Direction R&D

BIOREACTEUR A MEMBRANES

ULTRAFOR®

Chrystelle Langlais

Degrémont

15 Octobre 2004

Les BioRéacteurs à Membranes (BRM)

BioRéacteur : Oxydation biologique de la pollutionBioRéacteur : Oxydation biologique de la pollution

Membranes : barrière physique pour la séparation de l ’eau épurée et des matières en Membranes : barrière physique pour la séparation de l ’eau épurée et des matières en suspensionsuspension

BioRéacteur à Membranes :BioRéacteur à Membranes : SynergieSynergie

=

+

Les BioRéacteurs à Membranes (BRM)

Eau brute

Boues en excès

Air « process »

BioRéacteur

Air « membrane »

Pompe de Pompe de succionsuccion

.

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.. .

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..

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MembranesPerméat

Pression HydrostatiquePression Hydrostatique

Système immergé

Flux : 15 to 50 L/h.m2 .t°C

TMP : < 500 mbarVmodule : air lift

Boues en excès

Perméat

Air

Boucle decirculation

Membranes(Carter)

BioRéacteur Filtre desécurité

Pompe de gavage

Pompe de

circulation

Eau brute

Système externe

Flux : 50 to 120 L/h.m2.t°C

TMP : 1 à 5 barVmodule = 2 - 5 m/s (en option)

L’expérience Degrémont

B u ffe rta n k

3 0 0 m 3

Z e n o B o x

6 7 3 m 2

B io lo g ic a l ta n k

2 0 0 m 3

C , N

1 0 0 m 3

D N

C e n trifu g a tio n

S c re e n1 .5 m m

V a ria b le flo w C o n s ta n t flo w

p H

F e C l3

O p tio n : G A C filte rP E

B u ffe rta n k

3 0 0 m 3

Z e n o B o x

6 7 3 m 2

B io lo g ic a l ta n k

2 0 0 m 3

C , N

1 0 0 m 3

D N

C e n trifu g a tio n

S c re e n1 .5 m m

V a ria b le flo w C o n s ta n t flo w

p H

F e C l3

O p tio n : G A C filte rP E

Système externe

Système immergé

Depuis 1993 …

Les spécificités

Qualitatif : Membrane = barrière physique

Qualité de l’eau constante

Quantitatif : Possible colmatage de la membrane Possible diminution du débit

Le colmatage de la membrane

Pore blocking3%

Scaling2%

Organic fouling Adsorption

7%

Bio-Fouling8%

Cake formation80%

Sludge Debris

Sludge Cleaning strategy

Sludge Water phase Cleaning strategy

Pore size Cleaning strategy

Water phase Cleaning strategy

Pore blocking3%

Scaling2%

Organic fouling Adsorption

7%

Bio-Fouling8%

Cake formation80%

Sludge Debris

Sludge Cleaning strategy

Sludge Water phase Cleaning strategy

Pore size Cleaning strategy

Water phase Cleaning strategy

Phénomènes et paramètres affectant le colmatage des membranesen applications municipales

(Stowa data)

Des paramètres clés

Débris Prétraitement adéquat

Filtrabilité de la boue Phase aqueuse

Taille des pores : UF versus MF Stratégie de lavage

Design du réacteur biologiqueHydrodynamique

BRM : Une synergie entre la boue biologique et la membrane

Approche “filière de traitement”

Technologie membranaire

ULTRAFOR® Degrémont

La technologie membranaire Zenon®

Module = Faisceaude membranes

Aérateurs intégrés à la cassette

Collecteur de perméat Fibre

• Creuse, peau externe, structure

interne renforcée

• 0,04 µm nominal - 0,1 µm absolu

Module

• 31,5 m²

Cassette

• 24 à 48 modules

soit 756 à 1 512 m² de surface de

filtration par cassette

ULTRAFOR® Degrémont

Connection des cassettes

Vue générale du bassin

La maîtrise du colmatage de la membrane

Faible pression

Fonction air « Membrane »• Agitation• Filtration pseudo tangentielle

Cycle de filtration• Rétrolavages fréquents

Nettoyages • Nettoyages de maintenance

• Rétrolavage in situ• Réactifs: NaOCl / acide citrique• Hebdomadaire

• Lavages chimiques• 1 à 3/an

ULTRAFOR® Degrémont

Design du réacteur Biologique

Conc. de la liqueur mixte

Age de boue Charge massique appliquée

Production de boues

8 - 30 jours 0.05 à 0.25 kg DBO5/kg MV.j

(concentration de la boues) Faible

(âge de boues)

• L’augmentation de la concentration de boue …

+ : Volume du bioréacteur

- : Flux de filtration sur les membranes

Demande volumétrique en oxygène

Coefficient de transfert d’oxygène

8 - 12 g/l

Le prétraitement adéquat

Débris ou « fibres » Cheveux, poils, cellulose Très faiblement biodégradable Naturellement présent dans les ERU

BRM – Débris : un couple impossible !

Membrane tubulaire Fibre creuse Membrane plane

Procédure d’analyse Quantifier les flux de fibres

Simulation : Phénomène de concentration au sein d’un BRM Zone technico-économique de fonctionnement FCV augmente

Age des boues

Temps de Rétention Hydraulique

Stratégie de tamisage Effluent : ERU, liqueur mixte, ERU + liqueur mixte Débit(s)

Choix technologiques : Sélectivité du tri « fibres / pollution biodégradable » Type de maille, taille, …

Le prétraitement adéquat

Qualité de l’effluent (cas urbain)

Liqueur mixte

Eau traitée

MeS

Turbidité

DCO

DBO5

N-NH3

Ntotal

Phosphore

SDI

Coliformes totaux

Coliformes fécaux

Œufs d’helminthes

< 5 mg/l (< 1 mg/l)

< 0.5 NTU

< 30 mg O2/l

< 5 mg O2/l (< 1 mg O2/l)

< 1 mg/l

< 10 mg/l (< 3 mg/l)

< 0.3 mg/l

1 - 3

< 100 UFC/100ml

< 10 UFC/100 ml

retenus

« Simple »« Simple »

Domaines d’application

ModulableModulable

CompactCompact

BRM®oBRM®o

Eau résiduaire municipaleEau résiduaire municipale

Réseau séparatifRéseau séparatif

Eau résiduaireEau résiduaireindustrielleindustrielle Faible production de bouesFaible production de boues

Qualité de l’effluent

Réutilisation directeRéutilisation directe

Rejet en zone sensible

Prétraitement (RO, …) (RO, …)

Process « simple »

BRMoPré-traitement

Cl2

Décantationprimaire

ClarificationBoues activées

Filtre àsable

Désinfection

UF

Pré-traitement

ULTRAFOR® Degrémont

Restaurant, Glacier 3000 m Applications de REUSE

Mojorable (Espagne) Jinamar (Espagne) Cubbon Park (Inde) Firgas (Espagne)

Environnement sensible & Compacité Grasse (France) SNEMBG (Martinique, ERI)

ULTRAFOR® : Grasse

Restaurant, Glacier 3000 m

Débit moyen : 4 000 m3/jDébit de point : 1 200 m3/h

ULTRAFOR® : Les Diablerets

Restaurant, Glacier 3000 m

Switzerland