Action d'un traitement ultrasonore basse fréquence sur la qualité et la production de boues activées

Action of a low frequency ultrasonic treatment on quality and activated sludge production

• Auteur / Autrice : Stéphane Vaxelaire
• Direction : Evelyne Gonze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Stations de traitement

Ultrasons -- Applications industrielles

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Résumé

La réduction de la production de boues en excès d'une station d'épuration est un des enjeux majeurs du 21ème siècle; le coût de leur traitement pouvant atteindre 60 % du coût d'exploitation d'une station d'épuration. Les ultrasons basse fréquence, par leur action mécanique sur les flocs, sont une voie de traitement potentielle pour diminuer ce flux. Les essais de traitement aux ultrasons sont réalisés sur un pilote de laboratoire composé de 2 micro-stations d'épuration à boues activées (faible charge) fonctionnant en parallèle. Le traitement ultrasonore basse fréquence (sonotrode 20 kHz SODEVA) est intégré au circuit de recyclage des boues d'une des 2 stations et permet de traiter une fraction du débit de recyclage des boues. Les essais de traitement réalisés sur le pilote ont permis de réduire la production de boues de 30 %. Parallèlement, la minéralisation de la boue sur la ligne recevant le traitement est accrue; la fraction de matière volatile est réduite de 75 % à 60 %. De plus, aucune dégradation de la qualité du surnageant n'est observée. La matière organique ainsi crée, a donc été oxydée dans le pilote. Par ailleurs une réduction du diamètre des flocs est observée ainsi que la solubilisation d'une partie des composés emprisonnés dans les flocs. Plusieurs hypothèses sur les effets du traitement ont été émises - Le traitement solubilise une partie de la matière organique - Le traitement modifie les caractéristiques physiques de la boue. La modélisation a ensuite permis de vérifier les hypothèses et d'établir que la seconde hypothèse est plus réaliste, contrairement à la première qui ne peut expliquer à elle seule la réduction de production de boues. Cependant un certain nombre d'autres hypothèses sur l'effet du traitement ultrasonore ne peuvent actuellement être écartées. Il est donc nécessaire de poursuivre l'étude. De plus, les résultats prometteurs permettent d'envisager des essais à une échelle semi-industrielle afin d'optimiser le système

Reduction of excess sludge production is one of the major stakes of the 21st century; excess sludge treatment accounting up to 60 % of total cost of wastewater treatment. Low frequencies ultrasounds, by there mechanical actions on flocs, are a potential way of treatment for reduces this sludge flow. The treatment tests have been performed on a lab-scale pilot made of two parallel activated sludge systems. Low frequencies ultrasonic treatment (20 kHz sonotrode, SODEVA) is placed at level of the recycling of sludge of one of the two activated sludge systems and it is possible to treat only a fraction of recycling flow. Treatment tests realized on lab-scale pilot allowed reducing sludge production of 30 %, with an increase of sludge mineralization on the treated line; the fraction of volatile solids is reduce from 75 % to 60 %. Moreover no degradation of the quality of effluent is observed. The organic matter created, have been oxidized in the pilot. In addition a decrease of flocs' diameter is observed, just as it make soluble a parts of compounds captive in flocs. Many hypotheses can be done on the effects of ultrasonic treatment -The treatment make soluble a parts of organic matter, as consequence to recycling a parts of sludge into substrates, the conversion yield of substrates into sludge isn't of 100 %, so there is a reduction of sludge production -The treatment change the physicals characteristics of sludge by a mechanical effect : flocs size is reduce, so exchange surface is increased and sludge activity supported. Now modelling allows checking hypotheses and establishes that the second hypothesis is more realistic, unlike to the first, which cannot only explain sludge production reduction. However many other hypotheses on the ultrasonic treatment effects cannot currently be isolated. So it is necessary to continue study. Moreover, the promising results make it possible to plan tests on a semi-industrial scale pilot in order to optimise the system