Traitement des eaux usées industrielles à l'aide du système biologique à haut rendement FBR

7 juillet 2021 (Lecture 15 minutes)
Jordi Fabregas

1. introduction : système de traitement biologique des eaux usées par FBR

Le système FBR (bioréacteur à flottation) est un système de traitement biologique des eaux usées qui permet l'élimination continue et compacte des polluants.

Ces systèmes peu encombrants éliminent plus efficacement les composés organiques et autres polluants biodégradables et génèrent moins de boues que les systèmes à boues activées classiques.

Les eaux usées, préalablement traitées par dégrillage et élimination des graisses, sont introduites dans un réacteur biologique d'aération, où les polluants présents dans l'eau sont mis en contact avec des micro-organismes qui les dégradent en présence d'oxygène.

L'oxygène est introduit au moyen de systèmes d'aération tels que les diffuseurs à fines bulles, les diffuseurs à grosses bulles, les systèmes JET, etc. Le contrôle de la concentration en oxygène et de la température dans le réacteur est essentiel pour fournir aux micro-organismes des conditions optimales pour l'élimination des contaminants.

Photo d'un réacteur biologique conçu et installé par SIGMA dans la station de traitement des eaux usées d'une industrie laitière.
Réacteur biologique faisant partie d'un système FBR installé par SIGMA dans une industrie laitière.
 Photo du système de diffusion du réacteur biologique faisant partie du système BRF installé par SIGMA dans l'industrie alimentaire.
Système de diffusion à l'intérieur du réacteur biologique, faisant partie d'un système FBR, installé par SIGMA dans une industrie alimentaire.

Les réactions biologiques qui ont lieu à l'intérieur du réacteur transforment les polluants en dioxyde de carbone, en eau et en croissance cellulaire de la biomasse. Une pompe achemine le mélange de boues et d'eau traitée vers le système de clarification suivant.

Le système de clarification d'une FBR est spécialement conçu pour séparer la biomasse de l'eau traitée. À cette fin, un système de flottation à air dissous est utilisé pour effectuer cette séparation, généralement assistée et optimisée par l'utilisation d'un polyélectrolyte.

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En mettant les boues en contact avec un polyélectrolyte dans une unité de floculation, on favorise la formation de flocs de biomasse, qui seront facilement séparés dans l'unité DAF.

La clarification à l'aide d'un équipement DAF permet d'obtenir une concentration de boues séparées beaucoup plus élevée qu'avec des décanteurs conventionnels, et peut atteindre une teneur en matière sèche allant jusqu'à 5 %.

Photo d'un DAF faisant partie d'un système FBR, fabriqué et installé par SIGMA dans la station de traitement des eaux usées d'une industrie de la viande.
Équipement DAF conçu et installé par SIGMADAF dans le cadre d'un système FBR appliqué au traitement des eaux usées d'une industrie de la viande.

Dans une unité DAF, des microbulles d'un diamètre de 30 à 50 microns sont générées, qui adhèrent aux flocs de biomasse et les font remonter à la surface de l'unité DAF, où elles sont séparées par un système d'écrémage.

Les matières décantables s'écoulent vers le compartiment à sédiments situé au fond de l'unité DAF et sont évacuées par le système d'extraction des boues. Les boues biologiques sont en partie recirculées dans le réacteur biologique et en partie purgées. Comme ces boues sont très concentrées, il est possible d'obtenir des concentrations de biomasse très élevées à l'intérieur du réacteur, ce qui se traduit par des efficacités de dégradation plus élevées de la charge polluante.

Le DAF produit une eau parfaitement clarifiée qui peut être rejetée conformément aux exigences de rejet.

Une partie des boues ne sera pas évacuée, mais recirculée dans le réacteur biologique pour maintenir une concentration stable de biomasse, tandis qu'une autre sera extraite comme purge.

Les systèmes FBR conçus et fabriqués par SIGMADAF permettent d'atteindre efficacement les limites de rejet fixées par les lois en vigueur.

