La durée de vie typique des équipements de traitement des eaux usées varie selon le type, les matériaux et l'entretien, mais se situe généralement entre 10 et 50 ans. Les équipements souterrains durent environ 15 ans, voire plus, tandis que les structures en acier inoxydable ou en fibre de verre peuvent durer jusqu'à 50 ans. Les composants essentiels, tels que le système d'osmose inverse, nécessitent un remplacement régulier.

Le choix du traitement des eaux usées industrielles dépend du type et de la concentration des polluants, ainsi que des caractéristiques spécifiques de l'industrie. On utilise généralement des procédés physiques, chimiques, biologiques ou une combinaison de ces procédés.

Le choix d'un produit chimique pour le traitement des eaux usées nécessite une analyse approfondie des caractéristiques de la qualité de l'eau, des procédés de traitement, du rapport coût-efficacité et des exigences environnementales. Les produits chimiques de haute qualité doivent présenter une grande efficacité (faible consommation globale), une efficacité de traitement élevée (taux d'élimination des polluants élevés), ne pas introduire de nouveaux polluants, être inoffensifs pour l'homme et ne pas endommager les systèmes biochimiques ni les équipements.
Élimination des métaux lourds : Un précipitant (tel que le sulfure de sodium ou l'hydroxyde de sodium) est ajouté pour former un précipité peu soluble.
Élimination de l'azote et du phosphore : Des agents d'élimination ciblée du phosphore (tels que le chlorure ferrique ou la chaux) ou des dénitrifiants sont utilisés.
Matière organique réfractaire : des oxydants avancés (comme l’ozone) peuvent être utilisés pour décomposer sa structure.

Le prix d'un évaporateur MVR varie considérablement en fonction de facteurs tels que l'échelle de traitement, le matériau et la configuration. Veuillez contacter directement notre service client pour plus de détails.
Matériau : Le titane coûte plus de 50 % plus cher que l'acier inoxydable, mais il est plus résistant à la corrosion.
Configuration : La marque du compresseur, son niveau d'efficacité énergétique et son système de contrôle intelligent influencent considérablement le prix.
Échelle de production : Plus l'échelle est grande, plus le coût est élevé.

Un évaporateur est un appareil qui vaporise et élimine le solvant d'une solution par chauffage, ce qui permet d'obtenir une solution concentrée ou un solide. On distingue différents types d'évaporateurs selon leur structure, leur principe de fonctionnement et leur application : évaporateurs tubulaires, évaporateurs à plaques, évaporateurs à film raclé, évaporateurs à effets multiples, évaporateurs MVR et évaporateurs basse température.

D’une manière générale, lorsque l’environnement et les ressources sont endommagés et que l’équilibre écologique est perturbé, il faut des décennies, voire des centaines d’années, pour que le système se rétablisse, et parfois il est impossible qu’il se rétablisse tout court.

La série de normes ISO 14000 est une norme de management environnemental élaborée par le Comité technique de management environnemental de l'Organisation internationale de normalisation (ISO). Son principe directeur est « gestion intégrée, prévention de la pollution et amélioration continue », représentant une innovation dans la réflexion et les méthodes de management environnemental. L'ISO 14000 impose des normes et des réglementations très strictes, avec des normes de vérification correspondantes pour chaque processus de production et chaque étape de la gestion, de l'achat des matières premières à la livraison des produits finis. Ce système prévient rigoureusement la génération de polluants pendant le processus de production et garantit leur gestion efficace. Le traitement des eaux usées n'est qu'un volet de la série de normes ISO 14000. Actuellement, des programmes pilotes et la mise en œuvre de la série ISO 14000 sont en cours dans plusieurs grandes villes et grandes entreprises chinoises. La certification de qualité environnementale ISO 14000 est considérée comme un « passeport vert » reconnu sur le marché international. Cette certification garantit un accès incontestable aux marchés internationaux. De nombreux pays ont annoncé que les importations de biens et de produits non certifiés en matière de management environnemental seraient soumises à des restrictions de quantité et de prix. Par conséquent, dans le cadre de notre intégration progressive au marché international, la certification de qualité environnementale ISO 14000 est pleinement mise en œuvre dans toutes les entreprises nationales, au même titre que la norme ISO 9000 (normes de management de la qualité). Ainsi, du point de vue des normes de management environnemental, nous devons non seulement veiller à un traitement efficace des eaux usées à la source de pollution, mettre en œuvre une gestion environnementale rigoureuse et garantir la conformité des effluents traités aux normes de rejet, mais aussi déployer activement une gestion de la production propre à la source afin de prévenir et de réduire la pollution.

