Nitrogen removal from urban wastewater by activated sludge process operated over the conventional carbon loading rate limit at low temperature

This study deals with nitrogen removal from urban wastewater employing the activated sludge process at low temperature. It aims at determining the performances and rates of nitrification, and characterising the autotrophic biomass (concentration and kinetic parameters) at 11°C and for F/M ratios higher than the conventional maximum value of 0.1 kg BOD5kg MLVSS-1d-1w (i.e. SRT around 15 d). To reach this objective, a study of a continuous activated sludge pilot plant operated under controlled conditions was undertaken for five months. Two methods were used: A combination of nitrogen mass balance on the continuous reactor and weekly tests in a separate batch reactorThe use of the Activated Sludge Model No 1 (ASM1) calibrated and validated with 6 intensive sampling test runs in the aeration tank of the pilot plant.Once it had been demonstrated that it was not possible to predict the nitrogen concentrations with the ASM1 default values recommended at 10°C, we modified 4 parameters to correctly simulate the 6 intensive sampling test runs: the autotrophic biomass maximum growth rate values (μA, maxi = 0.22 d-1 with a decay rate value of bA = 0.02 d-1), as well as three of the half-saturation constants (KNH=0.05 mg NH4-N ℓ-1, KOH=0.05 mg O2ℓ-1, and Ks=30 mg CODℓ-1). These modifications, implemented on the basis of more accurate predictions of nitrification and denitrification rates in the aeration tank, have reduced the errors of predictions for the main biological variables in the reactor and in the treated water. The sensitivity of the estimated parameter values to the accuracy of the initialisation conditions step has also been studied. It was shown that a mistake of underestimation of the sludge concentration by 6%, compared to the experimental value, has induced the overestimation of the maximum autotrophic growth rate by 7%.Keywords: activated sludge, nitrification, reaction rates, kinetics parameters, modelling wastewater treatment plant Water SA Vol. 31(4) 2005: 503-51

Élimination des micropolluants par les stations d’épuration domestiques Removal of micropollutants by wastewater treatment plants

Produits industriels, détergents, hydrocarbures, pesticides, médicaments : les stations d'épuration domestiques sont-elles efficaces pour éliminer toutes les substances chimiques issues des activités humaines retrouvées dans les milieux aquatiques? Cet article présente les principales connaissances récemment acquises relatives au comportement et au devenir des micropolluants dans les différentes filières de traitement des eaux ainsi que les perspectives d'amélioration des procédés.<br>Domestic wastewater treatment plants were not designed for micropollutants removal. They perform substantial removal of several micropollutants, mainly by sorption process onto biological sludge and by biodegradation from the liquid phase for some substances. This article presents the main recent advances on the fate of micropollutants through primary, secondary and tertiary treatment processes. It also addresses research in progress for the optimization of micropollutants removal

15. Traitement de l'eau usée

Les stations d’épuration sont construites en aval des villes, et traitent les eaux « usées » produites lors des activités domestiques (toilettes, salles de bains, cuisines…) avant rejet vers le milieu récepteur de surface. Elles éliminent la pollution carbonée, mais aussi les pollutions azotée et phosphorée générées par le métabolisme humain (urine, matières fécales). Ces installations jouent un rôle indispensable pour protéger la ressource en eau et la vie dans les milieux aquatiques. ..

Analyse et optimisation du traitement de l'azote par les boues activées à basse température

