Biofiltre (HU) : Différence entre versions

Version du 21 novembre 2023 à 10:55

Traduction anglaise : Biofilter

article en chantier

Dernière mise à jour : 21/11/2022

D'une façon générale, en assainissement, ce terme désigne un dispositif d'épuration à culture fixée constitué d'un lit filtrant sur lequel se développe la biomasse épuratrice ; on parle également dans certains cas de filtre biologique.

Sommaire

1 Différents types de biofiltres en assainissement
2 Station d’épuration par biofiltre immergés
- 2.1 Intérêt des biofiltres par rapport aux autres procédés
- 2.2 Principes de fonctionnement d'une station d'épuration utilisant des biofiltres

Différents types de biofiltres en assainissement

Le terme biofiltre peut cependant désigner des dispositifs très différents les uns des autres, plus ou moins compacts : lits bactériens, disques biologiques, filtres immergés, filtres à lit fluidisé.

Il est également utilisé pour désigner des dispositifs d'épuration extensif, généralement végétalisé, destiné à traiter aussi bien les eaux pluviales que les eaux usées (on parle dans ce cas de biorétention). Parmi les dispositifs de ce type on peut citer les zones humides artificielles, les noues enherbées, les bandes tampons, les filtres plantés, etc.

Selon le type de biofiltre, les mécanismes susceptibles d'être mis en œuvre incluent la filtration, l'adsorption et l'absorption. Cependant, dans les stations d'épuration, c'est essentiellement, voire uniquement, le rôle épurateur de la biomasse qui est mobilisé.

Nota : On réserve parfois le terme biofiltre aux procédés immergés, utilisant des supports granulaires, fluidisés ou non, qui sont décrits dans le paragraphe suivant.

Station d’épuration par biofiltre immergés

Le principe de la biofiltration repose sur l’utilisation d’un matériau filtrant constitué de supports granulaires dont la taille moyenne est de l'ordre de 2 à 10 millimètres, colonisé par une biomasse épuratrice et à travers lequel transite l’effluent à traiter. Les différents procédés techniques de biofiltration se distinguent par plusieurs caractéristiques (Rocher et al, 2008) :

le flux d’eau peut être ascendant ou descendant ;
les matériaux utilisés pour fixer la biomasse sont multiples (argile expansé, polystyrène, céramique, etc.), la forme des supports est également variée (voir 'figure 1) ;
la masse volumique des grains peut être supérieure à 1, dans ce cas ils reposent sur un plancher, ou inférieur à 1 et dans ce cas ils sont retenus par le plafond du réacteur ;
Le type de biomasse épuratrice présente au sein du massif filtrant dépend de l'objectif du biofiltre :
- les procédés les plus classiques utilisent une biomasse aérobie pour dégrader la pollution carbonée,
- les biofiltres permettent également le traitement de l'azote en utilisant des étapes successives de nitrification-dénitrification (Rocher et al, 2007).

Figure 1 : Exemples de supports bactériens pour biofiltres.

Intérêt des biofiltres par rapport aux autres procédés

Les supports granulaires utilisés offrent des surfaces spécifiques très importantes (plusieurs centaines de m²/m³) qui permettent d'obtenir des surfaces d'échanges eau/micro-organismes beaucoup plus grandes que celles disponibles dans les lits bactériens classiques ou les disques biologiques. De telles surfaces d'échanges ne peuvent pas non plus être obtenues dans le cas des boues activées en culture libre, car l'état floculé, nécessaire à une bonne clarification, n'est pas optimal pour la diffusion de l'oxygène et des substrats.

Ces caractéristiques permettent d'obtenir des rendements épuratoires conformes aux normes de rejets habituelles sur des ouvrages de taille réduite fonctionnant à des charges volumiques élevées (exprimées en kg DBO₅/m³/j), tant pour l'élimination de la pollution carbonée que pour la nitrification-dénitrification. Les avantages de ces systèmes biologiques immergés résident donc dans leur compacité (faible emprise au sol), leur modularité (adaptabilité de la filière de traitement au débit d’eau usée accepté sur la station) et leur caractère intensif (faible temps de séjour).

Principes de fonctionnement d'une station d'épuration utilisant des biofiltres

La figure 2 schématise le fonctionnement d'un biofiltre immergé.

