CHAPITRE 4 SYNTHÈSE 57
4.3 Synthèse 60
4.3.2 Modélisation mécaniste du procédé de traitement par boues activées 66
comprendre les processus qui pourraient participer au déclenchement ou au maintien du foisonnement filamenteux. Comme les modèles basés sur ceux de l’IWA ne différencient pas les bactéries floculantes des filamenteuses, l’approche utilisée dans ce projet était de caler le modèle ASMP pour cinq régimes pseudo-permanents représentant différents états de décantabilité (caractérisés par l’IVB).
Avant de caler le modèle ASMP à l’aide des différents régimes, une analyse de sensibilité sur les paramètres cinétiques et stœchiométriques a été effectuée avec un des régimes seulement. Les détails de cette analyse sont donnés à l’Annexe 3. Parmi les paramètres les plus sensibles, trois ont particulièrement attiré l’attention et ils ont dus être ajustés spécifiquement pour chaque régime :
• Le taux d’ammonification, ka, c’est-à-dire la transformation de l’azote organique
biodégradable soluble (SNB dans ASMP) en azote ammoniacal (SNH4 dans ASMP), la
forme d’azote qui est rapidement assimilable par les bactéries,
• Le taux de phosphatification, kp, c’est-à-dire la transformation du phosphore organique
biodégradable soluble (SPB dans ASMP) en orthophosphates (SPO4 dans ASMP), la forme
de phosphore qui est rapidement assimilable par les bactéries, et
• L’efficacité standard de transfert de l’oxygène dans le bassin d’aération, SOTE
Le calage du modèle ASMP pour le traitement des eaux usées de l’usine PTM révèle l’importance relative des transformations des nutriments dans les boues activées. Les taux d’ammonification trouvés sont très bas pour tous les régimes pseudo-permanents, indiquant que
Figure 4.5: Dosage de l’azote pour les régimes pseudo-permanents, caractérisés par l’IVB, et les taux d’ammonification correspondants
le recyclage de l‘azote de sa forme organique soluble à une forme rapidement disponible pour les bactéries n’est pas un processus significativement important. La faible importance du recyclage de l’azote ammoniacal dans ce système implique qu’une certaine accumulation d’azote organique biodégradable soluble et particulaire (SNB et XNB dans ASMP) doit avoir lieu. Ceci a été vérifié
par de hautes concentrations en azote total Kjeldahl dans la liqueur mixte. Des conclusions similaires peuvent être tirées sur les taux de phosphatification obtenus, quoique la plage de valeurs calées soit beaucoup plus large que celle de l’ammonification. Ceci pourrait indiquer que la dynamique du phosphore est plus importante à l’état de santé du système étudié que la dynamique de l’azote.
Figure 4.6: IVB représentant les différents régimes pseudo-permanents et taux d’ammonification
Les Figures 4.5 et 4.6 montrent les relations entre le dosage de N, ka et l’IVB alors que les
Figures 4.7 et 4.8 illustrent les relations entre le dosage de P, kp et l’IVB. Ces quatre figures
indiquent que :
• Les transformations de l’azote et du phosphore organiques solubles biodégradables en formes disponibles (ammoniac et orthophosphates) sont moins significatives lorsque le système de boues activées se trouve dans un état de foisonnement (caractérisé par l’IVB), • Le ralentissement des processus de phosphatification et d’ammonification joue un rôle
Figure 4.7: Dosage du phosphore pour les régimes pseudo-permanents, caractérisés par l’IVB, et les taux de phosphatification correspondants
Un calcul des flux de N et de P pour les processus se déroulant dans le bassin d’aération a permis de vérifier que les flux absolus d’ammonification et de phosphatification sont effectivement ralentis dans des conditions de foisonnement (hauts IVB). Ces calculs sont présentés à l’Article 3. Alors que les ratios de dosage N/DBO et P/DBO peuvent sembler appropriés, les transformations des formes organiques de N et P ne semblent pas recycler des quantités suffisantes de nutriments pour permettre au système de contrer le foisonnement. De bonnes corrélations entre l’IVB et le dosage de N et de P reflètent les ajustements des opérateurs lorsque confrontés à un système qui dérive vers un état de carence en nutriments. Parce que l’IVB est un paramètre macroscopique qui n’indique les problèmes de foisonnement que trop tard, les opérateurs agissent souvent de
Figure 4.8: IVB représentant les différents régimes pseudo-permanents et taux de phosphatification
façon réactive plutôt que proactive, comme dans le cas de la chloration et du dosage de nutriments.
Le SOTE fait référence à la fraction de la masse d’oxygène dans un courant d’air injecté qui est dissoute dans un fluide, sous des conditions standard. La Figure 4.9 indique qu’une importante relation existe entre le transfert d’oxygène, représenté par le SOTE, et l’IVB. Le transfert d’oxygène pourrait donc être affaibli par la présence excessive de bactéries filamenteuses. Le TSUO semble aussi indiquer qu’à de hauts IVB, les bactéries filamenteuses contribuent à une activité accrue. Conséquemment, des carences en nutriments localisées et des conditions d’OD plus bas peuvent survenir et aider à détériorer des conditions de mauvaise décantation ou du moins à les maintenir.
Figure 4.9: SOTE et TSUO pour les régimes pseudo-permanents étudiés caractérisés par l’IVB
L’approche utilisée avec le modèle ASMP est une approche « point par point » ou « régime par régime ». Par conséquent, avec la variabilité au niveau de l’opération observée à l’usine hôte, il serait difficile de l’utiliser comme un modèle général pour l’usine. Cette approche a par contre permis d’évaluer l’importance des divers processus en fonction de ces différents états. Le modèle ASMP peut donc être utilisé pour extraire de l’information sur les facteurs de stress reliés au foisonnement filamenteux et alors fournir de l’information importante pour le diagnostic et la réduction de ces problèmes.
Finalement, le modèle a également été utilisé dans une étude de cas cherchant à évaluer les impacts de l’intégration de la production d’éthanol cellulosique à une usine PTM intégrée sur l’opération et la capacité des unités d’opération du système de traitement par boues activées.
Les simulations avec le modèle ASMP ont permis d’évaluer l’augmentation des coûts d’exploitation résultant de l’intégration du nouveau procédé. Dépendamment du débit d’éthanol produit et de l’excédent de capacité à traiter la DBO additionnelle, des modifications au niveau de l’usine de traitement pourraient être nécessaires. Au niveau des coûts d’exploitation, par exemple, l’utilisation de nutriments pourrait augmenter de 50 % à 150 %, alors que le débit d’air alimenté au traitement secondaire pourrait augmenter de 5 % à 140 % selon le niveau d’OD auquel l’usine désire opérer dans le bassin d’aération. Une augmentation significative dans l’utilisation de polymères utilisés pour la déshydratation des boues mixtes résulterait également d’une génération accrue de boues secondaires. Des coûts en capitaux additionnels pour les soufflantes pourraient aussi être nécessaires si l’usine ne possède pas d’excédent de capacité à ce niveau.