1. Principe de dégradation de la DCO
La DCO fait référence à la quantité totale de matière organique oxydable et de substances inorganiques réductibles dans l'eau. Le cœur de la dégradation consiste à décomposer la matière organique en petites molécules inoffensives, qui peuvent être classées en deux types.
1. Dégradation biochimique : les micro-organismes aérobies (tels que les bactéries floculantes dans les boues activées) métabolisent la matière organique, la décomposant en CO₂ et H₂O tout en synthétisant leurs propres cellules ; les micro-organismes anaérobies décomposent la matière organique macromoléculaire en méthane, CO₂ et d'autres substances dans des conditions sans oxygène. Cela s'applique à la DCO facilement dégradable (par exemple, les glucides et les protéines présents dans les eaux usées domestiques).
2. Dégradation physique et chimique : Pour la DCO réfractaire (comme les hydrocarbures aromatiques et les composés hétérocycliques dans les eaux usées industrielles), une oxydation avancée (Fenton, oxydation par l'ozone) est utilisée pour rompre les liaisons chimiques de la matière organique, ou l'adsorption (charbon actif) est utilisée pour séparer directement les polluants, réduisant ainsi la valeur de la DCO dans les plans d'eau.
La composition de la demande chimique en oxygène (DCO) se compose principalement de () dans les plans d'eau
A. Toute matière organique
B. Matière organique oxydable par des oxydants forts + matière inorganique partiellement réductible
C. Toutes les substances inorganiques
D. Dégradation des matières organiques récalcitrantes II. Principes de dégradation de l’azote ammoniacal
La dégradation de l'azote ammoniacal (NH₃-N) implique principalement la transformation d'éléments azotés, les voies biochimiques étant la méthode dominante, tandis que des approches physico-chimiques sont parfois utilisées dans des cas spécifiques.
Nitrification-dénitrification biochimique
Nitrification : dans des conditions aérobies avec un pH (7,5-8,5) et une température (15-30°C) appropriés, les bactéries nitrifiantes autotrophes (bactéries oxydant les nitrites + bactéries oxydant les nitrates) convertissent d'abord le NH₃-N en azote nitrite (NO₂⁻-N), puis le transforment davantage en azote nitrate (NO₃⁻-N).
Réaction de dénitrification : Les bactéries dénitrifiantes hétérotrophes, dans des conditions anoxiques, utilisent l'azote nitrate comme accepteur d'électrons, le réduisant en N₂, qui est libéré dans l'atmosphère, complétant ainsi l'élimination de l'azote.
2. Méthode de physicalisation
◦ Méthode de stripping : ajustez le pH des eaux usées à 10,5-11,5, en convertissant les ions ammonium (NH₄⁺) en ammoniac libre (NH₃) et en éliminant l'ammoniac dans l'atmosphère par aération.
Méthode de chloration au point d'arrêt : ajout d'oxydants tels que le chlore pour oxyder l'azote ammoniacal en N₂, adapté au traitement d'urgence des eaux usées d'azote ammoniacal à faible concentration.
III. Facteurs fondamentaux affectant la dégradation de la DCO
Caractéristiques de la qualité de l'eau : La DCO (glucides, protéines) facilement dégradable est fortement influencée par l'activité microbienne ; La DCO difficile à dégrader (hydrocarbures aromatiques, composés hétérocycliques) repose sur l’intensité d’oxydation de processus d’oxydation avancés, qui ne peuvent pas être efficacement décomposés par les méthodes biochimiques conventionnelles.
2. Conditions microbiennes : les processus aérobies nécessitent suffisamment d'oxygène dissous (OD 2 à 4 mg/L) et une concentration de boues appropriée (MLSS 2 000 à 4 000 mg/L) ; les processus anaérobies nécessitent un environnement strictement exempt d’oxygène et un temps de rétention des boues (SRT) approprié. Des populations microbiennes déséquilibrées réduiront directement l’efficacité de la dégradation.
3. Paramètres environnementaux : Température de l'eau (plage optimale : 20-35°C), pH (6,5-8,5). Les basses températures ou les acides/alcalis forts peuvent inhiber le métabolisme microbien ; les substances toxiques (métaux lourds, phénols) peuvent nuire aux populations bactériennes, entraînant une forte baisse de l’efficacité de l’élimination de la DCO.
4. Fonctionnement du procédé : Le temps de rétention hydraulique (HRT) et le taux de reflux dans les méthodes biochimiques, ainsi que le dosage des réactifs chimiques (par exemple, le rapport Fe²⁺ sur H₂O₂ dans le réactif Fenton) et le temps de réaction dans les méthodes physicochimiques, affectent tous l'efficacité de dégradation de la DCO.
4. Facteurs fondamentaux influençant la dégradation de l’azote ammoniacal
Activité des bactéries de nitrosation : Les bactéries de nitrosation sont autotrophes, se développent lentement et sont sensibles aux conditions environnementales. Ils nécessitent suffisamment d'oxygène dissous (OD ≥2 mg/L) et un temps de rétention des boues plus long (SRT 10-20d). Des conditions anoxiques ou un temps de séjour des boues trop court peuvent conduire à une stagnation de la réaction de nitrosation.
2. Paramètres environnementaux : La température de l'eau (15-30°C), inférieure à 10°C, réduit considérablement les taux de nitrification ; pH (7,5-8,5), les conditions acides inhibent l'activité des bactéries nitrifiantes ; les substances toxiques (telles que les métaux lourds, le cyanure) tuent directement les bactéries nitrifiantes.
3. Conditions de dénitrification : Les bactéries dénitrifiantes nécessitent un environnement pauvre en oxygène et une source de carbone suffisante (rapport C/N ≥ 5:1). Une source de carbone inadéquate empêche une dénitrification complète, conduisant à de l'azote nitrate résiduel provenant de la conversion de l'azote ammoniacal et à des difficultés pour respecter les normes d'azote total.
4. Paramètres du processus : Le temps de rétention hydraulique et l'intensité de l'aération dans l'étape de nitrification, ainsi que la précision de l'ajustement du pH (10,5-11,5) et le volume d'air d'aération dans la méthode physico-chimique (méthode de stripping), affectent tous l'efficacité d'élimination de l'azote ammoniacal.
V. Facteurs d'influence courants
• Charge d'affluent : des fluctuations excessives des concentrations de DCO et d'azote ammoniacal, dépassant la capacité du processus de traitement, entraîneront une détérioration de la qualité de l'eau des effluents.
• Effet du prétraitement : Si les processus de prétraitement tels que les grilles et les dessableurs ne parviennent pas à éliminer efficacement les matières en suspension et les grosses impuretés particulaires, ils peuvent obstruer les réacteurs, nuire à l'efficacité du transfert de masse et réduire indirectement les performances de dégradation.
