Pour traiter les eaux résiduaires, le procédé à boues activées conventionnel reste le plus utilisé dans les pays industrialisés. Ce procédé peut être intensifié en densifiant la biomasse épuratoire. L’installation d’hydrocyclones sur la boucle d’extraction des boues, créant une pression de sélection des particules les plus denses, est l’une des méthodes de densification employées. L’objectif de cet article est d’analyser le fonctionnement d’une file de traitement par boues activées de la station d’épuration de Dijon, équipée d’une batterie d’hydrocyclones. Les performances obtenues ont été comparées à celles d’une file témoin. Les résultats montrent la nette amélioration de la capacité des boues à décanter de la file densifiée, et le maintien d’un indice de boues inférieur à 100 mL/g, même en début de période hivernale habituellement accompagné d’un foisonnement filamenteux. Les performances de traitement sur les deux files sont similaires pour le traitement du carbone. La file densifiée montre un fléchissement du flux nitrifié, lié à une limitation de l’apport d’oxygène. Des mesures complémentaires sont requises pour imputer cette limitation à la taille des particules, significativement plus élevée dans la file densifiée, ou à une capacité de transfert d’oxygène différente, en lien avec les modifications de comportement rhéologique observées. Ces mesures permettront également de préciser le bilan énergétique du système, en prenant en compte l’ensemble des modifications induites (puissances d’agitation et de pompage requises, notamment).

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Les capteurs sont utilisés en continu ou ponctuellement dans la gestion des ouvrages d’assainissement, mais les coûts d’achat et de maintenance des sondes apparaissent fréquemment trop élevés d’après les collectivités et les exploitants dont les moyens financiers sont de plus en plus contraints. Dans ce contexte, de nombreux capteurs à bas coût arrivent sur le marché, sans retour d’expérience appliqué à la problématique des eaux résiduaires. Le projet de recherche Setier (2020 à 2023), financé par l’agence de l’eau Rhône-Méditerranée-Corse et piloté par l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (Inrae), a pour objectif de faire un état des lieux des besoins sur le territoire national et tester la mise en œuvre de certains capteurs et centrales d’acquisition bon marché et DIY (Do It Yourself) qui seront sélectionnés. Deux approches méthodologiques sont abordées : i) une synthèse bibliographique des fabricants et distributeurs existant au niveau international, des publications scientifiques sur le sujet et des paramètres d’intérêt pour l’assainissement (paramètres physicochimiques, mesures de débit), et ii) une enquête nationale menée en 2020, qui recense les difficultés actuellement rencontrées par les opérateurs utilisant des capteurs ainsi que leurs besoins. Cet article décrit la démarche suivie dans le projet Setier, et rapporte les principaux résultats de l’enquête. Il décrit également le protocole d’obtention des performances des capteurs sélectionnés, qui sera mis en place sur un banc expérimental utilisant des eaux usées de différentes natures et sur des stations de traitement à taille réelle, pour des essais sur une longue période. L’objectif est de déterminer leurs limites (sensibilité, dérive, etc.) et de définir ainsi la stratégie de leur utilisation en smart monitoring pour le domaine de la valorisation et du traitement des eaux résiduaires.

Les bioréacteurs à membranes se sont largement développés ces dernières années en assainissement des eaux résiduaires urbaines. Malgré les avantages du procédé, le colmatage des membranes engendre des contraintes économiques liées aux coûts énergétiques et au remplacement prématuré des membranes. Différentes stratégies de limitation du colmatage sont mises en place, dont l’aération séquencée des membranes à l’aide de grosses bulles. Cependant, les mécanismes d’action de cette aération et l’hydrodynamique des réacteurs restent relativement méconnus, en particulier à l’échelle industrielle et en présence de boues. Un pilote semi-industriel de filtration membranaire a été conçu et installé sur l’unité de traitement des jus de Seine Aval. Ce pilote a permis d’étudier l’impact de l’aération sur les performances de filtration en couplant une analyse statistique (systèmes d’inférence floue) et une caractérisation de l’hydrodynamique du réacteur (tomographie de résistivité électrique). Des chemins préférentiels de passage des bulles ont été observés à faible débit d’air et forte concentration en matières en suspension à l’aide de la tomographie de résistivité électrique. Ces observations fournissent des éléments d’explication aux résultats de l’arbre de décision flou focalisé sur l’analyse de l’impact du débit d’air sur la dérive journalière de perméabilité. La concentration en matières en suspension des boues et la différence de demande chimique en oxygène entre le surnageant des boues et le perméat s’avèrent être les facteurs les plus impactants pour les conditions opératoires testées. Ils traduisent l’efficacité de l’aération, que ce soit en matière de répartition du champ de bulles et/ou de relargage d’éléments colmatants. Ces résultats invitent à considérer la régulation de l’aération en fonction des propriétés des boues dans les procédés industriels.