Compréhension des processus biologiques dans les bioréacteurs à membrane : choix d'un outil simplifié de simulation et identification des critères déterminant le contrôle des processus

Les bioreacteurs a membranes (BRM), combinant l’epuration biologique des eaux usees a une etape de separation membranaire, ont montre de tres bonnes performances en matiere d’elimination de la pollution organique et azotee. Cependant, cette technologie presente des surcouts de fonctionnement lies essentiellement a l’energie depensee pour fournir l’aeration necessaire a l’activite biologique mais utilisee aussi pour lutter contre les phenomenes de colmatage membranaire. Afin de reduire ces besoins energetiques, un BRM dit autotrophe a ete mis en place. Il est caracterise par une alimentation a une charge organique faible, dont plus de 60% est elimine par un traitement physico-chimique prealable. De ce fait, le BRM autotrophe assure principalement le traitement d’azote, qui peut etre affecte par la limitation en carbone organique necessaire a la reaction de denitrification. Ce travail a pour objectif d’etudier le comportement d’un tel systeme et d’identifier les parametres determinants. L’etude a ete conduite experimentalement et par modelisation. Deux campagnes experimentales ont ete realisees en regime permanent a des charges organiques et des âges de boues differents, suivies d’une experimentation en regime transitoire provoque par une montee de la charge en azote ammoniacal. Les resultats des campagnes ont montre qu’il est possible de baisser le rapport de DCO/N jusqu’a 4,5 et l’âge des boues a 40j sans pour autant perturber la denitrification. Ces resultats ont ete appuyes par une modelisation dynamique s’appuyant sur un modele ASM3s-SMP qui a ete developpe ensuite calibre sur l’ensemble des resultats experimentaux. L’analyse du phenomene du colmatage de la membrane au cours de l’experimentation a montre une tendance au colmatage relativement faible par rapport aux BRM operant dans des conditions usuelles (DCO/N>10). L’effet du nettoyage mecanique induit par l’ajout d’un materiau granulaire dans le module membranaire s’est avere peu important dans les conditions etudiees. Une modelisation en regime permanent a permis de developper les expressions des grandeurs caracteristiques du fonctionnement du BRM. Apres avoir ete validees par des simulations conduites en utilisant le logiciel GPS-X®Hydromantis, ces equations ont permis, au moyen d’approches de modelisation differentes (modele simple, ASM1 et ASM3), de reperer les parametres operatoires et cinetiques les plus influents et de determiner par des expressions analytiques le rapport DCO/N minimal requis pour une reaction de denitrification complete.