L'objectif principal de ce travail a porté sur l'optimisation du dimensionnement et de la gestion des installations de traitement des eaux usées par boues activées fonctionnant à basse température (10-12ʿC) et soumise à une contrainte de traitement poussé sur l'azote.Dans ce but, nous avons étudié la faisabilité de la nitrification à des charges massiques stabilisées supérieures à 0.1 kgDBO5.(kgMVS.j)-1. Le fonctionnement d'une installation pilote alimentée par un effluent synthétique, puis par un effluent urbain réel, a été étudié pour différentes charges massiques stabilisées à une température de 12 et 11ʿC. Les résultats très détaillés acquis en continu sur deux périodes de six mois ont suggéré le rôle et la hiérarchie des facteurs influençant la capacité de nitrification. Ils ont permis d'adapter l'outil de simulation dynamique Activated Sludge Model nʿ1 (ASM1).La double démarche expérimentale et numérique mise en œuvre a permis de dégager les rôles des conditions de fonctionnement (âge des boues, charge volumique en azote, durée de présence d'oxygène) et des propriétés de l'effluent à traiter (ratios caractéristiques, part des différentes fractions) sur les performances de traitement de l'azote et sur la composition de la boue. Les valeurs limites des paramètres de gestion (charge massique maximale, durée d'aération journalière), permettant à différentes configurations d'installation (bassin unique, réacteur avec zone d'anoxie en tête) de respecter une concentration en azote total inférieure à 10 mgN/L dans le rejet, ont pu être dégagées. Des stratégies de gestion dans le cas de variations de flux importantes en entrée d'installation (cas des zones touristiques de montagnes) ont pu être évaluées (fonctionnement à charge massique variable par adaptation de la durée d'aération, ou bien utilisation d'un bassin d'aération à volume variable).The main objective of this work concerned the optimization of design and operation of activated sludge wastewater treatment plants operating at low temperature (10-12ʿC) while enhanced nitrogen removal is required.The feasibility of nitrification at steady F/M ratios above 0.1 kgBOD5.(kgMLVSS.d)-1 for intermittently aerated plants was investigated by an approach that combined experiments and mathematical modelling. The behaviour of a pilot plant operated under well-controlled temperature and loading conditions, and fed by synthetic influent and by real domestic wastewater was monitored. The highly detailed results collected during two periods of six months helped us to clarify the magnitude of influence of the main factors (sludge retention time, nitrogen volumetric load, daily aeration time) on nitrification capacity. The Activated Sludge Model nʿ1 was used as a dynamic simulation tool. Its parameters describing the nitrifier growth were adapted to be able to reproduce the experimental observations.This work highlighted the influence of the operating conditions (sludge age, nitrogen volumetric loading, daily aerobic time) and of the influent characteristics (typical ratios, fractions) on the nitrogen removal performance and the sludge composition. The threshold values of operating parameters (maximum F/M ratio, daily aeration time) were determined to maintain the effluent total nitrogen concentration below 10 mgN/L, for plants with a single tank and for those with a predenitrification tank. Best operation strategies were defined for plants with strong influent load variation (case of tourist resorts), by either keeping a fixed volume and increasing the F/M ratio and the aeration time, or by using a variable volume tank.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Prévoir et prévenir la dérive vers le colmatage d'un biofiltre

International audienceBiofiltration is a compact and efficient technology for the treatment of urban effluents, and is well established in France and worldwide. However, some facilities are regularly affected by irreversible clogging, requiring heavy operations to restore the treatment capacity. Given the multiplicity of possible causes and the dynamic of the facilities, detecting the drift towards irreversible clogging requires a very good knowledge of the processes, the design, the history of the operating conditions, and the limits of the facilities. The work presented here proposes a systematic method for multi-criteria analysis of the operating data of a biofiltration facility in order to control the events of irreversible clogging. It defines the descriptors to follow and their frequency of determination. It presents the method for defining the reference state to which the operating conditions should be compared. This method is illustrated with data covering a period of operations of more than two years of a full-scale plant. We have shown that the analysis of the occurrence of irreversible clogging and the determination of the possible causes can be carried out through the careful analysis of the hydraulic load, the COD and/or TSS volume loads, the concentrations and the biodegradable fraction of the water to be treated, the filtration duration, or through the analysis of the operating conditions of the primary treatment (backwash water). The method also relies on criteria specifically created to confirm and locate irreversible clogging over time, such as pressure drops and void volume (porosity) at the beginning of a filtration cycle (after washing). Using this method, predicting the occurrence of irreversible clogging will reduce the constraints and costs of operations, as well as the environmental impact of the biofiltration process.La biofiltration est une technologie compacte, efficace pour le traitement des effluents urbains, et bien implantée en France et dans le monde. Certaines installations sont toutefois régulièrement touchées par un colmatage irréversible nécessitant des interventions lourdes pour rétablir la capacité de traitement. Compte-tenu de la multiplicité des causes possibles et du caractère dynamique du fonctionnement des installations, détecter la dérive vers le colmatage irréversible nécessite une très bonne connaissance des processus, du dimensionnement, de l’historique de fonctionnement et des limites d’exploitation des installations. Le travail présenté ici propose une méthode systématique d’analyse multicritères des données de fonctionnement d’une installation de biofiltration en vue de maitriser les étapes menant au colmatage sans atteindre le stade irréversible. Il définit les descripteurs à suivre et leur fréquence de détermination, et présente la méthode de définition de l’état de référence auquel les conditions de fonctionnement doivent être comparées. Cette méthode est illustrée avec des données couvrant une période de plus de deux ans de suivi d’une installation réelle. Nous avons montré que l’analyse de la survenue du colmatage irréversible et la détermination des causes possibles peuvent être réalisées à partir de l’analyse minutieuse des charges hydrauliques, des charges volumiques en DCO et en MES, des concentrations de l’eau à traiter à l’entrée de la biofiltration et de la fraction biodégradable, de la durée de filtration, ou encore à travers l’analyse des conditions de fonctionnement du traitement primaire en intégrant l’impact des retours et plus particulièrement les eaux de lavage des biofiltres. La méthode s’appuie également sur des critères créés spécifiquement pour confirmer et situer le colmatage irréversible dans le temps, tels que les pertes de charge et le volume de vide (porosité) au début d’un cycle de filtration (après lavage). La prédiction et la prévention de la survenue d’un colmatage irréversible par cette méthode permet l’amélioration des performances épuratoires, la fiabilité du fonctionnement de la biofiltration et donc la réduction des coûts d’exploitation et de l’impact environnemental

