A. Heduit’s research while affiliated with Centre Île-de-France - Jouy-en-Josas - Antony, French National Institute for Agriculture, Food, and Environment (INRAE) and other places

This work presents a one-dimensional model of a moving bed bioreactor (MBBR) process designed for the removal of nitrogen from raw wastewaters. A comprehensive experimental strategy was deployed at a semi-industrial pilot-scale plant fed with a municipal wastewater operated at 10-12 °C, and surface loading rates of 1-2 g filtered COD/m(2) d and 0.4-0.55 g NH4-N/m(2) d. Data were collected on influent/effluent composition, and on measurement of key variables or parameters (biofilm mass and maximal thickness, thickness of the limit liquid layer, maximal nitrification rate, oxygen mass transfer coefficient). Based on time-course variations in these variables, the MBBR model was calibrated at two time-scales and magnitudes of dynamic conditions, i.e., short-term (4 days) calibration under dynamic conditions and long-term (33 days) calibration, and for three types of carriers. A set of parameters suitable for the conditions was proposed, and the calibrated parameter set is able to simulate the time-course change of nitrogen forms in the effluent of the MBBR tanks, under the tested operated conditions. Parameters linked to diffusion had a strong influence on how robustly the model is able to accurately reproduce time-course changes in effluent quality. Then the model was used to optimize the operations of MBBR layout. It was shown that the main optimization track consists of the limitation of the aeration supply without changing the overall performance of the process. Further work would investigate the influence of the hydrodynamic conditions onto the thickness of the limit liquid layer and the "apparent" diffusion coefficient in the biofilm parameters.

Des méthodes de dosage des glucides, protéines, lipides, acides aminés et urée ont été validées et appliquées au fractionnement d'eaux résiduaires domestiques et agro-alimentaires (avant et après traitement biologique). Les cinétiques de dégradation aérobie de ces différentes fractions ont également été étudiées au laboratoire. Cette étude a porté sur 13 eaux résiduaires de type domestique prélevées sur 9 sites, ainsi que sur 4 eaux résiduaires d'origine agroalimentaire. La part de la DCO expliquée est comprise entre 50 et 85% selon le cas. Le traitement biologique des eaux résiduaires urbaines accroit la part de protéines dans les phases soluble et particulaire. Pour les eaux brutes de fromagerie (riches en lipides) et d'abattoir (riches en protéines et en lipides), les protéines deviennent majoritaires dans la phase dissoute après traitement tandis que les lipides le sont dans la phase particulaire. La DCO réfractaire soluble des eaux résiduaires urbaines, de féculerie ou d'abattoir après 21 jours est comprise entre 20 et 30 mg/l, la concentration en protéines résiduelle dissoute étant voisine de 10 mg/l. La DCO réfractaire pourrait être liée à la concentration initiale en protéines des eaux usées.

This work critically reviews modelling concepts for standard activated sludge wastewater treatment processes (e.g. hydrolysis, growth and decay of organisms, etc.) for some of the most commonly used models. Based on a short overview on the theoretical biochemistry knowledge this review should help model users to better understand i) the model concepts used; ii) the differences between models and iii) the limits of the models. The seven analysed models are: (1) ASM1; (2) ASM2d; (3) ASM3; (4) ASM3+BioP; (5) ASM2d+TUD; (6) Barker&Dold model; (7) UCTPHO+. Nine standard processes are distinguished and discussed in the present work: hydrolysis; fermentation; ordinary heterotrophic organisms (OHO) growth; autotrophic nitrifying organisms (ANO) growth; OHO & ANO decay; poly-hydroxyalkanoates (PHA) storage; polyphosphate (polyP) storage; phosphorus accumulating organisms PAO) growth and PAO decay. For a structured comparison, a new schematic representation of these processes is proposed. Each process is represented as a reaction with consumed components on the left of the figure and produced components on the right. Standardised icons, based on shapes and colour codes, enable the representation of the stoichiometric modelling concepts and kinetics. This representation allows highlighting the conceptual differences of the models, and the level of simplification between the concepts and the theoretical knowledge. The model selection depending on their theoretical limitations and the main research needs to increase the model quality are finally discussed

RESUME Les dysfonctionnements biologiques dus au développement de bactéries filamenteuses posent de nombreux problèmes d'exploitation aux stations d'épuration du type boues activées. Le filament le plus souvent mis en cause dans ce type de dysfonctionnement en France est Microthrix parvicella. La solution curative la plus utilisée actuellement est la chloration, traitement efficace mais non spécifique, qui impacte également la biologie des boues activées. Une solution émergente consiste à utiliser des sels d'aluminium qui auraient une action spécifique sur M. parvicella et permettraient de préserver la microfaune et les bactéries nitrifiantes. L'objectif de cet article est d'étudier l'impact des sels métalliques, et en particulier des sels d'aluminium, sur le fonctionnement et la microbiologie des boues d'une installation à boues activées sujette à des dysfonctionnements biologiques récurrents. Les mesures réalisées ont montré une disparition des mousses en surface des bassins ainsi qu'une amélioration nette de l'indice de boues à la plus forte concentration testée (2,7 g Al 3+ (kg MES)-1 j-1). D'après les résultats obtenus en microscopie et en biologie moléculaire, cette amélioration serait due à l'agglomération des flocs et à la diminution des bactéries filamenteuses libres du type M. parvicella dans le liquide interstitiel, couplée à un effet d'internalisation des filaments dans les flocs. La biodiversité des bactéries nitrosantes et les rendements épuratoires ne semblent pas affectés par le traitement.

This work suggests a procedure to correctly calibrate the parameters of a one-dimensional MBBR dynamic model in nitrification treatment. The study deals with the MBBR configuration with two reactors in series, one for carbon treatment and the other for nitrogen treatment. Because of the influence of the first reactor on the second one, the approach needs a specific calibration strategy. Firstly, a comparison between measured values and simulated ones obtained with default parameters has been carried out. Simulated values of filtered COD, NH(4)-N and dissolved oxygen are underestimated and nitrates are overestimated compared with observed data. Thus, nitrifying rate and oxygen transfer into the biofilm are overvalued. Secondly, a sensitivity analysis was carried out for parameters and for COD fractionation. It revealed three classes of sensitive parameters: physical, diffusional and kinetic. Then a calibration protocol of the MBBR dynamic model was proposed. It was successfully tested on data recorded at a pilot-scale plant and a calibrated set of values was obtained for four parameters: the maximum biofilm thickness, the detachment rate, the maximum autotrophic growth rate and the oxygen transfer rate.

La dernière décennie a vu l’analyse du cycle de vie (ACV) s’imposer comme cadre méthodologique de référence pour l’évaluation quantitative des impacts environnementaux d’un produit ou d’un système de production. Bien que déjà largement utilisés pour les produits manufacturés et les produits de grande consommation (éco-étiquetages), son application à l’assainissement est un sujet d’étude plus récent. L’article présente des résultats d’ACV obtenus pour deux types de stations d’épuration de petites et moyennes collectivités. Il examine ensuite le système d’assainissement dans sa globalité en présentant les contributions respectives de la station et du réseau de collecte aux différents impacts environnementaux. Il dresse enfin les limites actuelles de l’approche ACV pour l’assainissement et les perspectives de son utilisation comme outil décisionnel complémentaire au choix des filières de traitement et de leur gestion technique.