Recirculation des filtres réactifs pour l'enlèvement des carbonates : effets de l'augmentation du pH sur la déphosphatation dans les filtres à scories d'acier

«Cette thèse répond à la problématique du phosphore présent dans l’eau usée domestique dans les applications d’assainissement autonome. Cette thèse visait à intégrer des filtres réactifs de scories d’aciérie électrique (EAF) dans un traitement secondaire avancé afin de réduire la concentration de carbone inorganique (CI) et de phosphore (P). La première étude a évalué la recirculation comme moyen de prolonger la durée de vie de ces filtres par diminution des carbonates dans un décanteur. Deux configurations de recirculation ont été testées pour précipiter les carbonates en amont du filtre : recirculation de l’effluent vers la fosse septique (en amont du réacteur à biofilm) ou vers un décanteur avant le filtre à scories. Les deux configurations ont maintenu la concentration d’orthophosphate inférieure à 0,06 mg P/L, et la recirculation vers la fosse septique n’a pas compromis l’élimination de la MES ni de la DCO. Cependant, sans isolation de l’air ambiant, la recirculation a accru la concentration de CI à l’entrée du filtre, augmentant le risque de colmatage. Les simulations montrent qu’un filtre exposé au CO2 peut présenter une longévité de 3,0 ans et l’opération de recirculation vers un décanteurs étanché la longévité peut se prolonger à 6,0 ans. Ces résultats soulignent l’importance d’empêcher l’intrusion de CO2 pour améliorer la longévité du filtre. La deuxième étude a évalué si un décanteur isolé de l’air en amont du filtre à scories pouvait réduire le CI. Des barils de filtre en scories ont été testés avec des recirculations de 50 % et 100 % dans ce décanteur. Cependant, même avec ce décanteur scellé, la recirculation n’a pas diminué le CI. Par ailleurs, la concentration en P est passée d’environ 0,2 mg P/L sans recirculation à 0,4 mg/L (50 %) puis 1,6 mg/L (100 %). Ces résultats indiquent que la recirculation seule, même avec un décanteur isolé, est insuffisante pour réduire le CI dans l’alimentation des filtres à scories. La troisième étude a exploré la plage de pH d’alimentation optimale pour le filtre à scories, en testant des recirculations de 50 % à 125 % et l’ajout de NaOH. Le pH 9,4–10,1 a entraîné une forte libération de Ca2+ (59–63 mg/L) et des concentrations finales en P de 0,2–0,3 mg P/L. Cependant, à pH > 10,8 la libération de Ca2+ a chuté à 49–53 mg/L et la concentration a atteint 1,6 mg/L. L’alcalinisation par addition de NaOH a montré des tendances similaires : à pH 10,1 et 10,8, les niveaux de Ca et de P sont similaires à ceux trouvés sous la recirculation, et porter le pH à 12,2 a annulé l’élimination du P tout en réduisant la libération de Ca à 2,5 mg/L. Les simulations suggèrent qu’un pH cible de 8,6 pour l’effluent du décanteur (28 mg C/L, 2,4 mg P/L) porterait a longévité du filtre à environ 2,6 ans.»