La protection de l'environnement est devenue un principe fondamental de la politique nationale pour le développement durable de l'économie de mon pays. Par conséquent, le traitement des eaux usées doit être conforme aux lois, réglementations et politiques environnementales de mon pays. Lors de la planification et de la conception de la protection de l'environnement, il est nécessaire d'intégrer les perspectives de production aux concepts écologiques et à la protection de l'environnement, et de combiner le traitement des eaux usées à l'amélioration des procédés de production et à la mise en œuvre d'une production propre. Grâce à une analyse et une vérification systématiques, un plan de traitement plus adapté peut être élaboré. Les principaux principes de la gestion environnementale peuvent être résumés comme suit :
(1) Supprimer les produits non rentables. Pour certains produits traditionnels, de faible valeur et sources de déchets dont le traitement des eaux usées est extrêmement complexe, il convient de les remplacer par des produits de haute technologie et à forte valeur ajoutée. Si le profit annuel d'un produit ne suffit pas à couvrir les coûts annuels de traitement des eaux usées, sa production doit être arrêtée et il convient de le remplacer par des produits moins polluants et plus faciles à traiter.
(2) Renforcer la gestion et réduire la pollution. La gestion d'entreprise est un facteur essentiel de prévention et de contrôle de la pollution. Par exemple, les fuites d'équipement, les accidents de production ou les rebuts de produits dus au non-respect des procédures d'exploitation génèrent d'importantes quantités d'eaux usées fortement concentrées. Le recours excessif à l'eau pour le nettoyage des équipements et des sols accroît également le volume des eaux usées. Enfin, l'absence de séparation des eaux de refroidissement et des eaux usées de production en flux « clairs » et « turbides » augmente la quantité d'eaux usées et complexifie leur traitement.
(3) Mise en place de petites stations d'épuration régionales. Dans les zones à forte concentration industrielle, il n'est pas nécessaire d'appliquer le principe du « pollueur, pollueur ». Il convient plutôt de renforcer la coopération entre les entreprises et d'envisager une approche globale de la lutte contre la pollution. Si nécessaire et possible, les eaux usées de chaque usine peuvent être traitées de manière centralisée et une station d'épuration unifiée peut être créée afin de mettre en œuvre le principe du « pollueur, pollueur ». La qualité des eaux usées varie d'une usine à l'autre en fonction de la nature des produits (par exemple, certaines sont acides, d'autres alcalines). Un traitement conjoint permet de réduire les coûts liés aux agents neutralisants. Certaines usines rejettent des eaux usées à forte salinité et faible DCO, tandis que d'autres produisent des eaux usées à forte concentration et facilement biodégradables. Un traitement séparé de ces eaux usées serait complexe. En revanche, un traitement biochimique conjoint permettrait d'améliorer la qualité de l'eau, de simplifier le traitement et d'en accroître l'efficacité.
(4) Améliorer le taux de recyclage de l'eau
Afin de réduire la quantité d'eaux usées, il convient d'agir en priorité à la source de leur production. Par exemple, le recyclage ou la réutilisation de l'eau permet d'améliorer le taux de recyclage et de minimiser les rejets. À l'étranger, certaines entreprises de pointe affichent un taux de recyclage de l'eau supérieur à 96 %, tandis qu'à Shanghai, ce taux reste faible (20 à 30 %), laissant un potentiel considérable. Améliorer le recyclage des eaux de production permettrait non seulement de réduire la pollution environnementale, mais aussi de limiter les prélèvements d'eau douce, contribuant ainsi à atténuer la raréfaction croissante de cette ressource. Lors du traitement des eaux usées, il est également important d'envisager le recyclage des eaux traitées.
(5) Recyclage et valorisation complète
Les polluants présents dans les eaux usées sont des matières premières, des produits semi-finis, des produits finis et des milieux réactionnels (tels que des solvants) qui y sont introduits lors du processus de production. En particulier, certaines réactions chimiques dans la production de produits chimiques fins sont souvent à risque, et la séparation des produits y est parfois insuffisante. Par conséquent, les eaux usées contiennent souvent une certaine quantité de substances utiles, notamment dans les eaux-mères. Le rejet de ces polluants est néfaste pour l'environnement. Cependant, leur recyclage ou leur valorisation permet de transformer les déchets en ressources et les inconvénients en avantages ; on peut également traiter les déchets en y intégrant d'autres déchets, en compensant leurs faiblesses par leurs atouts, et mettre en œuvre une gestion intégrée permettant de réduire les coûts de traitement des eaux.