2. les avantages d'un système BRF

  • Débit et qualité continue de l'eau des effluents clarifiés.
  • Fiabilité et stabilité élevées du processus, car le système DAF est résistant aux variations de la qualité des boues.
  • Il s'agit de systèmes compacts et la taille du réacteur est inférieure à celle d'un système conventionnel à boues activées de même capacité, car la concentration de biomasse réalisable à l'intérieur du réacteur est beaucoup plus élevée.
  • Une unité DAF est plus petite qu'un décanteur conventionnel et implique moins de construction et de modification du terrain.
  • Les boues obtenues à partir d'un système DAF contiennent entre 3 et 5 % de matière sèche, ce qui représente une concentration beaucoup plus élevée que celle obtenue dans les décanteurs conventionnels. Le volume des boues est plus faible, ce qui se traduit par des économies en termes de coûts de gestion et de traitement de la déshydratation.
  • Ils ont de nombreuses applications industrielles : abattoirs et boucheries, transformateurs de produits alimentaires, transformateurs de poisson, laiteries, producteurs de jus et de boissons sucrées, confiserie et boulangerie, textiles et teintures, huiles et produits chimiques, produits pharmaceutiques, etc.

3. Exemples de réussite dans le traitement des eaux usées avec des systèmes FBR

Vous trouverez ci-dessous six exemples de réussite où d'excellents résultats ont été obtenus dans le traitement des eaux usées industrielles à l'aide de systèmes FBR.

3.1 Traitement biologique des eaux usées de l'industrie de transformation du malt à l'aide d'un système RBF 

Photo de la station de traitement des eaux usées d'une industrie de transformation du malt, dont la station de traitement des eaux utilise un système FBR.

Année : 2011

Lieu du projet : installations de Cargill à Villaverde, Madrid.

Objectifs : - Respecter les exigences légales en matière de décharge. Possibilité d'adapter l'installation à l'évolution des besoins liés à l'expansion de l'usine de fabrication.

Équipements installés : un système de tamisage et d'homogénéisation ; un réacteur aérobie avec des systèmes d'aération JET et un système de dosage des nutriments ; un système de coagulation-floculation SIGMA PFL avec un système de dosage des polyélectrolytes ; un système de clarification DAF avec un équipement SIGMA DAF FPAC-120 ; un traitement complet des boues avec un réservoir d'épaississement et un décanteur centrifuge ; l'instrumentation, les systèmes de contrôle et l'automatisation de l'ensemble du processus.

Capacité : 1000 m3/jour.

CODDBO5NTKPhosphore total
4000 mg/L2000 mg/L100 mg/L20 mg/L
Caractéristiques de l'eau
Élimination de la DCOSuppression de la DBO5Élimination du TKNÉlimination du phosphore total
> 75%> 75%> 50%> 50%
Performance

Scénario

Cargill est un leader mondial dans la production d'aliments, de produits agricoles et de services, la transformation du malt étant l'une de ses spécialités. L'industrie de la transformation du malt utilise de grandes quantités d'eau pour le lavage et la transformation de ses produits intermédiaires et finaux. Ces eaux se caractérisent par une biodégradabilité élevée, ce qui permet des traitements biologiques très efficaces.

SIGMADAF a conçu et installé une station complète pour le traitement des eaux usées produites par l'usine de transformation du malt de Villaverde, à Madrid. L'installation comprend les processus suivants :

  • Un système biologique aéré pour l'élimination de la charge organique et des nutriments.
  • À la sortie du réacteur biologique, un système de séparation des boues par coagulation-floculation et clarification par flottation DAF est installé.

Cet équipement permet d'obtenir des boues dont la teneur en matières sèches est 3 à 4 fois supérieure à celle d'un système conventionnel de boues activées et de sédimentation.

Après passage de l'effluent dans l'équipement de flottation SIGMA DAF FPAC-120, le résultat est le suivant :

  • Une eau parfaitement clarifiée qui peut être rejetée conformément aux exigences en matière de rejet.
  • Boue partiellement recirculée dans le réacteur biologique pour maintenir une concentration stable de biomasse et partiellement extraite comme purge.

L'ajout de polyélectrolyte au système de clarification génère des flocs de biomasse facilement séparables et fournit une concentration élevée de biomasse dans le réacteur, ce qui permet un rendement plus élevé que celui offert par d'autres systèmes biologiques de biomasse en suspension.

De plus, SIGMADAF conçoit et installe le traitement des boues générées par la déshydratation à l'aide d'un décanteur centrifuge.

Diagramme de processus

Diagramme du processus de traitement de l'eau dans une industrie de transformation du malt utilisant le traitement de l'eau FBR.