Direct photodegradation of 36 organic micropollutants under simulated solar radiation: Comparison with free-water surface constructed wetland and influence of chemical structure

International audienceMicropollutants such as pharmaceuticals and pesticides are still found in treated municipal effluent and are discharged into the natural environment. Natural direct photodegradation may be one pathway for removing these micropollutants in treatment processes such as free-water surface constructed wetlands (CW). This work was set out to evaluate the half-life (t 1/2) of direct photodegradation of 36 micropollutants under controlled conditions of light exposure close to solar radiation. The results allowed to classify the micropollutants into three groups (fast, medium and slow). Seven micropollutants were classified in the fast group with t 1/2 between 0.05 h and 0.79 h, 24 in the medium group with t 1/2 between 5.3 h and 49.7 h, and five in the slow group with t 1/2 between 56 h and 118 h. The t 1/2 values obtained in laboratory were compared with those from a CW receiving treated wastewater. Correction factors were calculated to adjust the in situ data for the light intensity in laboratory and improved the correspondence especially for the micropollutants of the fast and medium groups. Finally, an innovative method based on statistical tests highlighted the chemical functions characteristic of micropollutants sensitive to photodegradation (OH-C˭O, C˭N-O-, =N-OH,-CH=N,-O-P˭O,-C˭C-) and with low sensitivity (-OR ,-Cl)

Upgrading wastewater treatment plants to urban mines: Are metals worth it?

International audienc

Modeling nitrogen removal in a vertical flow constructed wetland treating directly domestic wastewater

The present work deals with modeling of the fate of nitrogen through a vertical flow constructed wetland (VFCW) using gravel, treating directly domestic raw wastewater. The experimental design of the work involved lab-scale and full-scale experiments to calibrate the multi-component reactive transport model for constructed wetlands (CW2D). Besides measured values for the hydraulic parameters and the maximum autotrophic growth rate, we calibrated two other parameters (oxygen re-aeration rate and adsorption coefficients of ammonium) to reduce the difference between predictions and measurements. The obtained model determined the time-variation of nitrogen concentrations in the effluent with reasonable performances. With the use of the modelwedemonstrate that, during feeding period, the ammonium was significantly adsorbed onto organic matter besides conversion into nitrates; the adsorbed mass of ammonium was nitrified during the rest period provoking high nitrates concentrations during the first two subsequent batches. We also demonstrated that heterotrophic biomass was mainly present in the sludge layer (first 20 cm), whereas autotrophic biomass was located in the first 50cm of the VFCW (sludge and 30cm biomat)

Quelles opportunités de récupération des métaux dans la station d'épuration aujourd'hui ?

International audienc