Qu’est-ce qu’un média de filtration biofilm pour le traitement des eaux usées ?
Traitement des eaux uséesLa technologie des biofilms est l'un des maillons importants dans le domaine de la protection environnementale moderne. En tant que méthode de traitement efficace et respectueuse de l'environnement, elle joue un rôle irremplaçable dans l'épuration des eaux usées. Les supports de filtration des biofilms sont le composant central de cette technologie, fournissant un support essentiel pour la croissance du biofilm et le traitement des eaux usées. Alors, qu'est-ce que le support de filtration des biofilms pour le traitement des eaux usées ? Quel rôle spécifique joue le biofilm dans le traitement des eaux usées ? Cet article traitera en profondeur des perspectives des concepts, des principes et des utilisations.
Qu’est-ce qu’un média de filtration biofilm pour le traitement des eaux usées ?
Les supports de filtration biologique pour le traitement des eaux usées sont des matériaux utilisés pour favoriser la formation et le maintien de biofilms. Leur fonction est de fournir un support physique idéal pour la croissance des micro-organismes. Les biofilms sont essentiellement une communauté de micro-organismes attachés à une surface solide. Ils peuvent utiliser la matière organique des eaux usées comme nutriments et décomposer ou convertir les polluants en substances inoffensives par le biais de processus métaboliques.
Propriétés physiques des milieux
Les supports filtrants à biofilm sont généralement constitués de plastique, de céramique ou d’autres matériaux polymères, qui présentent les caractéristiques suivantes :
● Surface spécifique élevée : offre un espace de surface suffisant pour que les micro-organismes puissent se fixer et se développer.
● Bonne perméabilité à l’eau : garantit que les eaux usées peuvent s’écouler uniformément à travers la surface du support, optimisant ainsi l’efficacité de la décomposition des polluants.
● Résistance à la corrosion et stabilité : Pas facile à dégrader en cas de contact prolongé avec les eaux usées et les métabolites microbiens.
● Structure légère : facile à installer et à entretenir, et adaptée à une variété de systèmes de traitement des eaux usées.
Quels sont les types courants de supports filtrants à biofilm ?
Selon l'utilisation et la forme, les supports filtrants à biofilm peuvent être divisés en plusieurs types :
● Supports fixes : tels que les céramiques en nid d'abeille, les plaques en plastique et les structures en maille. Ce type de support est fixé dans l'équipement de traitement et convient aux procédés tels que les tours à garnissage et les filtres à ruissellement.
● Supports à lit fluidisé : tels que les plastiques sphériques, granulaires ou en flocons. Ce type de support peut se déplacer avec le flux d'eau et convient aux systèmes de traitement à haut rendement tels que les réacteurs à lit fluidisé.
● Milieux en suspension : tels que des particules de plastique légères ou des fibres creuses spécialement conçues, adaptés à l'amélioration ou au traitement complémentaire des systèmes de boues activées.
Fonctions des milieux de biofilm
Le support de filtration du biofilm offre non seulement un espace de fixation aux micro-organismes, mais favorise également le bon déroulement du processus de traitement des eaux usées en optimisant le trajet d'écoulement de l'eau et en augmentant l'apport d'oxygène. La conception et la sélection du support affectent directement l'épaisseur, la densité et la diversité du biofilm et de la population microbienne.
Quel est le rôle du biofilm dans le traitement des eaux usées ?
Le rôle principal du biofilm dans le traitement des eaux usées est de dégrader les polluants, notamment la matière organique, l'azote, le phosphore et certaines substances difficiles à dégrader par le métabolisme microbien. En tant que micro-écosystème, il remplit les fonctions clés suivantes dans le processus de purification des eaux usées :
Élimination des polluants organiques
Les micro-organismes hétérotrophes du biofilm peuvent décomposer la matière organique (comme les glucides, les protéines et les graisses) des eaux usées et la convertir en dioxyde de carbone (CO₂), en eau (H₂O) et en d'autres substances inorganiques. Ce processus réduit non seulement la demande chimique en oxygène (DCO) des eaux usées, mais aussi de manière significative la demande biochimique en oxygène (DBO).
● Mécanisme de décomposition : les micro-organismes décomposent la matière organique macromoléculaire complexe en petits composés moléculaires en sécrétant des enzymes, puis les oxydent complètement par des voies métaboliques.
● Efficacité d'élimination : En raison de la surface spécifique élevée et de la densité microbienne élevée du milieu, la technologie du biofilm peut généralement atteindre un taux d'élimination des polluants organiques de plus de 80 %.
