[Photo : Figure 1 – Principe du MBBR : a. réacteur aérobie ; b. réacteur anoxique et anaérobie]
Les villes du monde entier recherchent de plus en plus souvent des procédés de traitement des eaux usées qui soient compacts, efficaces et faciles à exploiter. Les procédés de boues activées traditionnels ont besoin d'une grande surface au sol. Aussi, les procédés à cultures fixées ont été développés pour mieux répondre à cette nouvelle demande du marché. C’est une des raisons pour laquelle le MBBR a été développé. Chaque procédé a ses caractéristiques propres et répond à des exigences particulières. Les lits bactériens par exemple ont besoin d’une surface au sol importante.
Dans ce contexte, le Professeur norvégien Hallvard Odegaard a inventé à la fin des années 80 un nouveau type de culture fixée, le MBBR pour Moving Bed Biofilm Reactor dont la Société norvégienne Kaldnes Miljoteknologi AS a déposé les brevets.
Avant de rejoindre Veolia Water Solutions & Technologies en 2007, AnoxKaldnes™ a appartenu à différentes compagnies dont Norsk, Anglian Water.
En France, dans le domaine municipal, Veolia Water Solutions & Technologies à travers ses filiales commercialise désormais seule la technologie d’AnoxKaldnes™. Le MBBR AnoxKaldnes™ connaît un véritable succès et compte plus de 500 réfé-
[Photo : Figure 2 : Le MBBR (a) et ses principaux supports (b).]
[Photo : K1 – 500 m²/m³ de solution]
[Photo : K3 – 900 m²/m³ de solution]
[Photo : Biofilm Chip M – 1 200 m²/m³ de solution]
références en fonctionnement ou en cours de construction dans plus de 50 pays aussi bien dans le domaine industriel que municipal.
Description du MBBR
À la différence de la majorité des réacteurs à culture fixée, le MBBR AnoxKaldnes™ utilise la totalité du volume de ses bassins pour le développement de sa biomasse. Grâce aux matériaux brevetés servant de support au développement des bactéries, et mis en libre mouvement dans le réacteur, il n'y a pas besoin d'une recirculation de boues. La biomasse se développe sur ces supports qui sont maintenus dans le réacteur par un équipement spécifique.
La biomasse étant fixée sur des supports en mouvement, elle reste en grande partie dans les bassins biologiques, diminuant ainsi la charge reçue par le clarificateur. Cette configuration représente un avantage considérable par rapport aux procédés de boues activées classiques.
Le réacteur peut être utilisé aussi bien pour des procédés aérobies, que des procédés anoxiques, ou bien anaérobies — voir figure 1.
[Photo : a. Conception typique d'un MBBR aérobie avec des tamis montés horizontalement.]
La quantité de biomasse active dans le réacteur MBBR est directement liée à la surface spécifique du matériau mis en place. Cette dernière est définie comme étant la quantité de surface protégée par m² de matériaux.
Avec une surface de 500 m²/m³, le K1 fut le premier support développé et breveté par AnoxKaldnes™. Il est toujours en usage. D’autres supports ont ensuite été inventés et brevetés, dont récemment le « Biofilm Chip » d’une surface spécifique de 1 200 m²/m³ (voir figure 1c et figure 2). Dans les procédés aérobies, le mouvement du support du média est dû à l’agitation créée par l’air (figure 1a), tandis que dans les procédés anoxiques et anaérobiques un agitateur (figure 1b) le maintient en mouvement. Pour les réacteurs aérobies, un système d’aération spécial, produisant des bulles de tailles moyennes, a été développé. L’efficacité du transfert d’oxygène est dans tous les cas importante en raison de la couche formée par les supports que l’air doit traverser.
Les matériaux en mouvement sont maintenus dans le réacteur grâce à une grille située à la sortie de celui-ci. La grille peut être installée verticalement, avec des mailles de formes rectangulaires, ou se présenter sous la forme de barres cylindriques, verticales ou horizontales (voir figure 3).
Un avantage majeur du MBBR AnoxKaldnes™ demeure dans la souplesse du choix du taux de remplissage du réacteur. Ce choix dépendra de l’objectif à atteindre. En fonction du type de matériaux mis en œuvre, le remplissage maximum variera de 55 % (Biofilm Chip™) à 67 % (K1, K3).
