Réponse rapide : Choisissez le SBR lorsque le terrain est disponible et que la charge varie au cours de la journée. Choisissez le MBBR lorsque vous mettez à niveau un bassin existant et que vous ne pouvez pas ajouter de clarificateurs. Choisissez le MBR lorsque la limite de rejet est stricte ou que l'eau sera réutilisée, et que vous pouvez payer les membranes et l'air pour les nettoyer. Les trois produisent encore des boues usées qui doivent être déshydratées.
Les trois processus, un paragraphe chacun
SBR — réacteur biologique séquentiel. Un seul réservoir fait tout en séquence. La fiche d'information de l'US EPA énumère cinq étapes : inactif, remplir, réagir, s'installer et dessinerL'aération, la décantation et la clarification se déroulent dans le même bassin à des moments différents, il n'y a donc pas de clarificateur séparé ni de pompage de boues de retour. Le contrôle est assuré par des minuteries et des interrupteurs de niveau.
MBBR — réacteur à biofilm à lit mobile. Un bassin aéré rempli de petits supports en plastique. Les bactéries se développent sous forme de biofilm sur la surface interne protégée de chaque support, de sorte que la biomasse reste dans le bassin sans aucune recirculation des boues. Les supports sont retenus dans le réacteur par un tamis à la sortie. Les solides qui se détachent sont éliminés en aval, généralement par un clarificateur ou une unité de flottation à air dissous (DAF).
MBR — bioréacteur à membrane. Boues activées avec le clarificateur secondaire remplacé par des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration, soit immergées dans le bassin d'aération, soit en dérivation. La fiche d'information de l'EPA sur les bioréacteurs à membranes décrit des membranes qui doivent retenir des particules d'environ 1 micron, c'est pourquoi l'effluent du MBR est essentiellement exempt de solides en suspension et de la plupart des bactéries.
Ce que chacun fait bien
SBR : flexibilité sur un petit encombrement
La fiche d'information de l'EPA attribue aux SBR la capacité de combiner l'égalisation, la clarification primaire, le traitement biologique et la clarification secondaire dans un seul bassin, avec une empreinte minimale et des économies potentielles de capital grâce à l'élimination des clarificateurs. Les valeurs de dimensionnement citées dans le même document donnent une Cycle de 4 heures pour les eaux usées municipales et de 4 à 24 heures pour les eaux usées industrielles, avec une MLSS de 2 000–4 000 mg/L à faible niveau d'eau.
Comme la durée du cycle peut être modifiée depuis le panneau de commande, un SBR peut fonctionner aussi bien en mode contact-stabilisation court de 3,5 heures qu'en mode aération prolongée de 18 à 36 heures. C'est pourquoi il convient aux usines dont la charge varie selon les équipes ou les saisons. L'élimination de la DBO est généralement 85–95%, et les fournisseurs cités dans la fiche d'information garantissent un BOD et TSS inférieurs à 10 mg/L.
MBBR : plus de capacité dans le même bassin
Les supports ajoutent une surface de biofilm sans augmenter le volume du bassin. Le support standard Kaldnes K1 offre environ 500 m² de surface protégée par mètre cube de support, et les réacteurs ne sont normalement remplis qu'à un niveau ne dépassant pas environ 67 à 70 % du volume du réservoir Ainsi, les supports peuvent encore circuler (Rusten et al., 2006). Remplissez un bassin à moitié avec des supports et l'inventaire de biomasse effective augmente plusieurs fois sans toucher au béton.
C'est la raison pour laquelle le MBBR est le choix habituel lorsqu'une station existante est surchargée et qu'il n'y a pas de place pour un second bassin d'aération. Il supporte également bien les charges de choc, car le biofilm est fixé et ne peut pas être emporté comme peuvent l'être les flocs en suspension. Le prix à payer est qu'il ne décante pas ses propres solides : un clarificateur, un DAF ou une étape de filtration reste nécessaire, et les boues qui atteignent l'étape de déshydratation sont plus légères et plus difficiles à épaissir que les boues activées conventionnelles.