Élimination de l'azote (nitrification et dénitrification)
La technologie des biofilms présente également des avantages considérables dans le traitement des eaux usées contenant de l'azote. Au cours des deux étapes de nitrification et de dénitrification, l'azote ammoniacal (NH₄⁺) des eaux usées est finalement transformé en azote gazeux (N₂) et rejeté dans l'atmosphère.
● Nitrification : Dans des conditions aérobies, l'azote ammoniacal est oxydé en nitrate (NO₃⁻) par des bactéries nitrifiantes (telles que Nitrosomonas et Nitrosomonas).
● Dénitrification : dans des conditions anaérobies, les bactéries dénitrifiantes réduisent le nitrate en azote gazeux.
● Co-traitement : La structure en couches du biofilm (la couche externe est la zone aérobie et la couche interne est la zone anaérobie) peut réaliser la nitrification et la dénitrification en même temps, améliorant considérablement l'efficacité de la dénitrification.
Élimination du phosphore
Dans certainssystèmes de traitement des eaux uséesLes micro-organismes (notamment les bactéries polyphosphatées) présents dans les biofilms peuvent réduire la teneur en phosphore des eaux usées en absorbant et en stockant les phosphates contenus dans les eaux usées. Cette technologie d'élimination biologique du phosphore est généralement utilisée en combinaison avec la précipitation chimique pour obtenir de meilleurs résultats.
Élimination des substances réfractaires
Les diverses communautés microbiennes des systèmes de biofilms peuvent dégrader certaines matières organiques réfractaires, telles que le benzène, les composés phénoliques et les hydrocarbures aromatiques polycycliques, par un métabolisme synergique. Ces micro-organismes peuvent sécréter des enzymes et des oxydants spéciaux dans des conditions spécifiques pour décomposer efficacement les polluants tenaces dans les eaux usées.
Quels sont les scénarios d’application des supports filtrants à biofilm ?
En raison de sa capacité efficace d'élimination des polluants et de son faible coût d'exploitation, les supports filtrants à biofilm sont largement utilisés dans divers scénarios de traitement des eaux usées, y compris, mais sans s'y limiter, les domaines suivants :
Traitement des eaux usées urbaines
Les milieux de biofilm sont souvent utilisés dans les filtres à ruissellement, les cuves d'oxydation par contact et d'autres procédés dans les stations d'épuration urbaines pour aider à éliminer la matière organique et les polluants azotés et phosphorés des eaux usées. De telles installations nécessitent généralement que les milieux fournissent un environnement de fixation microbienne stable pour répondre aux besoins de traitement à forte charge.
Traitement des eaux usées industrielles
Les eaux usées industrielles peuvent contenir une grande quantité de matières organiques et de substances réfractaires. Les supports de filtration à biofilm peuvent améliorer l'efficacité du traitement en augmentant la diversité et la concentration des populations microbiennes. Par exemple, dans le traitement des eaux usées des industries pharmaceutiques, agroalimentaires et chimiques, les supports à biofilm sont souvent utilisés comme principale méthode de traitement.
Eaux usées de l'aquaculture
En aquaculture, les biofilms sont utilisés pour éliminer l'excès d'azote ammoniacal et de matière organique dans le plan d'eau, maintenir l'eau propre et l'environnement aquacole stable. Les biofilms à lit fluidisé sont souvent utilisés dans les systèmes de purification des eaux usées des grandes exploitations en raison de leur grande capacité de traitement.
Traitement des eaux usées domestiques rurales
Dans les zones rurales, la technologie du biofilm est devenue un moyen important de traiter les eaux usées domestiques en raison de son équipement simple et de sa maintenance facile. Le système de traitement écologique des eaux usées utilisant un support de biofilm peut éliminer efficacement les polluants tout en étant à la fois économique et respectueux de l'environnement.
Entretien et précautions des supports de filtration biofilm
Les supports de filtration à biomembrane doivent être raisonnablement entretenus en fonctionnement réel pour garantir leur fonctionnement efficace et à long terme. Voici quelques considérations clés :
● Nettoyage régulier : Étant donné que les matières en suspension dans les eaux usées peuvent adhérer à la surface du milieu, affectant le bon écoulement de l'eau et la croissance du biofilm, le milieu doit être nettoyé régulièrement pour éviter tout blocage.
● Contrôler la qualité de l’eau entrante : De fortes concentrations de substances toxiques ou de grandes matières en suspension peuvent affecter la stabilité du biofilm, et une unité de prétraitement doit être installée à l’extrémité d’entrée.
● Maintenir un débit d’eau approprié : Un débit d’eau trop élevé ou trop faible affectera la formation et l’efficacité métabolique du biofilm, les paramètres de débit d’eau doivent donc être ajustés à l’aide d’équipements.