Filtres biologiques : types, charges et fonctionnement

Filtres biologiques

Types et caractéristiques des filtres biologiques

Les filtres biologiques sont une méthode de traitement biologique artificiel développée à partir de filtres à sable intermittents et de filtres de contact. Dans un filtre biologique, les eaux usées sont réparties uniformément sur la surface du filtre par un distributeur, tandis que le filtre est rempli de média filtrant. Les eaux usées s'écoulent vers le bas à travers les vides du média filtrant jusqu'au fond du réservoir. Lors de leur passage à travers le filtre, les matières en suspension sont retenues par le média filtrant, tandis que les substances colloïdales et dissoutes sont adsorbées à sa surface. La matière organique des eaux usées favorise une croissance microbienne rapide, et ces micro-organismes adsorbent à leur tour les substances en suspension, colloïdales ou dissoutes, formant progressivement un biofilm. Une fois le biofilm mature, les micro-organismes qui l'habitent métabolisent les polluants organiques présents dans les eaux usées en nutriments, facilitant ainsi l'adsorption et l'oxydation. Ainsi, les eaux usées sont purifiées lors de leur passage dans le filtre biologique.

Les types courants de filtres biologiques comprennent les biofiltres conventionnels, les biofiltres à haut débit et les biofiltres à tour. Le tableau 1-1 répertorie les paramètres fondamentaux de ces trois types.

Taux de charge des filtres biologiques

Les taux de charge des filtres biologiques sont classés en charge organiqueet chargement hydraulique.

• Chargement hydraulique: Désigne le volume quotidien d'eaux usées pouvant être traité par unité de volume de média ou par unité de surface du filtre tout en garantissant la qualité des effluents. Le premier est appelé chargement volumétrique hydraulique, avec des unités de m³/(m³·j), tandis que ce dernier est appelé charge hydraulique de surface, avec des unités de m³/(m²·j)ou m/d (également appelé taux de filtration). Si un système de recirculation est utilisé, le calcul de la charge hydraulique doit inclure le débit recirculé.

• Charge organique: Fait référence à la quantité de matière organique entrant ou éliminée par unité de volume de média filtrant par jour, également appelée charge volumétrique organique, avec des unités de kg DBO₅/(m³·j)Ce dernier représente la capacité d'oxydation du biofiltre, tandis que le premier doit spécifier l'efficacité d'élimination pour refléter fidèlement la performance du filtre. Essentiellement, le taux de charge organique reflète la capacité de traitement du filtre biologique.

Pour les biofiltres conventionnels traitant les eaux usées domestiques ou les eaux usées municipales composées principalement d'eaux usées domestiques, la charge hydraulique typique varie de 1–3 m³/(m²·j), et la charge volumétrique de la DBO est généralement 0,15–0,30 kg DBO₅/(m³·d).

Caractéristiques des filtres biologiques

Le plus grand avantage des filtres biologiques est leur construction simple, facilité d'utilisation, et la capacité de résister aux chocs des eaux usées toxiques ou organiquesCela s'explique par le temps de rétention hydraulique (TRH) relativement court des biofiltres : même si les micro-organismes de surface sont éliminés, une nouvelle couche de biomasse intacte est exposée. Cependant, si la charge de choc d'eaux usées toxiques ou de matières organiques persiste pendant une période prolongée, ou si des substances toxiques s'accumulent dans le biofilm, l'efficacité du traitement du biofiltre sera gravement affectée.

Comme les micro-organismes se développent en se fixant à la surface fixe du média filtrant, la biomasse du réacteur ne peut s'adapter dynamiquement aux variations environnementales. Il n'existe donc aucune méthode efficace pour contrôler la qualité des effluents. Par conséquent :

• Si la concentration ou le débit de l’influent augmente (c’est-à-dire que la charge organique ou hydraulique augmente), la qualité de l’effluent se détériore.

• Si la température d’entrée ou la température ambiante diminue, le taux d’élimination du substrat diminue également.

Cette nature de film fixe limite la flexibilité opérationnelle mais assure la stabilité sous des variations modérées.