Réduction de la production de boues activées

Les procédés biologiques par boues activées pour le traitement secondaire des eaux usées génèrent des quantités importantes de boues en excès. Plusieurs procédés biologiques, physiques et chimiques sont envisagés pour la réduction de la production de boues. Les procédés Cannibal® et d'ozonation des boues sont efficaces pour la réduction de la production de boues. Les mécanismes de réduction de la production de boues de ces procédés demeurent toutefois mal connus. Une meilleure compréhension des mécanismes de ces procédés permettrait d'optimiser leur conception et leur application. L'objectif général de cette thèse était de déterminer les mécanismes de réduction de la production de boues activées par les procédés opérés à des temps de rétention de boues (TRB) très élevés et d'ozonation des boues. La dégradabilité des matières particulaires non biodégradables a été considérée pour des TRB conventionnels, élevés et très élevés et suite à l'ozonation des boues. Des essais de rétention complète des boues en bioréacteur à membrane (BRM) de taille démonstration alimenté par des eaux usées réelles, en alternance avec des périodes de famine, ont permis de déterminer les paramètres stoechiométriques et cinétiques associés à la production de boues sur une grande plage de taux de charge (food to microorganism ratio; F/M) et de TRB. Deux jeux de paramètres fréquemment employés en pratique pour la conception de centres de récupération des ressources en eaux (CRRE, le nouveau terme pour désigner les stations d'épuration STEP) en Amérique du Nord ont été comparés pour la calibration de la production de boues des essais à rétention complète en termes de demande chimique en oxygène (DCO), de matières volatiles en suspension (MVES) et de biomasse active (XH).

Abstract

The secondary treatment of wastewaters by the activated sludge process generates large quantities of excess sludge. Many biological, physical and chemical processes are being studied to reduce excess sludge production. The Cannibal® and the sludge ozonation processes are two promising sludge reduction processes. The mechanisms involved in the sludge reduction by these processes remains not well understood. A better knowledge of the mechanisms involved in these processes would allow to improve their design and implementation. The general objective of this thesis was to determine the mechanisms for the reduction of excess sludge production from the activated sludge in processes operated at a very long sludge retention time (SRT) and from the sludge ozonation process. Complete sludge retention experiments were conducted in a demonstration scale membrane bioreactor (MBR) fed with a real municipal wastewater and subjected to growth and famine periods to determine the stoichiometric and kinetic parameters related to sludge production over wide-ranging loading rates (food to microorganism ratio; F/M) and SRTs. The default model parameter values (YH, bH and ƒ) from two well-accepted models were compared to determine which parameter set better fitted the COD, VSS and active biomasse accumulation. These two models were selected because of their broad application by practitioners in water resource recovery facilities (WRRFs, the new designation for wastewater treatment plant, WWTPs) design and very similar sludge production and oxygen demand predictions despite dissimilar default parameter values, but different active biomass proportions.