Charge de surface du bioréacteur Vb

     La charge de surface est un paramètre utilisé lors du dimensionnement du bassin de sédimentation. On calcule la vitesse de sédimentation dont a besoin une particule de boue pour se déposer au fond du le bassin de sédimentation et ne pas s’écouler avec l’effluent.

Charge de surface Vb = Débit (m³/h) / Surface de sédimentation (m²)

     Pour être sûr qu’on ne perd pas de boues avec l’effluent, la vitesse de décantation doit être plus grande que la vitesse ascensionnelle dans le basin de sédimentation.

Age des boues (MCRT: Mean Cell Retention Time)

    Les boues activées s’accroissant, elles doivent être purgées vers un bassin de stockage puis déshydratées sur une base de temps régulière. De cette manière, la concentration en boue dans le bioréacteur peut être gardée à peu près constante.
   Le temps de rétention cellulaire moyen est le temps de résidence des boues activées dans le réacteur. Le MCRT rend donc compte du nombre de jours durant lesquels une cellule de boue est retenue dans le réacteur, comme formulé ci-dessous :
    
    L’âge des boues est normalement exprimé en jours. Les valeurs typiques se trouvent entre 5 et 20 jours. Ces valeurs sont valables pour des systèmes plutôt faiblement chargés. Dans des systèmes à haute charge (croissance plus importante) les MCRT diminuent, et des temps de rétention de boue de 2 jours sont plausibles.

Le Taux d’accroissement des boues

    Pendant le traitement des eaux, une croissance de la boue peut indiscutablement être observée. La division cellulaire est à l’origine de ce phénomène. Pour le dimensionnement d’un bassin de stockage des boues et des appareils servant à la déshydratation de ces boues, il est important de prévoir la quantité de boue qui devra être purgée de temps à autres.
     Le taux d’accroissement des boues (TAB) représente la quantité de boue produite (en kg) en supprimant 1 kg de Demande Biologique en Oxygène DBO ou Demande Chimique en Oxygène  (DCO biodégradable). En équation :
Avec :

Remarque : évidemment, si des boues sont purgées vers le bassin de stockage des boues dans le même temps, cela doit être pris en compte !

En fonction de la charge en boue imposée à la station, le taux d’accroissement des boues varie entre 0,15 et 0,6 kg MLSS/kg DCO supprimée.
La croissance des boues peut aussi être représentée en fonction des valeurs DBO de l’eau usée. Les valeurs entre 0,4 et 0,7 kg MLSS/kg DBO sont souvent utilisées.
Plus la charge en boue est importante, plus le taux d’accroissement des boues est important : le partage de la matière organique disponible pour la maintenance cellulaire (énergie de dissimilation) est moins important lorsque la charge augmente. Cela engendre un plus grand partage des substances organiques (en quantité plus importantes donc) pour l’accroissement de la biomasse (= assimilation).

Efficacité d’abattement du traitement biologie

     L’efficacité de suppression d’une station d’épuration est représentée par la corrélation entre la quantité X (DCO, DBO, N, P, etc.) entrant le système avec l’eau usée et la quantité X (DCO, DBO, N, P, etc.) qui le quitte avec l’effluent. Elle est donc exprimée sous forme de pourcentage de quantité X de l’influent supprimé. Ceci peut être formulé comme suit :

En général :


  • X-efficacité abattement (%) = (X influent – X effluent)/X influent x 100


Spécifique :


  • Efficacité abattement DCO (%) = (DCO influent – DCO effluent)/DCO influent x 100
  • Efficacité abattement DBO (%) = (DBO influent – DBO effluent)/DBO influent x 100
  • Efficacité abattement TN (%) = (TN influent – TN effluent)/TN influent x 100
  • Efficacité abattement TP (%) = (TP influent – TP effluent)/TP influent x 100

Charge massique Sb (ou F/M: food to micro-organisms)

       La charge en boue correspond à la quantité de matière organique (exprimée en DBO ou DCO) pouvant alimenter 1 kilogramme de boue en 1 jour. La masse totale de boue peut être prise en compte de différentes façons : les calculs sont fait avec la concentration totale de solides en suspension dans le réacteur (MLSS – mixed liquor suspended solids), mais on peut aussi considérer la fraction organique (MLVSS – mixed liquor volatile suspended solids). Évidemment, la MLVSS est toujours en pourcentage, du fait de la fraction de résidu en cendres, plus petite que la MLSS. En conséquence, les charges en boue exprimées à partir de la MLVSS sont plus importantes.
     Une charge en boue normale se situe entre 0,15 et 0,25 kg DBO/kg MLSS.jour, des charges en dessous de 0,05 kg DBO/kg MLSS.jour sont considérées très faibles. Les très hautes charges sont celles atteignant 0,4 kg DBO/kg MLSS.jour et plus.

Charge Organique Volumique

        La charge volumique correspond à la quantité DBO ou DCO traitée par 1 m³ du volume du réacteur en un jour. La charge volumique exprime donc combien de matière organique (exprimée en unité DBO ou DCO ) peut être ajoutée au bio-réacteur pour chaque m³ de volume actif en un jour. Ceci peut être formulé comme suit :
Avec:

Charge organique journalière (kg DBO/jour) = Qin (m³/jour) x DBOin (kg DBO/m³)
Charge organique journalière (kg DCO/jour) = Qin (m³/jour) x DCOin (kg DCO/m³)

       Pour une station aérobie, on considère des valeurs s’étalant de 0,2 à 1,2 kg DBO/m³.jour comme normales. Il est une fois de plus prendre en compte les différents paramètres de dimensionnement tels que la charge organique totale, du rapport DBO/DCO, du volume du réacteur et de la concentration en boue.

Volume actif du bioréacteur

      Le volume actif représente la partie du bioréacteur ou la biodégradation prend effectivement place. Dans un système aux boues activées, le volume aéré de la station est considéré comme le volume actif du système.
      Pour un système conventionnel, on peut le formuler comme suit :

Volume actif (m³) = Volume total (m³) – Volume sédimentation (m³)

       Le volume de sédimentation d’une station conventionnelle est aussi appelé volume passif puisque l’étape de sédimentation est requise seulement pour séparer les boues de l’effluent.

Temps de Séjour Hydraulique

       Le temps de séjour hydraulique correspond au temps total requis par l’eau usée pour s’écouler à travers tout le système. Le T.S.H est calculé en divisant le volume total par le débit d’eau entrant.
       En résumé, le temps de séjour hydraulique exprime combien de jours ou heures l’eau usée est présente dans le bioréacteur. Sous forme de formule, cela donne :

T.S.H (heures) = Volume Total (m3) / Débit entrée (m3/h)

Remarque : le T.S.H dans le bassin tampon est aussi calculé.