3.2. traitement biologique FBR des eaux usées de l'industrie laitière

Photo du réacteur de la station d'épuration des eaux usées de l'entreprise de crème glacée HELADOS ESTIU S.A. située à Ribarroja, Valence.

Année : 2009

Lieu du projet : installations de HELADOS ESTIU S.A. à Ribarroja, Valence.

Objectifs : élimination de la charge organique provenant de la phase de prétraitement en vue du rejet ultérieur de l'effluent dans l'égout.

Équipement installé : bassin d'homogénéisation et d'aération (biologique) ; système d'aération-recirculation AQUAJET pour le bassin de traitement biologique ; système de floculation en ligne SIGMA PFL ; système de flottation à air dissous SIGMA DAF FPAC-PWL ; bassin d'épaississement et de déshydratation des boues par décanteur centrifuge ; équipement de dosage des produits chimiques et des nutriments ; équipement de contrôle et d'automatisation.

Capacité : 1000 m3/jour.

CODDBO5
4500 mg/L2500 mg/L
Charge organique moyenne de l'eau sortant de l'actuelle station de prétraitement
Élimination de la DCOConcentration en matière sèche des boues centrifugées
90%> 50%
Performance du traitement biologique FBR

Scénario

Helados ESTIU S.A. est un producteur de crème glacée. Ses eaux usées contiennent une charge massique très élevée. Les installations disposent déjà d'un prétraitement, mais le client souhaite ajouter un traitement biologique pour éliminer la charge organique et respecter les limites de rejet dans le collecteur général.

SIGMA a conçu et installé un procédé FBR, qui comprend un réacteur d'aération dans lequel la matière organique est transformée en flocs microbiens par adsorption et agglomération, et un équipement DAF pour séparer la biomasse par floculation et clarification secondaire. Cet équipement spécial permet d'obtenir des boues dont la teneur en matières sèches est 3 ou 4 fois supérieure à celle de n'importe quel système conventionnel.

Le système de flottation FPAC-PWL de SIGMA DAF est un système modulaire, facile à étendre et hautement adaptable aux différentes concentrations de biomasse.

SIGMA a également installé un processus complet de traitement des boues : épaississement et déshydratation dans un décanteur centrifuge.

Diagramme de processus

Diagramme du procédé de traitement biologique des eaux usées par FBR avec un DAF dans une industrie laitière pour la production de crème glacée.

3.3. traitement biologique par surgénérateur des eaux usées de l'industrie alimentaire

Photo de l'usine de traitement des eaux usées de l'industrie alimentaire où le traitement biologique FBR de SIGMA est appliqué.

Année : 2010

Lieu du projet : installations de Tostaderos Sol de Alba S.A.

Objectifs : Installation d'un traitement biologique et d'une clarification en aval du prétraitement existant, afin de respecter les limites de rejet.

Équipements installés : réservoir d'homogénéisation et d'aération (biologique) ; système d'aération-recirculation MTJET pour le réservoir de traitement biologique ; système de flottation SIGMA DAF FPAC-PWL-35 ; équipement de dosage des nutriments et des polyélectrolytes ; équipement de contrôle et d'automatisation.

Capacité : 430 m3/jour.

CODDBO5Azote total
4000 mg/L1000 mg/L60 mg/L
Caractéristiques des effluents de prétraitement
Élimination de la DCOSuppression de la DBO5Élimination de l'azote total
> 60%> 88%> 56%
Performance du traitement biologique FBR

Scénario

Dans les installations de Tostaderos Sol de Alba S.A., où se déroule la production de maïs frit, il existe un prétraitement des eaux usées qui n'est pas suffisant pour répondre aux exigences de rejet. Un traitement biologique de type FBR a été conçu et installé, alimenté par les effluents de ce prétraitement.

3.4. traitement complet RANC + FBR des eaux usées de l'industrie alimentaire

Traitement complet RANC + FBR des eaux usées de l'industrie agroalimentaire pour répondre aux exigences de rejet.

Année : 2016

Lieu du projet : usine Congelados de Navarra à Fustiñana, Navarre.

Objectifs : Installation d'un système complet de traitement des eaux usées provenant des unités de transformation des légumes afin de se conformer aux exigences en matière de rejets.

Traitement flexible qui s'adapte à la grande variabilité et à la saisonnalité des eaux usées, tant en termes de débit que de charge organique.