Figure 2 : Schéma d'un biofiltre ; Source : Satin & Selmi, (1995)

On distingue deux grandes familles de biofiltres :

les procédés à lit fixes, correspondant aux biofiltres immergés au sens strict, dans lesquels les matières en suspension de l'effluent et les boues en excès sont retenues au sein même de l'ouvrage, sans clarification ultérieure. Des lavages périodiques de l'ouvrage, à l'air et à l'eau, permettent de régénérer le matériau support. Les eaux de lavage chargées en matières en suspension sont soit renvoyées au niveau de la décantation primaire en tête d'installation, soit traitées directement par décantation ou flottation. Les procédés à lits fixes fonctionnent à flux d'eau ascendant ou descendant, et, selon le sens du passage de l'air, soit à contre-courant, soit à co-courant ;
les procédés à lit mobiles, souvent rattachés, par extension, à la catégorie des biofiltres immergés, dans lesquels la séparation des matières en suspension de l'effluent et des boues en excès est effectuée dans un ouvrage séparé en aval. Dans les procédés à lits mobiles, la taille des matériaux support est généralement plus fine pour accroître les surfaces d'échange. Il existe deux types principaux de procédés à lits mobiles : les lits fluidisés avec dissolution préalable de l'air dans l'effluent et les lits turbulents avec introduction directe de l'air dans le réacteur (Satin & Salmi, 1995).

Bibliographie :

Satin, M., Selmi, B. (1995) : Guide technique de l’assainissement, Editions Le Moniteur ; Paris ; 664 p.
Rocher, V., Paffoni, C., Gonçalves, A., Azimi, S., Gousailles, M. (2008) : La biofiltration des eaux résiduaires urbaines : retour d’expérience du SIAAP ; Revue des sciences de l'eau / Journal of Water Science ; Volume 21, numéro 4, 2008, p. 475–485 ; disponible sur https://www.erudit.org.
Rocher, V., Paffoni, C., Gonçalves, A., Azimi, S., Winant, S., Legaigneur, V., Gousailles, M. (2007) : La biofiltration des eaux usées : comparatif technique et économique de différentes configurations de traitement ; la Houille Blanche ; 93:1 ; pp 95-102 ; disponible sur https://www.tandfonline.com

Pour en savoir plus :

Canler () : L'épuration par biofiltration ; Documentation FNDAE ; Hors série n°8 ; 33p. ; disponible sur www.fndae.fr

