Impact des propriétés des boues activées sur leur comportement rhéologique et sur le transfert d’oxygène dans les bioréacteurs aérés

Camilo Duran Quintero (1) , Yannick Fayolle (1) , Yoan Pechaud (1) , Arnaud Cockx (2) , Sylvie Gillot (1)

1 UR HBAN - Hydrosystèmes et Bioprocédés
2 LISBP - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés

Dans l’objectif de mieux comprendre l’impact des caractéristiques des boues activées sur leur comportement rhéologique et sur le transfert d’oxygène, un dispositif expérimental, constitué d'une colonne à fines bulles de 0,3 m3 alimentée en boues activées en continu et d'un rhéomètre capillaire, a été mis en oeuvre sur une station d’épuration à boues activées conventionnelle. La rétention gazeuse globale et le coefficient de transfert d’oxygène (kLa) ont été mesurés dans la colonne à bulles et le comportement rhéologique des boues a été déterminé en sortie de celle-ci. Parallèlement, plusieurs propriétés des boues activées ont été mesurées (MES, MVS, DCO, DCO soluble, tensioactifs, tension de surface et tension de surface dynamique). L’évolution des paramètres rhéologiques K et n du modèle d’Ostwald ont été déterminés pour différentes concentration en matières en suspension (MES) comprises entre 3,0 et 8,6 g/L. Par ailleurs, les mesures d’oxygénation ont montré une diminution du coefficient volumique de transfert de matière (kLa) avec l’augmentation de la concentration en MES. Cette diminution peut être en partie attribuée à la diminution de rétention de gaz (eG) liée à une augmentation de la viscosité apparente des boues. Finalement, les résultats expérimentaux ont permis d’estimer le taux de cisaillement moyen existant dans la colonne à bulles et de développer un modèle empirique liant le coefficient volumique de transfert d’oxygène (à 11°C, kLa11) à la vitesse superficielle de gaz (UG) et à la viscosité apparente des boues. / In order to better understand the impact of the characteristics of activated sludge on their rheological behaviour and on oxygen transfer, an experimental set-up, comprising a fine bubble column of 0,3 m3 continuously fed with activated sludge and a capillary rheometer, has been implemented in a wastewater treatment plant. The overall gas holdup and volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) were measured in the bubble column and the rheological behaviour of the activated sludge was determined using the column liquid effluent. Simultaneously, several properties of activated sludge were measured (MLSS, MVSS, COD, soluble COD, surfactants, surface tension and dynamic surface tension). The evolution of rheological parameters K and n from the Ostwald model was determined for a MLSS concentration ranging between 3,0 and 8,6 g/L. In a ddition, aeration test showed a decrease of the volumetric mass transfer coefficient (kLa) with increasing MLSS. This reduction can be partially attributed to a lower gas holdup (εG) associated with an increase of the sludge apparent viscosity. Finally, the experimental results were used to estimate the average shear rate in the bubble column and to subsequently obtain an empirical correlation linking the volumetric oxygen transfer coefficient (at 11°C, kLa11) to the superficial gas velocity (UG) and the apparent viscosity of the sludge = 1,6 x10-5 * UG 0,8 * μapp-0,34, where the apparent viscosity (μapp) is a function of the MLSS concentration and the average shear rate in the column.

Mots clés: BIOREACTEUR; CISAILLEMENT; BOUES ACTIVEES; TRANSFERT D'OXYGENE; RHEOLOGIE; TAUX DE CISAILLEMENT; COLONNE A BULLES; ACTIVATED SLUDGE; RHEOLOGY; SHEAR RATE; BUBBLE COLUMN

Domaines: Sciences de l'environnement; Génie des procédés

Camilo Duran Quintero, Yannick Fayolle, Yoan Pechaud, Arnaud Cockx, Sylvie Gillot. Impact des propriétés des boues activées sur leur comportement rhéologique et sur le transfert d’oxygène dans les bioréacteurs aérés. Récents Progrès en Génie des Procédés, 2013, cdrom (104), 8 p. ⟨hal-00948362⟩