Oxygène (aération/mélange)

L’apport d’oxygène est indispensable pour oxyder la matière organique et l’ammonium grâce à la biomasse présente. Un manque d’oxygène influence immédiatement l’efficacité d’abattement. L’oxygène doit être fourni sous forme dissoute, d’où le terme oxygène dissous, “Dissolved Oxygen” en anglais (= D.O.).

Une concentration D.O. minimale entre 1 et 2 mg O2/L doit être conservée dans le bassin d’aération.

Dans un système aux boues activées, 3 procédés nécessitent l’apport d’oxygène :

• Respiration du substrat : oxydation du substrat (0,6 kg O2/kg DBO).
• Respiration endogène : maintenance cellulaire (0,08 - 0,15 kg O2/kg MLSS*jour).
• Nitrification : conversion de l’ammonium en nitrate (4,6 kg O2/kg N).

L’approvisionnement en O2 peut être effectué à l’aide d’aérateurs de surface (amène l’eau en contact avec l’air environnant), d’une aération à fines bulles (injection de petites bulles d’air dans l’eau) ou d’un aérateur immergé. Il arrive parfois que de l’oxygène pur soit utilisé pour l’aération de station d’épuration.

L’aération consiste en 2 procédés de base :

• Processus physique : l’oxygène est dans l’eau et ensuite transporté vers les flocons de boue (diffusion et turbulence).
• Processus biochimique : avant que l’oxygène puisse être utilisé par les cellules organiques, les molécules d’O2 doivent être diffusées à travers la membrane cellulaire.

Evidemment, le transfert d’oxygène dans un système biologique est influencé par de nombreux facteurs : composition de l’eau usée, température, type d’aération, caractéristiques des boues et configuration du réacteur. Cependant, ceci est un sujet compliqué et ne sera pas étudié en détail.

Une déficience en oxygène dans une station d’épuration peut être causée par :

• Surcharge organique : charge > charge maximale définie.
• Trop de matières grasses, huiles ou autres surfactants dans le bioréacteur.
• Concentration en boue trop importante : impact négatif sur le taux de transfert d’oxygène et augmentation de la respiration endogène.
• Amas volumineux de boue : boue filamenteuse (Nocardia).
• Mauvais fonctionnement du système d’aération.

La concentration en oxygène dissous peut être plus faible à l’endroit où l’eau usée arrive dans le bassin d’aération. La demande en oxygène est ici plus forte (plus de substrat libre disponible), d’où la création d’un gradient de D.O. dans le bioréacteur mélangé.

Un manque prolongé d’oxygène peut conduire à :

• Diminution de l’efficacité d’abattement.
• Formation d’une biomasse filamenteuse, donc moins bonne décantabilité.
• Nuisance olfactive, due à la formation d’acides volatiles et H2S dans des conditions anaérobies.
• Arrêt total des réactions de nitrification (= oxydation de NH4+-N) et donc plus de suppression d’azote.

Des concentrations d’oxygène trop élevées n‘influencent pas directement l’efficacité d’abattement, mais les concentrations de D.O. > 5 mg O2/L doivent être évitées car :

Zone aéré (bassin biologie)

• Gaspillage d’énergie;
• Plus petits flocons (= mauvaise décantabilité /effluent turbide).
• Peut être à l’origine de la formation de filaments.