Équipements installés : systèmes de pompage, de criblage et de séparation du sable des eaux usées ; cuve d'homogénéisation ; réacteur anaérobie SIGMA RANC ; filtre à gaz ; clarificateur SIGMA BIODAF-FPBC-PWF ; réacteur aérobie pour boues activées ; clarificateur final SIGMA BIODAF 200-TWIN ; systèmes de floculation SIGMA PFL ; système de traitement des boues par déshydratation avec décanteur centrifuge. Systèmes de contrôle et d'automatisation.

Capacité : 1300 m3/jour.

CODDBO5SSTN-NTK
15000 mg/L8000 mg/L2000 mg/L175 mg/L
Caractéristiques de conception des eaux usées
Élimination de la DCOÉlimination de la TVSElimination de la N-NTK
> 96%> 97%> 91%
Performance du traitement

Scénario

Congelados de Navarra S.A. est une entreprise spécialisée dans le traitement des légumes en vue de leur congélation ultérieure. Les eaux usées ont une forte teneur en composés organiques biodégradables. Une station d'épuration biologique complète a donc été conçue et installée pour respecter les limites de rejet.

Deux procédés biologiques sont installés en série : une digestion anaérobie avec un réacteur SIGMA RANC et un traitement aérobie SIGMA FBR. L'installation comprend également une ligne de filtration des gaz et un traitement complet des boues. Compte tenu de la nature saisonnière de la production de légumes, l'installation est robuste mais flexible et peut s'adapter aux changements de production, tant au niveau du débit que de la nature de l'eau (traitement d'une grande variété de légumes : chou-fleur, brocoli, riz, pomme de terre, petits pois, carottes, etc.)

Le processus de digestion anaérobie RANC consiste en un réacteur de contact à flux ascendant, où l'élimination des composés organiques est effectuée dans des conditions anaérobies, transformant la DCO et la DBO5 principalement en biogaz et générant très peu de boues. Les boues anaérobies sont séparées par clarification par flottation dans un système SIGMA BIODAF-FPBC-PWF. Le biogaz généré est traité dans un filtre pour éliminer le sulfure d'hydrogène.

Le procédé FBR (bioréacteur de flottation) consiste en un réacteur d'aération où le traitement biologique est effectué en présence d'oxygène. Ce processus biologique transforme la matière organique qui n'a pas été éliminée dans le réacteur anaérobie en flocs microbiens par adsorption et agglomération. Ces flocs de biomasse sont séparés par coagulation, floculation et clarification secondaire par flottation DAF dans un équipement SIGMA BIODAF 200-TWIN.

Les systèmes de clarification par flottation de la gamme SIGMA BIODAF sont des systèmes spéciaux qui sont plus fiables dans le cas de boues spongieuses avec une faible vitesse de sédimentation.

Les boues générées par les deux processus de clarification sont traitées conjointement par déshydratation dans une centrifugeuse à décantation.

3.5. installation d'un clarificateur DAF SIGMA dans le cadre d'un procédé RBF pour le traitement des eaux usées de l'industrie de la viande.

Photo d'un système de clarification DAF modèle FPAC 160/200 faisant partie d'un procédé FBR dans le traitement des eaux usées d'une industrie de la viande.

Année : 2019

Lieu du projet : Cárnicas Medina à Valence.

Objectifs : Installation d'un système de clarification secondaire en aval du traitement biologique existant.

Équipement installé : système de coagulation-floculation en ligne SIGMA PFL-180, système DAF FPAC160/200.

Capacité : 200 m3/jour

SSTHuiles et graisses
4500 mg/L500 mg/L
Caractéristiques de conception des eaux usées
Élimination de la TVSÉlimination des huiles et des graisses
90%90%
Performance de clarification

Scénario

Cárnicas Medina est une entreprise leader dans le secteur de la viande. Ses installations à Valence disposent d'une station d'épuration des eaux usées utilisant un traitement biologique et nécessitant l'installation d'un équipement de clarification secondaire.

Le procédé FBR ("bioréacteur de flottation") consiste en un réacteur biologique, déjà présent dans l'usine, dans lequel l'élimination de la matière organique est effectuée, suivie d'un processus combiné de coagulation-floculation et d'une clarification.