En pratique, le taux de remplissage a été calculé afin d’obtenir un brassage homogène du média à l’intérieur du réacteur, tout en minimisant l’énergie.
Par ailleurs, un savoir-faire particulier a été développé par AnoxKaldnes™ pour optimiser le taux de remplissage lors de la réhabilitation d’installations existantes de traitement par boues activées classiques.
[Photo : Figure 3 : Exemples de réacteurs MBBR.]
[Photo : b. MBBR anoxique avec agitateur et grille rectangulaire.]
[Photo : c. Réacteur MBBR aérobie avec plusieurs grilles extérieures.]
Applications du procédé MBBR AnoxKaldnes™
Le procédé MBBR AnoxKaldnes™ peut être utilisé seul, faire partie d’une filière de traitement, ou bien être combiné à une boue activée. Commercialement, les filières dans lesquelles peut s’intégrer un MBBR sont :
- MBBR – réacteur isolé dans une filière de traitement classique
Réhabilitation d’une installation existante soit en raison de l’accroissement des charges à traiter, soit s’il est nécessaire de compléter la filière de traitement tout en conservant les ouvrages existants.
Le matériau est placé dans une partie de la filière qui est modifiée afin d’accueillir la grille et les aérateurs. La figure 4j montre un exemple de la solution HYBAS pour une application d’abattement de la matière organique et azotée.
[Photo : Figure 4 : Les différentes applications du MBBR pour le traitement des eaux usées.]
- - Le BAS – le MBBR est placé en amont d’une boue activée
- - LHYBAS – solution mixte ou aussi appelée Integrated Fixed Film Activated Sludge (IFAS), dans ce procédé les supports sont directement ajoutés dans le réacteur de boues activées
Le MBBR AnoxKaldnes™ est utilisé pour de nombreuses applications. La figure 4 illustre les étapes de traitements les plus répandues. Les étapes de séparation eau épurée/matières en suspension situées en aval sont représentées sous la forme de bassins de décantation classiques mais d’autres procédés peuvent s’appliquer tels que la flottation avec Spidflow®, la décantation avec Actiflo® et Multiflo®, ou les filtres disques d’Hydrotech™.
Le procédé MBBR basé sur la mise en place d’un biofilm sur les supports peut être utilisé pour l’élimination de la pollution carbonée seule (figures 4a, 4b, 4d) ou couplé avec l’élimination de la pollution azotée (figures 4g, 4h). De façon classique, l’élimination du phosphore peut être réalisée par précipitation chimique (amont, aval) ou combinée à une élimination biologique du phosphore.
L’abattement des nitrates dans une filière MBBR pur peut être réalisé en pré-dénitrification (figure 4g) ou en post-dénitrification (figure 4i) ou plus généralement dans une filière de traitement des eaux municipales par combinaison de pré et post-dénitrification (figure 4h).
Le procédé BAS
Le procédé BAS (figure 4c) représente une alternative intéressante au MBBR pur. Il a été spécialement conçu pour des applications où la charge organique en entrée de traitement est importante, et pour la réhabilitation d’une usine de boues activées en vue de répondre à de nouvelles exigences en termes de capacité à traiter et de niveau de qualité.
Le procédé BAS possède un certain nombre d’avantages non négligeables comparé aux procédés de boues activées conventionnels. Plus compact, il est plus robuste et plus souple à exploiter. Il permet de réduire sérieusement les risques de présence de bactéries filamenteuses.
Le procédé HYBAS
Dans Hybas, les supports sont directement intégrés dans les bassins de boues activées. Cette solution est particulièrement bienvenue dans le cadre de la réhabilitation d’une installation existante. Cet arrangement confère à Hybas™ un avantage économique non négligeable.
Conclusion
Depuis son introduction il y a plus de 20 ans, le MBBR AnoxKaldnes™ a trouvé sa place sur le marché des technologies de traitement des eaux usées.
Par ses qualités et ses performances, il complète ainsi la gamme des technologies disponibles au catalogue de VWS et permet de mieux répondre aux demandes des clients.
L’association dans une filière de traitement du MBBR AnoxKaldnes™ avec les autres technologies développées par Veolia, telles qu’Actiflo®, Multiflo®, Spidflow® et Hydrotech™ permet de proposer une solution compacte, efficace et robuste.
[Photo : Figure 5 : Emprise au sol de différentes filières.]