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 <u>Dernière mise à jour</u> : 21/11/2022
-D'une façon générale, en assainissement, ce terme désigne un dispositif d'épuration à culture fixée constitué d'un lit filtrant sur lequel se développe la biomasse épuratrice ; on parle également dans certains cas de filtre biologique.
+D'une façon générale, en assainissement, ce terme désigne un dispositif d'épuration à [[Cultures fixées (HU)|culture fixée]] constitué d'un lit filtrant sur lequel se développe la [[Biomasse (HU)|biomasse]] épuratrice ; on parle également dans certains cas de filtre biologique.
 ==Différents types de biofiltres en assainissement==
-Le terme biofiltre peut cependant désigner des dispositifs très différents les uns des autres, plus ou moins compacts : lits bactériens, disques biologiques, filtres immergés, filtres à lit fluidisé.
+Le terme biofiltre peut cependant désigner des dispositifs très différents les uns des autres, plus ou moins compacts : [[Lit bactérien (HU)|lits bactériens]], [[Disque biologique (HU)|disques biologiques]], filtres immergés, filtres à [[Lit fluidisé (HU)|lit fluidisé]].
 Il est également utilisé pour désigner des dispositifs d'épuration extensif, généralement végétalisé, destiné à traiter aussi bien les eaux pluviales que les eaux usées (on parle dans ce cas de biorétention). Parmi les dispositifs de ce type on peut citer les [[Zone humide artificielle (HU)|zones humides artificielles]], les [[Noue (HU)|noues enherbées]], les [[Bande tampon (HU)|bandes tampons]], les filtres plantés, etc.
-Selon le type de biofiltre, les mécanismes susceptibles d'être mis en œuvre incluent la [[Filtration (HU)|filtration]], [[Adsorption (HU)|l'adsorption]] et [[Absorption (HU)|l'absorption]]. Cependant, dans les stations d'épuration, c'est essentiellement, voire uniquement, la
+Selon le type de biofiltre, les mécanismes susceptibles d'être mis en œuvre incluent la [[Filtration (HU)|filtration]], [[Adsorption (HU)|l'adsorption]] et [[Absorption (HU)|l'absorption]]. Cependant, dans les stations d'épuration, c'est essentiellement, voire uniquement, le rôle épurateur de la biomasse qui est mobilisé.
-<u>Nota</u> : Même si dans le domaine de l'épuration des eaux usées on réserve souvent le terme biofiltre aux procédés utilisant des supports granulaires, les solutions de type [[Lit bactérien (HU)|lit bactérien]] ou [[Disque biologique (HU)|disque biologique]] peuvent également être classés dans cette catégorie.
+<u>Nota</u> : On réserve parfois le terme biofiltre aux procédés immergés, utilisant des supports granulaires, fluidisés ou non, qui sont décrits dans le paragraphe suivant.
-== Station d’épuration par biofiltre ==
+== Station d’épuration par biofiltre immergés==
-Le principe de la biofiltration repose sur l’utilisation d’un matériau filtrant de type granulaire colonisé par une biomasse épuratrice et à travers lequel transite l’effluent à traiter. Les procédés techniques de biofiltration, développés par les différents constructeurs, se distinguent par leurs modes de fonctionnement. Ainsi, le système d’alimentation en eau peut être placé en bas ou en haut du biofiltre; les flux d’eau étant alors ascendants ou descendants.
+Le principe de la biofiltration repose sur l’utilisation d’un matériau filtrant constitué de supports granulaires dont la taille moyenne est de l'ordre de 2 à 10 millimètres, colonisé par une biomasse épuratrice et à travers lequel transite l’effluent à traiter. Les différents procédés techniques de biofiltration se distinguent par plusieurs caractéristiques (Rocher ''et al'', 2008) :
+* le flux d’eau peut être ascendant ou descendant ;
-Le procédé d’épuration des eaux usées par biofiltre consiste à fixer des cultures bactériennes, sous forme de biofilm, sur des matériaux supports granulaires dont la taille moyenne est de l'ordre de 2 à 10 millimètres.
+* les matériaux utilisés pour fixer la biomasse sont multiples (argile expansé, polystyrène, céramique, etc.), la forme des supports est également variée (voir '''figure 1'') ;
+* la masse volumique des grains peut être supérieure à 1, dans ce cas ils reposent sur un plancher, ou inférieur à 1 et dans ce cas ils sont retenus par le plafond du réacteur ;
-===Différents types de support possibles===
+* Le type de biomasse épuratrice présente au sein du massif filtrant dépend de l'objectif du biofiltre :
+** les procédés les plus classiques utilisent une biomasse [[Aérobie (HU)|aérobie]] pour dégrader la pollution carbonée,
-Il existe aujourd'hui un grand nombre de matériaux supports, de densité supérieure ou inférieure à 1, et de forme et de porosité variés (voir ''figure 1'').
+** les biofiltres permettent également le traitement de l'azote en utilisant des étapes successives de [[Nitrification-dénitrification (HU)|nitrification-dénitrification]] (Rocher ''et al'', 2007).
 [[File:supports_bactériens.JPG|600px|center|thumb|<center>''<u>Figure 1</u> : Exemples de supports bactériens pour biofiltres.''</center>]]
