Élimination biologique des nutriments
Une approche plus intelligente du traitement des eaux usées.
Comprendre le rôle de l’élimination biologique des nutriments dans le traitement des eaux usées
La pollution par les nutriments est un défi croissant pour les stations d’épuration des eaux usées qui s’efforcent de protéger les masses d’eau des excès d’azote et de phosphore. Ces nutriments, lorsqu’ils sont rejetés sans être traités, peuvent favoriser l’eutrophisation, entraînant la prolifération d’algues nuisibles, l’épuisement d’oxygène et une eau insalubre pour l’homme et la faune.
L’élimination biologique des nutriments est une solution naturelle et durable qui utilise des micro-organismes pour éliminer l’azote et le phosphore des eaux usées. Cette technique permet de réduire la dépendance à l’égard des traitements chimiques et aide les services publics à améliorer la qualité des effluents tout en minimisant l’impact sur l’environnement. En raison du resserrement de la réglementation, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de l’élimination biologique des nutriments et son rôle dans le traitement des eaux usées.
Élimination biologique des nutriments en bref
L’élimination biologique des nutriments est un processus en plusieurs étapes qui nécessite une bonne compréhension du comportement de l’azote et du phosphore dans les eaux usées. Les graphiques ci-dessous décomposent ces cycles de nutriments, aidant ainsi les services publics à optimiser leurs stratégies de traitement.
Retrait de l’azote
- L’azote total comprend les formes organiques et inorganiques de l’azote, ainsi que l’ammoniac, les nitrates et les nitrites.
- La nitrification transforme l’ammoniac en nitrate dans des conditions aérobies grâce à des bactéries nitrifiantes.
- La dénitrification transforme ensuite le nitrate produit en azote gazeux dans des conditions anoxiques, le libérant en toute sécurité dans l’atmosphère.
Ce processus est essentiel pour réduire la pollution azotée et garantir le respect des normes environnementales.
Retrait du phosphore
- Le phosphore total se compose de formes réactives et non réactives, ce qui influence sa biodisponibilité.
- Les organismes accumulateurs de phosphore éliminent le phosphore par voie biologique en passant par des conditions anaérobies et aérobies.
- La compréhension des différentes formes de phosphore, notamment le phosphore réactif soluble (PRS) et le phosphore réactif particulaire (PRP), aide les usines de traitement à optimiser leurs stratégies d’élimination.
L’élimination biologique du phosphore empêche la prolifération d’algues nuisibles et réduit la dépendance à l’égard des traitements chimiques coûteux.
Impact de l’élimination biologique des nutriments sur la qualité de l’eau
En raison du resserrement de la réglementation relative aux nutriments, les services publics de traitement des eaux usées doivent gérer de manière proactive les niveaux d’azote et de phosphore. Certains États, comme le Wisconsin, imposent désormais des limites de phosphore inférieures à 0,075 mg/L en tant que P, ce qui démontre l’urgence de solutions de traitement avancées. L’élimination biologique des nutriments constitue une stratégie rentable à long terme :
- Prévention de la prolifération d’algues nuisibles
- Amélioration de la qualité des effluents pour répondre aux normes réglementaires
- Réduction des coûts de traitement en minimisant l’utilisation de produits chimiques
- Soutenir la santé des écosystèmes aquatiques
Rôle de Kiewit dans l’élimination biologique des nutriments
Kiewit a collaboré avec les services publics pour développer des solutions d’élimination biologique des nutriments, garantissant la conformité des installations tout en optimisant les opérations. L’équipe de Kiewit a fourni les services suivants :
- Analyse des nutriments pour identifier les fractions d’azote et de phosphore dans les eaux usées
- Modernisation du système d’élimination biologique des nutriments pour améliorer l’efficacité de la nitrification et de l’élimination du phosphore
- Stratégies de conformité réglementaire pour répondre à l’évolution des normes environnementales
- Ateliers et conseils pour transmettre aux clients des connaissances et des détails techniques
- Capacités avancées de processus et de modélisation biologiques
Études de cas : Usine de recyclage des eaux usées de Largo
La station de récupération des eaux usées (WWRF) de la Ville de Largo, située à Clearwater, en Floride, constitue un excellent exemple de la façon dont le traitement biologique de l’azote et du phosphore (BNR) protège la qualité de l’eau. Traitant 68 millions de litres d’eau par jour, l’usine de traitement déversait dans Feather Sound, qui se jette dans la baie de Tampa — un écosystème estuarien sensible, vulnérable à la pollution par les nutriments. Confrontée à une ordonnance de consentement du Florida Department of Environmental Protection (FDEP), la ville s’est associée à Kiewit pour mettre en œuvre une solution de conception-construction permettant d’améliorer l’élimination de l’azote et du phosphore. Les résultats ont été significatifs :
- Azote total ramené sous la limite autorisée de 28,5 tonnes par an (moyenne mobile sur 12 mois)
- Maintien du phosphore total en dessous de la limite autorisée de 3,0 mg/l (valeur maximale pour un échantillon simple) et de 2,5 mg/l (moyenne hebdomadaire)
- Réduction de l’usage du méthanol de 15 %
Le projet comprenait des améliorations majeures, notamment des améliorations du système de filtration, la remise en état du clarificateur et de nouveaux systèmes électriques, le tout étant exécuté en maintenant les opérations. La collaboration : gage de réussite. Grâce à des ateliers d’ingénierie de la valeur, l’équipe d’entretien de la ville a identifié 2,4 millions de dollars d’économies, réinvestissant ces fonds dans des améliorations supplémentaires. La réussite du projet lui a permis à la ville de remporter le titre de projet de l’année 2023 de la DBIA de la Floride (division eau/eaux usées).
L'avenir de l’élimination biologique des nutriments et du traitement d'eaux usées durable
L’élimination biologique des nutriments est plus qu’une simple exigence réglementaire — c’est une voie vers un développement durable des ressources en eau. Alors que les services publics sont confrontés à des limites de nutriments plus strictes et à des défis d’infrastructure, Kiewit continue de fournir des solutions novatrices et rentables qui concilient conformité, efficacité et responsabilité environnementale.
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