Pour remédier au décalage actuel entre l'application et la gestion de la protection de l'environnement et les plaintes du public, Shanghai a mis en place une ligne d'urgence environnementale, le 62863110, connue sous le nom de « 110 pour la protection de l'environnement ». Ce numéro sera simplifié en 63110 (homophone de « 110 vert »). Il s'agit du premier « 110 pour la protection de l'environnement » du système national de protection de l'environnement. À mesure que les efforts de protection de l'environnement s'intensifient, des lignes d'urgence environnementales seront déployées dans tout le pays.
La ligne d'assistance téléphonique d'urgence environnementale a pour missions : de recevoir et de traiter les signalements d'incidents de pollution majeurs survenant dans toute la ville ; de recevoir les signalements de rejets polluants illégaux, tels que les rejets directs et illégaux ; de recevoir et de traiter les incidents causés par des problèmes environnementaux susceptibles d'engendrer des troubles sociaux ; et d'assister les services compétents dans la gestion des incidents majeurs pouvant avoir un impact sur l'environnement. Pour les autres problèmes de pollution environnementale ne nécessitant pas d'intervention sur place, la ligne d'assistance téléphonique d'urgence environnementale est disponible 24 h/24 pour recevoir les signalements du public dans les zones susmentionnées.
Pour les entreprises polluantes, le lancement de la loi 110 sur la protection de l'environnement est à la fois une source de pression et de motivation. Seule une gestion et un contrôle rigoureux de la pollution nous permettront de résister au contrôle des organismes chargés de l'application de la loi environnementale et du public.