MBR : l'eau la plus pure et les réservoirs les plus compacts
La fiche d'information de l'EPA rapporte des usines à pleine échelle qui réduisent la DBO d'environ 150–280 mg/L à 1–2 mg/L, TSS d'environ 170–250 mg/L à 1–3 mg/Let l'azote ammoniacal à moins de 0,3 mg/L, avec une turbidité de l'effluent moyenne de 0,3 NTU dans une usine de Géorgie. Parce que les membranes retiennent toute la biomasse dans le réacteur, les MES peuvent être bien plus élevées que dans une usine avec clarificateur, ce qui réduit le volume du bassin et le temps de rétention hydraulique.
Deux mises en garde issues du même document. Le débit de pointe doit être maintenu à pas plus de 1,5 à 2 fois la moyenne, car les membranes ne peuvent pas absorber un coup de bélier comme le peut un clarificateur, c'est pourquoi un bassin d'égalisation est généralement nécessaire. Et l'air de décolmatage est important : une usine a enregistré en moyenne 1 800 kWh par million de gallons rien que pour les surpresseurs de lavage à membrane, environ deux fois plus d'air qu'une usine conventionnelle n'en a besoin pour l'aération. Les garanties de membrane annoncées vont de 3 à 10 ans.
Comparaison côte à côte
| Critère | SBR | MBBR | MBR |
|---|---|---|---|
| Clarificateur séparé nécessaire | Non | Oui (ou DAF) | Non — membranes |
| Empreinte | Petit | Petit ; s'adapte aux réservoirs existants | Le plus petit |
| TSS des effluents | <10 mg/L typique | Cela dépend du clarificateur | 1–3 mg/L |
| Tolérance aux variations de charge | Élevé (cycle réglable) | Élevé (biomasse attachée) | Modéré ; nécessite une égalisation |
| Énergie | Modéré | Modéré | Le plus élevé (air de décolmatage de la membrane) |
| Consommables | Aucun | Transporteurs (longue durée de vie) | Membranes, produits chimiques de nettoyage |
| Compétence de l'opérateur | Minuteurs et vannes | Faible | Élevé |
| Meilleur ajustement | Charges variables, sites vierges | Modernisations, augmentations de capacité | Réutilisation, limites strictes, pas de terrain |
Comment décider en quatre questions
- Que requiert le permis ? Si le TSS doit être inférieur à 5 mg/L, ou si l'eau doit être réutilisée pour le refroidissement ou l'appoint de process, le MBR est le seul des trois à y parvenir sans filtre tertiaire séparé.
- Existe-t-il un réservoir existant ? Si oui et qu'il est surchargé, des supports MBBR peuvent y être ajoutés. La conversion en MBR est également possible, mais nécessite de nouveaux tamis, membranes et surpresseurs.
- À quel point le flux est-il régulier ? La production par lots, les usines saisonnières et les usines alimentaires avec des pics de lavage favorisent le SBR, car le cycle peut être allongé lorsque la charge est élevée et raccourci lorsqu'elle est faible.
- Qui va le gérer ? Un MBR a besoin de quelqu'un qui comprend la pression transmembranaire, le nettoyage chimique et l'encrassement. Un MBBR n'a besoin de presque rien d'autre que de vérifier les tamis et la distribution d'air.
La partie que personne ne met dans la brochure : la boue
Les trois procédés convertissent les matières organiques dissoutes en biomasse, et cette biomasse quitte l'usine sous forme de boues résiduaires à environ 0,5–1,2 % de solides. La fiche de l'EPA sur les bioréacteurs à membrane indique des boues résiduaires à 1–1,2 % de solides totaux ; les SBR et les MBBR sont similaires ou plus dilués.
