Bioréacteurs à membrane (BMR) pour le traitement des eaux usées
Résumé
- Le bioréacteur à membrane (BRM) couple un réacteur à boues activées avec une unité de filtration membranaire ;
- Le BRM est un traitement très efficace avec plusieurs avantages par rapport aux technologies conventionnelles de boues activées ;
- Le BRM est utilisé pour les applications de traitement des eaux usées municipales et industrielles ;
- Deux configurations BRM sont disponibles (immergé et sidestream). PCI Membranes peut vous aider à choisir la bonne solution pour votre usine, car nous sommes l’un des rares fournisseurs à proposer les deux.
Qu’est-ce qu’un bioréacteur à membranes ?
Un bioréacteur à membrane (BRM) est un procédé qui combine une unité membranaire de microfiltration ou d’ultrafiltration avec un bioréacteur, et est maintenant largement utilisé dans les usines de traitement des eaux usées municipales et industrielles.
1) Bioréacteur :
Dans un processus de traitement des eaux usées, un bioréacteur est une chambre spécialement conçue pour soutenir un environnement biologiquement actif, c’est-à-dire où les bactéries et les protozoaires (ce qu’on appelle la biomasse) peuvent se développer et consommer une partie (ou la totalité) des substances contenues dans les eaux usées brutes.
Ils peuvent être aérobies (pour éliminer la matière organique et oxyder l’ammoniac en nitrate), anoxiques (pour éliminer l’azote des nitrates en azote gazeux) ou anaérobies (pour éliminer la matière organique), en fonction de la présence d’oxygène et de nitrates ou de leur absence. En règle générale, les membranes sont installées après des bioréacteurs aérobies ou anaérobies (respectivement, les procédés BRM et AnBRM).
Il existe trois types de bioréacteurs :
– Bioréacteurs à croissance en suspension, où la biomasse se transforme en flocs ;
– Les bioréacteurs de croissance attachée (ou biofilm), où la biomasse se développe attachée à des supports ;
– Les bioréacteurs hybrides, qui combinent croissance en suspension et croissance attachée.
En règle générale, les bioréacteurs à croissance en suspension sont ceux utilisés pour les processus BRM. S’ils sont correctement conçus, les bioréacteurs hybrides peuvent également être utilisés.
2) Membranes:
Dans le procédé BRM, les membranes agissent comme un dispositif de séparation solide-liquide, gardant la biomasse à l’intérieur du bioréacteur avant de rejeter l’effluent traité dans la nature. En gros, ils remplacent les clarificateurs utilisés dans le procédé conventionnel des boues activées.
Les membranes de microfiltration (MF) et d’ultrafiltration (UF) peuvent être utilisées dans les applications MBR. En règle générale, les membranes UF sont le choix préféré en raison de leurs caractéristiques de séparation supérieures (étant capables d’éliminer certains colloïdes et virus également) et de leur tendance à l’encrassement plus faible (en raison de la taille plus petite des pores, elles présentent un risque plus faible de colmatage des pores).
Il existe trois types de géométries de membrane utilisées pour les BRM :
– Fibres creuses;
– Membranes planes;
– Tubulaire (or multi-tubulaire).
D’autres configurations, telles que lesmembranes spiralées, ne conviennent pas aux applications BRM en raison de leur sensibilité aux matières en suspension.
Comment fonctionne un bioréacteur à membrane dans les processus de traitement des eaux usées ?
La fonction cruciale des membranes est de séparer les solides d’un liquide. Dans les installations à boues activées, cela se fait traditionnellement à l’aide de clarificateurs secondaires.
Deux configurations de process sont possibles :
– BRM immergé, en cas d’utilisation de membranes entraînées par le vide (comme la série PCI HF-Zmbr2) ;
– BRM side-stream (ou externe), en cas d’utilisation de membranes entraînées par pression (comme la série A de PCI).
Habituellement, les membranes entraînées par pression sont utilisées pour les petites installations et/ou les eaux usées industrielles difficiles à traiter, tandis que les membranes immergées sont utilisées pour les installations de moyenne et grande taille.
Quels sont les avantages des bioréacteurs à membrane (BRM) ?
1) Empreinte au sol plus petite (nouvelles stations d’épuration) ou débit hydraulique plus élevé (stations d’épuration existantes)
Les grands clarificateurs ne sont plus nécessaires. Une cuve plus petite, souvent de forme rectangulaire, équipée de cassettes membranaires, remplace le clarificateur secondaire dont la taille est régie par la charge hydraulique et solide. De plus, en raison des concentrations de biomasse plus élevées qui peuvent être maintenues dans les bioréacteurs, la même masse totale de solides est stockée dans un réservoir plus petit, ce qui permet de réduire jusqu’à 50 % l’encombrement.
2) Effluent de haute qualité, exempt de bactéries et d’agents pathogènes
Par rapport au procédé classique à boues activées, l’effluent est exempt de solides en suspension et a une teneur réduite en bactéries et en virus. Par conséquent, une désinfection minimale est requise.
Par conséquent, le procédé BRM permet facilement à l’effluent traité d’être rejeté vers des organismes récepteurs sensibles ou d’être récupéré pour des applications telles que l’irrigation urbaine, les services publics ou la chasse d’eau des toilettes. Entre-temps, il est également de haute qualité pour alimenter directement un processus d’osmose inverse (OI).
