bioflocculation making separation less efficient than in activated sludge secondary settlers, where hindered settling occurs. Second, the solids produced in fixed-film biological reactors are mostly sloughed biofilm fragments. The settling potential of that type of particulate matter is quite different from the separation potential of activated sludge. The aim of the present study was to characterize the settleability of solids produced in fixed-film biological reactors. Cells containing BIONEST® inert media allowing the attachment of biomass were incorporated in pilot reactors fed with domestic wastewater. The experimental setup allowed the evaluation of the impact of operating conditions on the settleability of the produced solids. The variables studied were the temperature and organic load. Effluent samples were taken directly downstream the pilot reactors in order to measure the influence of those parameters on the solids’ settling potential. Particle size distributions, settling velocity distributions as well as tests allowing quantification of settleable solids were performed on each sample. The obtained results show that the applied organic load (0,4 to 10 gDBO5Cs/m².d) does not have a statistically significant effect on settleability. The operating temperature (0,1 to 16°C), in contrast, significantly affects solids separability (95% confidence level). The reactors operated at temperatures lower than 14°C allowed the production of solids with the best settling performance (percentage of suspended solids settled and suspended solids concentration after settling). Considering the fact that the settling velocity is a function of particle size, particle size distribution measurements were used to explain the obtained results. Indeed, it can be noted that a larger fraction of large particles (>100 µm) is contained in the effluent of the pilots operated at temperatures between 0,1 and 10°C. The settling performance (central tendencies) as well as the fractions of large particles decreased for pilots operated at temperatures above 10°C