Les systèmes de traitement des eaux usées qui combinent des installations conventionnelles avec une technologie relativement nouvelle pourraient récolter de nombreux avantages :des usines de plus petite taille, des coûts énergétiques plus faibles et plus de pollution par l'azote éliminée.

Des chercheurs de l'Université du Michigan ont démontré comment l'utilisation d'un « réacteur à biofilm aéré à membrane » (MABR) dans une configuration hybride avec des technologies traditionnelles peut surcharger le traitement. Les bioréacteurs sont les conteneurs des usines de traitement où les bactéries décomposent la matière organique dans les flux de déchets produits dans les maisons et les entreprises.

Avec un MABR dans le système, cela peut signifier fonctionner à un tiers du coût, un tiers de la taille et avec une plus grande capacité que la technologie traditionnelle à éliminer l'azote des effluents, l'eau traitée que les usines renvoient dans les rivières et les ruisseaux. La réduction des niveaux d'azote dans les effluents d'une usine peut diminuer la contamination des cours d'eau locaux et de l'eau potable, et aider à stopper la croissance des algues nuisibles.

"Nous marions MABR avec une technologie de traitement conventionnelle, profiter des atouts de chacun, " a déclaré Glen Daigger, un professeur U-M de génie civil et environnemental. "Notre travail de modélisation démontre la faisabilité d'une approche hybride et quantifie les avantages. Cela aidera à préparer le terrain pour une adoption beaucoup plus large de la technologie MABR."

La recherche de Daigger paraît cette semaine dans Science et technologie de l'eau .

La technologie sous-jacente aux MABR existe depuis plus de deux décennies, mais la commercialisation n'a commencé qu'au cours des cinq à six dernières années.

Cette performance et cette efficacité accrues découlent principalement du fait que les MABR n'ont pas besoin du même espace que les bioréacteurs d'eaux usées traditionnels. La plupart de l'espace dans ces réacteurs est utilisé pour contenir les bactéries qui décomposent les déchets humains et les restes de nourriture.

Ces bactéries ont besoin d'oxygène pour survivre, et la principale différence entre un MABR et un réacteur conventionnel réside dans la manière dont cet oxygène est fourni dans le réservoir. Un bioréacteur traditionnel utilise des diffuseurs de bulles au fond du réservoir pour libérer et pousser les bulles d'oxygène vers le haut, mais c'est un moyen de livraison inefficace.

Un MABR repose sur une "aération sans bulles". Mince, les membranes tubulaires sont recouvertes de bactéries sous la forme d'un biofilm. L'oxygène est envoyé à travers les membranes, et il passe directement aux bactéries dans le biofilm. Ce transfert direct réduit considérablement la quantité d'énergie nécessaire au processus et permet au bioréacteur d'être beaucoup plus petit.

Avec l'approche hybride MABR, moins de matière organique est nécessaire pour l'élimination de l'azote, de sorte que plus est disponible pour la conversion en biogaz qui peut être utilisé pour la production d'énergie.

« Cette approche hybride dirigera une plus grande partie de la matière organique qui entre dans la plante vers le digesteur, où sa décomposition peut créer plus de biogaz, qui peut être utilisé comme source d'énergie, " a déclaré Daigger.

Le plan de réacteur hybride conçu à U-M sera testé en conditions réelles dans les prochains mois avec une version à l'échelle de démonstration située à Nanjing, Chine avec son partenaire Nanjing Zhidao Water Technology Co., Ltd. En cas de succès, les chercheurs apporteront le système à l'usine de traitement des eaux usées de la ville d'Ann Arbor.

"À l'heure actuelle, MABR est à un point d'inflexion important dans le processus de développement technologique, " a déclaré Avery Carlson, un étudiant diplômé assistant de recherche dans le département de génie civil et environnemental de l'U-M. "Notre objectif est de démêler certaines des interactions biologiques dans une petite unité de traitement ici à Ann Arbor pour faciliter l'adoption de la technologie à plus grande échelle et dans des scénarios à fort impact immédiat ailleurs, comme l'usine pilote en Chine.

"Finalement, nous pensons que les conceptions hybrides de MABR contribueront grandement à optimiser le traitement dans les usines existantes, en jetant les bases d'une captation de ressources, station d'épuration génératrice d'énergie du futur."