Bioréacteur à membranes immergées pour le traitement d'eaux usées domestiques : influence des conditions de filtration et de l'hydrodynamique sur les performances du procédé

Submerged membrane bioreactor for wastewater treatment. Influence of filtration conditions and hydrodynamic on process performances

• Auteur / Autrice : Romuald Van Kaam
• Direction : Claire Albasi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Rhéologie

Eaux usées

Bioréacteurs

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire est focalisé sur la compréhension de l'action des paramètres de filtration (temps de filtration, de non filtration, de rétrolavage, mode et débit d'aération) dans un BAMI pour le traitement d'eaux usées domestiques. La partie expérimentale a été conduite en deux temps. Tout d'abord sur effluent synthétique pour tester différentes conditions opératoires de filtration dans des conditions biologiques maîtrisées puis sur effluent domestique afin de valider les expériences précédentes. Les résultats de ces expérimentations ont mis en évidence que : - Le temps de non filtration pouvait être optimisé à partir de valeurs seuil de la perméabilité de la membrane et de la résistance spécifique de la liqueur mixte. - l'antagonisme dans le rôle de l'aération. D'une part un train de grosses bulles vient classiquement limiter l'apport de matière à la membrane (décolmatage) et d'autre part cette aération induit un cisaillement déstructurant les flocs (colmatage). Une caractérisation hydrodynamique et rhéologique du système a montré le caractère viscoplastique de la boue de BAMI et la pertinence de l'aération syncopé lors de la filtration d'un tel fluide. - L'ensemble des expériences menées sur l'effluent réel a confirmé d'une part les conditions opératoires choisies, d'autre part les caractéristiques de la boue sous contrainte de cisaillement. - L'analyse technico-économique, qui tient compte du " remplacement " des membranes pour lavage montre que l'on a mis en évidence des plages de paramètres opératoires conduisant à un fonctionnement rentable du procédé de traitement d'eau résiduaire urbaine.

The aim of this work is the study of a waste water treatment operation using a submerged membrane bioreactor. The study was focused on the influence of operating parameter (filtration time, non filtration time, backflushing, aeration mode and aeration flow rate) in the prevention of membrane fouling. The first part of the study was made with synthetic effluent in order to test several filtration operating conditions in a well known biological environment. The second part consisted in the test of the system with municipal wastewater in order to validate the previous experiments. The main results are that : - Non filtration time can be optimized according to threshold value for membrane permeability and mixed liquor specific resistance. - Aeration has an opposite influence. On one hand, coarse bubbles are useful to prevent membrane fouling but on the other hand aeration can disturb sludge flocculation. Rheological and hydrodynamic analyses points out the viscoplasticity of the mixed liquor, which increases the interest in injecting coarse bubbles in an intermittent way. - Experiments realized with domestic effluent confirm on one hand the operating parameter choice and on the other hand sludge rheological characteristics. - Energetic analysis have pointed out that the operating parameters fixed in this study leads to an economically viable process for domestic wastewater.