Trois choses diffèrent entre eux au stade de la déshydratation :
- Boues de bioréacteur à membrane est plus ancienne et plus minéralisée, ce qui aide généralement à la siccité du gâteau, mais cela se produit à une MLSS élevée et peut entraîner des colloïdes fins qui colmatent rapidement le tissu. Testez le tissu avant de le choisir.
- Biofilm décollé du MBBR est légère et nécessite souvent une dose de polymère plus élevée pour floculer. Elle s'épaissit rarement bien par simple gravité.
- Boues résiduaires de SBR se comporte comme une boue activée ordinaire et est la plus facile des trois à déshydrater dans un filtre-presse à chambres.
Pour l'un des trois, un filtre-presse à membrane transformera les boues biologiques de 1 % de solides en un gâteau de 20 à 30 % en une seule étape, ce qui rend les coûts de transport ou de mise en décharge gérables. Pour les petites stations en dessous de quelques tonnes de solides secs par jour, un Presse à vis multi-disques est l'option à moindre consommation d'énergie.
Connexe : quelle quantité de boues une station d'épuration produit-elle, lorsque vous avez besoin de flottation à air dissous, et Équipement de traitement des eaux usées industrielles.
Questions fréquemment posées
Le MBR est-il meilleur que le SBR ?
Seulement si vous avez besoin de sa qualité d'effluent. Le MBR atteint 1 à 3 mg/L de TSS et un niveau de bactéries proche de zéro, ce que le SBR ne peut égaler sans filtre tertiaire et désinfection. Le SBR l'emporte sur l'énergie, la compétence des opérateurs et la tolérance aux pics de débit, et n'a pas de membranes à remplacer.
Le MBBR peut-il remplacer une station d'épuration à boues activées ?
Il peut prendre en charge l'étape biologique à l'intérieur du même bassin, mais il nécessite toujours une étape de séparation des solides par la suite. La plupart des adaptations conservent le clarificateur existant ou ajoutent une unité DAF après le réacteur MBBR.
Quelle taille d'usine convient à un SBR ?
La fiche d'information de l'EPA note que les SBR sont généralement utilisés pour des débits de 5 millions de gallons par jour (environ 19 000 m³/j) ou moins, et que la plupart des installations sont inférieures à 2 MGD. Les débits plus importants sont généralement dirigés vers des systèmes à boues activées à flux continu ou des MBR.
Quelle quantité de support va dans un bassin MBBR ?
Habituellement entre 30 % et 67 % du volume du réacteur, et pas plus d'environ 70 %, afin que les supports puissent encore être maintenus en mouvement par l'aération. Le remplissage exact est déterminé à partir de la surface de biofilm requise pour la charge de conception.
Pourquoi une station d'épuration à boues activées a-t-elle besoin d'un bassin d'égalisation ?
Parce que le flux membranaire est limité. La fiche d'information de l'EPA recommande de maintenir le débit de pointe de conception à un maximum de 1,5 à 2 fois la moyenne ; un clarificateur tolère une surcharge, une membrane non.
Lequel des trois produit le moins de boues ?
Le MBR, dans la plupart des cas, parce qu'il fonctionne avec un âge de boues élevé et qu'une plus grande partie de la biomasse est consommée par la décroissance endogène. La différence est modeste, et chacun des trois nécessite encore une étape de déshydratation avant que les boues puissent être transportées.
Dites-nous le débit, la charge de DCO ou de DBO, la limite de rejet et si une cuve existe déjà, et nous vous dirons quel procédé convient et dimensionnerons la déshydratation des boues en conséquence : Demander une recommandation de procédé et de dimensionnement.
Références : US EPA — Fiche d'information sur la gestion des eaux usées : Bioréacteurs à membrane (832-F-07-015), US EPA — Fiche technique sur les technologies des eaux usées : Réacteurs séquentiels par lots (1999), Rusten B. et al. (2006) — Conception et exploitation des réacteurs à lit mobile à biofilm Kaldnes, Aquacultural Engineering 34.
Cet article fait partie de notre guide sur Déshydratation des boues d'eaux usées.