Cela devient de plus en plus crucial compte tenu des exigences strictes en matière de qualité des effluents imposées par les réglementations locales en vigueur ces dernières années et dans un avenir proche.
3) Capacités d’automatisation plus élevées
Le fonctionnement du système BRM peut être entièrement automatisé, ce qui minimise l’intervention des opérateurs qui est généralement requise pour les stations d’épuration conventionnelles. Cela signifie que le procedé BRM peut être facilement mis en œuvre même dans les sites décentralisés.
Comment pouvons-nous vous aider ?
N’hésitez pas à contacter nos experts qui travailleront avec vous pour réaliser des évaluations de projet, effectuer un test pilote, personnaliser, concevoir et installer votre système de filtration membranaire, qui correspond le mieux à vos besoins.
Applications des bioréacteurs à membrane (BRM)
Actuellement, la technologie BRM est largement utilisée pour le traitement de divers types d’eaux usées, tels que le traitement des eaux usées municipales, le traitement des eaux usées industrielles et le lixiviat des décharges.
1) Municipal wastewater treatment
Les systèmes BRM ont été développés à l’origine pour les applications de traitement des eaux usées municipales, en mettant l’accent sur la réutilisation et le recyclage de l’eau. Le BRM est un procédé idéal pour recycler les eaux usées municipales dans des endroits où l’eau et l’espace sont limités en raison de sa taille compacte, de sa capacité à produire de l’eau réutilisable et de son fonctionnement sans problème.
2) Traitement des eaux usées industrielles
Les eaux usées industrielles peuvent inclure des charges organiques élevées et des substances chimiques particulièrement difficiles à manipuler ou à dégrader, ce qui rend plus souhaitable un traitement alternatif comme le BRM.
En effet, les BRM conservent complètement la biomasse, ce qui permet une plus grande biodiversité de la population de bactéries et de protozoaires, favorisant la biodégradation des substances récalcitrantes (telles que les herbicides, les pesticides, etc.).
3) Traitement des lixiviats de décharge
Outre le traitement des eaux usées municipales et industrielles, les BRM ont été utilisés dans un certain nombre d’autres domaines. Le traitement des lixiviats de décharge en est un exemple. Les lixiviats des sites d’enfouissement contiennent généralement de fortes concentrations de composés organiques et inorganiques. Les systèmes BRM ont été utilisés avec succès avec des étapes de traitement supplémentaires pour l’élimination des inorganiques et des métaux lourds, telles que les processus de nanofiltration et d’osmose inverse.
Nos solutions BRM
PCI Membranes peut fournir un certain nombre de géométries/configurations de membranes technologiquement avancées et économiques qui répondront à toutes vos exigences.
Les systèmes BRM peuvent être fournis soit sous forme de packages standard, soit de conceptions sur mesure pour s’adapter à la nature des eaux usées et à l’infrastructure existante du site.
L’effluent produit peut également être soumis à une étape de polissage supplémentaire avec l’utilisation de la gamme de membranes d’osmose inverse PCI Membranes pour produire un flux de perméat de la plus haute qualité.
1) Notre membrane tubulaire pour MBR side-stream : Série A8
La série A8 de PCI Membranes est un module membranaire tubulaire équipé de tubes de 8 mm en PVDF et seuil de coupure 100 ou 200 kDa (d’autres seuils de coupure sont disponibles sur demande). Il a un diamètre de 8″ (DN200) et une longueur de 3 ou 4 m, avec respectivement une surface de membrane de 27 et 36 m2. Le boîtier est en PRV, ce qui lui confère une meilleure résistance chimique au chlore et aux acides forts, tout en étant plus léger à manipuler.
Le module se compose de deux parties principales, le noyau membranaire et le boîtier. Le noyau est fixé dans le boîtier ; des joints d’extrémité empêchent les fuites d’alimentation et de concentrat du module, tandis que les joints toriques intérieurs empêchent les fuites de filtrat. Les modules sont généralement connectés en série avec des coudes en U.
2) Nos membranes à fibres creuses pour MBR immergés : série PCI-HF-Zmbr2
La série PCI-HF-Zmbr2 est une cassette membranaire équipée de membranes PVDF ayant une taille de pores de 0,02 μm.
Les cassettes sont constituées de modules membranaires, qui sont disponibles en 2 hauteurs différentes, 1 948 (type S) et 2 448 mm (type U). Il existe deux tailles de cassettes, l’une jusqu’à 12 modules et l’autre jusqu’à 40 modules : dans le cas des modules de type S, cela signifie jusqu’à 480 m2 (12 modules, S12) et 1 600 m2 (40 modules, S40) tandis que, dans le cas des modules de type U, cela signifie jusqu’à 624 m2 (12 modules, U12) et 2 080 m2 (40 modules, U40).
Lancée en 2022, notre cassette membranaire de deuxième génération offre une densité membranaire encore plus élevée (+10 %) et une consommation d’énergie de soufflage d’air plus faible (-5 %) que nos produits de première génération.
Résumé
Le BRM est la solution à faible encombrement et à haute qualité d’effluent pour répondre à vos besoins en matière de traitement des eaux usées. Il peut être utilisé pour moderniser les stations d’épuration existantes ainsi que pour construire de nouvelles installations à la pointe de la technologie.
En tant que l’un des rares fournisseurs à proposer à la fois des membranes immergées et side-stream, nous serions heureux de vous aider ! Nos experts vous aideront à trouver la solution BRM la plus adaptée à votre cas spécifique.
