Contribution des fractions de la boue au colmatage de la membrane

L´identification de la contribution respective des fractions de boue au colmatage de la membrane permettra d’envisager diverses stratégies pour arriver à son contrôle. Ce contrôle peut être effectué au niveau des paramètres opératoires du réacteur (flux de filtrat, débit d´aération, cycles de rétrolavage et nettoyage chimique de la membrane) et/ou au niveau des modifications des conditions de production de composés responsables du colmatage (âge de boues (AB), temps de séjours hydraulique (TSH), charge volumique (CV), quantité de biomasse).

La boue activée est un fluide complexe, trois fractions y sont différenciées: les solides en suspension (flocs bactériens et matériel organique), les colloïdes (polymères fragmentés, cellules lysées ou produites par le métabolisme) et le matériel soluble.

Tableau 1.2. Part de chaque constituant d´une boue sur le colmatage Paramètre de mesure du colmatage Solubles (%) Surnageant (%) Boues (%) Commentaire Wisniewski 1998 Résistance hydraulique

50 25 25 Récirculation de la boue, Pas

quantification concentration des fractions. Bouhabila 2001 Résistance spécifique 26 50 24 MES=20,7 g/l, Defrance 2002 Résistance hydraulique 5 30 65 Contribution prépondérante de

solides au colmatage. Pas d’influence de la concentration en MES=4,5 g/L Lee 2003 Résistance hydraulique Pas reporté

29-37 63-71 Modification par rapport á AB. MES constante = 3 g/l

Rosenberger ,2006

Flux critique ND ND ND Pas de quantification, Ils font une corrélation entre divers paramètres physicochimiques de la boue (IVB,MES, SPE liés et solubles, et COT colloïdal). Développe une expression pour corréler le flux critique et le COT colloïdal.

IVB= indice volumique de la boue

En analysant la bibliographie publiée (Tableau 1.2), on peut constater des controverses concernant la fraction de la boue qui joue le rôle prépondérant dans le colmatage. Cette divergence des résultats provient des diverses conditions opératoires des BàM et mais aussi des méthodes d´obtention des différentes fractions de la boue.

Les résultats des études sont apparemment contradictoires, pourtant, considérés individuellement, de bonnes raisons sont explicitées.

Pour aboutir à des résultats concluants et généralisables, il faudrait analyser à quelles caractéristiques physicochimiques de la fraction identifiée comme colmatante, on peut attribuer un comportement donné. Les paramètres possibles peuvent être entre autres, la taille de particule, la viscosité, hydrophobicité, composition chimique, caractéristiques de surfaces.

Dans les expériences de Wisniewski et Grasmick (1998), la boue a été récirculée pendant une heure, à une vitesse de 5m/s, puis séparée en deux fractions : la partie colloïdale est obtenue par décantation, et la partie soluble par filtration de la solution précédente sur une membrane de 0,05 micromètre. La résistance à la filtration de chaque fraction est mesurée. Les auteurs démontrent que la fraction soluble contribue pour 50% au colmatage. Cependant, aucune analyse de la concentration des composés colmatants, (SPE, DCO ou COT) n’est reliée à la

composition des fractions et au niveau de colmatage, pas plus qu’aucun autre paramètre qui pourrait expliquer pourquoi la fraction soluble est le facteur contrôlant du colmatage.

Dans le cas de Bouhabila (2001) la filtration par sépare de chaque une des fractionnes qui composes la boue : solides suspendus, colloïdal et soluble. La fraction soluble est obtenue par adition de 250 mg.L-1 d´Al2SO4 au surnageant, ensuite la partie soluble restante est séparée par centrifugation. Les résultats indiquent que la fraction colloïdale floculée du surnageant est responsable de 50% de la résistance à la filtration. Par contre, nos plus un analyse du surnageant sur sa composition globale (DCO) ou plus spécifique (SPE) n’est proposée afin d´expliquer sa capacité colmatante.

Parmi les nombreuses études réalisées ce sont Lee et col. (2003) qui proposent la stratégie d´étude la plus complet. Ils réalisent une étude en vue d´analyser l´influence de l´âge de boues sur les propriétés filtrantes des différents fractions de la boue, une analyses multivariables pour expliquer les facteurs qui jouent un rôle dans la capacité colmatantes de la boue.

Le protocole d´étude consiste en la séparation de fractions par centrifugation. Ils ont obtenu que c´est la partie solide qui présente la plus importante contribution au colmatage de la membrane (63 à 71%), en faisant la mesure de la résistance à la filtration, tandis que le surnageant contribue entre 27à 31 %. La contribution au colmatage du surnageant est plus importante à un âge de boue plus élevé (20 à 60 jours) est plus importante.

Par ailleurs, l´analyse de la composition physicochimique de la boue révèle que la quantité totale de SPE liées au floc (par addition des concentrations en polysaccharides et protéines) est indépendante de l´âge de boues. Cependant ce n´est pas le cas pour la production de protéines, puisque le relargage augmente avec l´âge de boues (29,9 à 35,5 mg/gSSV). Malheureusement, dans cette étude la même quantification des SPE dans le surnageant n´a pas été faite. Donc un lien simple entre le rôle des SPE solubles et la filtrabilité de la boue ne peut être établi.

Finalement, dans le cadre du même étude, une analyse multi-variablesa été réalisée afin de quantifier la contribution des facteurs physicochimiques au colmatage de la membrane, (pas seulement avec une simple relation descriptive). Les résultats obtenus permettent d´identifier les caractéristiques physicochimiques et physiologiques clés du floc et du surnageant qui peuvent expliquer leur capacité colmatante. Ils concluent que les caractéristiques du floc (charge de surface, angle de contact, rapport protéines/polysaccharides présentent une

corrélation positive avec la filtrabilité de la boue (moins colmatante). Au contraire, l´activité microbienne présente une forte corrélation négative, donc une faible activité microbienne de la boue aurait pour conséquence une augmentation de la capacité colmatante de la boue. En ce qui concerne le surnageant, ni la DCO dissoute, ni SUVA (indice d’aromaticité qui conduit à la détermination de la hydrophibicité des molécules), ni le potentiel zêta ne sont corrélés aux caractéristiques colmatantes. Malheureusement, les analyses des SPE sur le surnageant sont souvent incomplètes (pas de quantification de SPE) et les résultats sont peu concluants sur ce paramètre.

En résumé, savoir quelle fraction de la boue contribue le plus au colmatage de la membrane reste difficile à conclure. La plupart des études ont tendance à montrer que c´est la fraction solide. Nonobstant, le surnageant participe aussi au colmatage de la membrane et les paramètres physicochimiques et physiologiques qui vont l´influencer ne sont pas clairement identifiés.

La prépondérance de l´une ou de l´autre fraction sur le colmatage dépendra entre autres des conditions opératoires du réacteur. Elle sera d’autant plus aisée à déterminer que l’on aura identifié séparément le rôle de chacun des paramètres sur le comportement.