La coagulation-floculation est réalisée dans un équipement SIGMA PFL-180, dans lequel un coagulant est incorporé pour agglomérer la biomasse générée dans le réacteur biologique, et un floculant (polyélectrolyte) pour former des flocs plus importants avec ces agglomérats de biomasse.

La clarification au moyen d'un système DAF permet de séparer les flocs formés.

Les systèmes DAF sont utilisés pour séparer les huiles, les graisses, les solides et les flocs qui n'ont pas une flottabilité suffisante pour flotter. Ils offrent également d'excellents résultats lorsqu'un mélange de graisses, d'huiles et de solides émulsifiés affecte la gravité des contaminants.

La taille des bulles d'air se situe entre 30 et 50 microns, ce qui leur permet d'adhérer facilement aux particules de même taille ou plus grandes.

Nos systèmes DAF sont flexibles, très fiables et robustes, ce qui leur permet de s'adapter facilement aux fluctuations de la production d'eaux usées et du fonctionnement de l'usine.

Diagramme de processus

Diagramme d'un processus de traitement des eaux usées dans une industrie de la viande, où un DAF fait partie d'un système FBR pour le traitement de l'eau.

3.6. traitement complet des eaux usées de l'industrie de la viande à l'aide d'un système biologique SIGMA FBR.

Système SIGMA BIODAF FPAC 50 pour le traitement complet des eaux usées de l'industrie de la viande à l'aide d'un système biologique FBR.

Année: 2018

Lieu du projet : Abattoir de viande de l'entreprise de viande Vall d'en Bas, à Sant Privat d'en Bas, Girona.

Objectifs : conformité avec les réglementations actuelles en matière de rejets et adaptation aux éventuelles modifications futures de l'abattoir.

Équipements installés : dégrilleur SIGMA ACAF-025, séparateur de solides, d'huiles et de graisses, réacteur anoxique-aérobie avec diffuseurs, système de floculation en ligne SIGMA PFL-020, clarificateur de flottation secondaire SIGMA BIODAF FPAC 50, épaississeur et décanteur centrifuge pour le traitement des boues, systèmes complets de contrôle et de manœuvre.

Capacité: 150 m3/jour

CODNTKNH4+SSTHuiles et graisses
6000 mg/L500 mg/L175 mg/L2000 mg/L500 mg/L
Caractéristiques des eaux usées
CODNTKNH4+SSTHuiles et graisses
> 75%> 82%> 65%> 85%> 96%
Rendement de l'élimination

Scénario

Cárniques Vall d'en Bas est une entreprise de premier plan dans le secteur de la viande. Son abattoir de bovins nécessite un traitement complet des eaux usées. L'objectif principal est de respecter les limites de rejet des eaux traitées.

Un prétraitement est installé, composé d'un système de tamisage, suivi d'un décanteur primaire utilisant la flottation par cavitation à air induite SIGMA ACAF-25. Ce prétraitement permet d'éliminer les solides les plus gros, les huiles et les graisses.

Le traitement secondaire est effectué dans un système biologique FBR, qui consiste en un réacteur à boues activées anoxique-aérobie à aération prolongée. Ce processus biologique élimine la matière organique au moyen de réactions biologiques avec la biomasse. Au cours de ce processus, des flocs microbiens sont générés par adsorption et agglomération. Ces flocs de biomasse sont ensuite séparés par coagulation, floculation et clarification secondaire par flottation DAF.

La coagulation-floculation est effectuée dans un équipement SIGMA PFL-020, auquel on ajoute un coagulant pour agglomérer la biomasse générée et un floculant (polyélectrolyte) pour agglomérer ces agglomérats de biomasse en flocs plus importants.

La clarification secondaire par flottation à l'air dissous permet la séparation des flocs formés au moyen de microbulles d'air dissous. Ce procédé est réalisé dans un SIGMA BIODAF FPAC-50.

Les équipements de clarification par flottation de la gamme SIGMA BIODAF sont des équipements spécialisés qui offrent une plus grande fiabilité contre les boues spongieuses à faible vitesse de sédimentation, telles que celles typiquement générées dans le traitement des eaux usées industrielles.

Les boues générées dans les deux clarifications sont traitées conjointement par épaississement et déshydratation dans un équipement de type décanteur centrifuge. On obtient des boues déshydratées avec une teneur en matière sèche de 20 %.

Diagramme de processus

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