-Dans tous les cas, ces matériaux support offrent des surfaces spécifiques importantes (plusieurs centaines de m<sup>2</sup>/m<sup>3</sup>) qui permettent d'obtenir de grandes surfaces d'échanges eau/micro-organismes. celles-ci sont beaucoup plus importantes que dans le cas des [[Boues activées (HU)|boues  activées]] en culture libre, où l'état floculé, favorable à une bonne clarification, n'est pas optimal pour la diffusion de l'oxygène et des substrats. La surface spécifique est également beaucoup plus importante que dans le cas des [[Lit bactérien (HU)|lits bactériens]] classiques. Ces caractéristiques permettent d'obtenir des rendements épuratoires conformes aux normes de rejets habituelles sur des ouvrages de taille réduite fonctionnant à des charges volumiques élevées (exprimées en kg DBO<sub>5</sub>/m<sup>3</sup>/j), tant pour l'élimination de la pollution carbonée que pour la [[Nitrification-dénitrification (HU)|nitrification-dénitrification]].
+===Intérêt des biofiltres par rapport aux autres procédés===
+Les supports granulaires utilisés offrent des surfaces spécifiques très importantes (plusieurs centaines de m<sup>2</sup>/m<sup>3</sup>) qui permettent d'obtenir des surfaces d'échanges eau/micro-organismes beaucoup plus grandes que celles disponibles dans les lits bactériens classiques ou les disques biologiques. De telles surfaces d'échanges ne peuvent pas non plus être obtenues dans le cas des [[Boues activées (HU)|boues  activées]] en culture libre, car l'état floculé, nécessaire à une bonne clarification, n'est pas optimal pour la diffusion de l'oxygène et des substrats.
+Ces caractéristiques permettent d'obtenir des rendements épuratoires conformes aux normes de rejets habituelles sur des ouvrages de taille réduite fonctionnant à des charges volumiques élevées (exprimées en kg DBO<sub>5</sub>/m<sup>3</sup>/j), tant pour l'élimination de la pollution carbonée que pour la [[Nitrification-dénitrification (HU)|nitrification-dénitrification]]. Les avantages de ces systèmes biologiques immergés résident donc dans leur compacité (faible emprise au sol), leur modularité (adaptabilité de la filière de traitement au débit d’eau usée accepté sur la station) et leur caractère intensif (faible temps de séjour).
 ===Principes de fonctionnement d'une station d'épuration utilisant des biofiltres===
-La ''figure 2'' schématise le fonctionnement d'un biofiltre.
+La ''figure 2'' schématise le fonctionnement d'un biofiltre immergé.
 [[File:biofiltre.JPG|500px|center|thumb|<center>''<u>Figure 2</u> : Schéma d'un biofiltre ; <u>Source</u> :  Satin & Selmi, (1995)''</center>]]
 On distingue deux grandes familles de biofiltres :
-* <u>les procédés à lit fixes</u>, correspondant aux biofiltres au sens strict, dans lesquels les matières en suspension de l'effluent et les boues en excès sont retenues au sein même de l'ouvrage, sans clarification ultérieure. Des lavages périodiques de l'ouvrage, à l'air et à l'eau, permettent de régénérer le matériau support. Les eaux de lavage chargées en [[Matières en suspension / MES (HU)|matières en suspension]] sont soit renvoyées au niveau de la décantation primaire en tête d'installation, soit traitées directement par [[Décantation (HU)|décantation]] ou [[Flottation (HU)|flottation]]. Les procédés à lits fixes fonctionnent à flux d'eau ascendant ou descendant, et, selon le sens du passage de l'air, soit à contre-courant, soit à co-courant ;
+* <u>les procédés à lit fixes</u>, correspondant aux biofiltres immergés au sens strict, dans lesquels les matières en suspension de l'effluent et les boues en excès sont retenues au sein même de l'ouvrage, sans clarification ultérieure. Des lavages périodiques de l'ouvrage, à l'air et à l'eau, permettent de régénérer le matériau support. Les eaux de lavage chargées en [[Matières en suspension / MES (HU)|matières en suspension]] sont soit renvoyées au niveau de la décantation primaire en tête d'installation, soit traitées directement par [[Décantation (HU)|décantation]] ou [[Flottation (HU)|flottation]]. Les procédés à lits fixes fonctionnent à flux d'eau ascendant ou descendant, et, selon le sens du passage de l'air, soit à contre-courant, soit à co-courant ;
-* <u>les procédés à lit mobiles</u>, souvent rattachés, par extension, à la catégorie des biofiltres, dans lesquels la séparation des matières en suspension de l'effluent et des boues en excès est effectuée dans un ouvrage séparé en aval. Dans les procédés à lits mobiles, la taille des matériaux support est généralement plus fine pour accroître les surfaces d'échange. Il existe deux types principaux de procédés à lits mobiles : les lits fluidisés avec dissolution préalable de l'air dans l'effluent et les lits turbulents avec introduction directe de l'air dans le réacteur.
+* <u>les procédés à lit mobiles</u>, souvent rattachés, par extension, à la catégorie des biofiltres immergés, dans lesquels la séparation des matières en suspension de l'effluent et des boues en excès est effectuée dans un ouvrage séparé en aval. Dans les procédés à lits mobiles, la taille des matériaux support est généralement plus fine pour accroître les surfaces d'échange. Il existe deux types principaux de procédés à lits mobiles : les lits fluidisés avec dissolution préalable de l'air dans l'effluent et les lits turbulents avec introduction directe de l'air dans le réacteur (Satin & Salmi, 1995).
 <u>Bibliographie</u> :