Les eaux usées et les polluants qu'elles contiennent sont des sous-produits du processus de production. Par conséquent, la réforme de ce processus et la mise en œuvre d'une production propre sont des mesures fondamentales pour éliminer ou réduire les risques liés aux eaux usées. La réforme des procédés et des équipements permet d'éliminer les eaux usées du processus de production, ce qui améliore le taux d'utilisation des matières premières et auxiliaires et réduit les coûts de traitement. Ce travail doit être mené conjointement par les ingénieurs de production et les ingénieurs environnementaux. Il est essentiel de reconnaître que la protection de l'environnement n'est pas la seule responsabilité des ingénieurs environnementaux ; la maîtrise des sources de pollution est également indispensable pour une gestion efficace des eaux usées. Ainsi, lors de la conception des procédés et de la production pilote, il convient d'anticiper les problèmes de pollution environnementale potentiels. Lors du choix d'une voie de synthèse, privilégiez les procédés de production non polluants ou à faible impact environnemental, choisissez la voie présentant le taux d'utilisation des matières premières le plus élevé, évitez ou réduisez l'utilisation de substances biodégradables, toxiques ou nocives, y compris les matières premières, les auxiliaires et les solvants, et renforcez la récupération et la valorisation des solvants et des sous-produits. Les méthodes spécifiques sont approximativement les suivantes :
(1) Adoption de nouveaux procédés, de nouvelles technologies et de nouvelles voies de production. Premièrement, il convient de vérifier les proportions des ingrédients dans le processus de production. L'utilisation de matières premières fortement polluantes et dépassant les proportions théoriques doit être réduite afin d'accroître le taux d'utilisation des matières premières et d'améliorer le traitement des eaux usées. Dans la production chimique, de nouvelles voies de production sont parfois adoptées, permettant non seulement d'améliorer les niveaux de production, mais aussi de résoudre les problèmes de traitement des eaux usées. Par exemple, auparavant, la matière première de l'acide isonicotinique, un médicament antituberculeux, devait être préparée par oxydation électrolytique à l'aide d'acide sulfurique comme électrolyte. Le volume d'eaux usées acides générées par ce procédé était important et difficile à traiter. Désormais, la nouvelle technologie d'oxydation catalytique à l'air est utilisée pour réaliser la réaction dans un lit fluidisé. Le volume d'eaux usées est également réduit, et le problème de la pollution est plus facile à résoudre.
(2) Remplacement des matières premières et auxiliaires. Il s'agit d'une méthode courante, comme le remplacement des matières premières hautement toxiques ou extrêmement toxiques par des matières premières non toxiques ou peu toxiques, et le remplacement des substances biodégradables par d'autres substances biodégradables. De plus, il est nécessaire d'éviter ou d'utiliser des substances moins réglementées par les normes d'émission, en particulier certaines substances soumises à des exigences strictes, afin de réduire la charge du traitement des eaux usées. Par exemple, les exigences relatives à la concentration d'azote ammoniacal dans les eaux usées sont désormais plus strictes, ce qui impose de réduire au maximum l'utilisation d'ammoniaque ou d'ammoniac liquide lors de la production. Auparavant, lors de l'ajustement du pH des eaux usées, certains procédés de traitement utilisaient de l'ammoniaque, ce qui entraînait une concentration d'azote ammoniacal trop élevée dans l'effluent et compliquait le traitement biochimique des eaux usées. Selon le même principe, il convient de réduire l'utilisation de dichromate de potassium comme oxydant et de composés nitrés et d'hydrocarbures chlorés comme solvants. Lors du choix d'un solvant, outre le respect des exigences du processus de production, il convient également de tenir compte de sa biodégradabilité et de sa toxicité.
(3) Sélectionner un nouveau procédé de post-traitement pour réduire ou éliminer la pollution du processus de production. Cette méthode est particulièrement utile aux techniciens de l'industrie chimique. Par exemple, en synthèse organique, la méthode de dilution des réactifs par ajout d'eau (séparation aqueuse) est fréquemment utilisée pour précipiter les produits de réaction à partir du solvant organique. La liqueur-mère issue de cette séparation est riche en eau, et le solvant organique (comme le méthanol, l'éthanol et autres solvants hydrosolubles) qu'elle contient est difficile à récupérer. Ce solvant est alors rejeté dans les eaux usées et contribue à la pollution. Si la majeure partie du solvant est récupérée par distillation avant dilution, la teneur en matières organiques des eaux usées peut être considérablement réduite. Afin de garantir la qualité des produits finaux, les produits de réaction ou les intermédiaires doivent souvent être lavés pour éliminer les impuretés. La pertinence de cette opération de lavage a un impact considérable sur le niveau de pollution des eaux usées. Cependant, grâce à une nouvelle technologie de post-traitement, les eaux de lavage peuvent être totalement éliminées pendant le processus, permettant ainsi d'atteindre un rejet zéro polluant. Une trop forte concentration en sel dans les eaux usées inhibe la croissance et la reproduction des micro-organismes et compromet l'efficacité du traitement biochimique. Pour pallier cette difficulté, un nouveau procédé de post-traitement peut être mis en œuvre. Par exemple, une usine utilise le p-nitrochlorobenzène et l'hydroxyde de sodium dans le méthanol pour produire du p-nitroanisole. Le procédé initial de post-traitement consiste à laver à l'eau pour éliminer le NaCl présent dans les réactifs. Cette opération génère un volume important d'eaux usées à forte concentration en sel, ce qui complique le traitement biochimique ultérieur. L'usine a ensuite amélioré le procédé de post-traitement en filtrant d'abord le NaCl contenu dans les réactifs (phase organique), puis en lavant à l'eau et en précipitant le p-nitroanisole. Ce procédé amélioré a permis de réduire de moitié le volume des eaux usées, de récupérer 97,4 % du sel qu'elles contenaient, de diminuer la charge organique de 58,7 % et d'améliorer considérablement leur biodégradabilité.
(4) Renforcement de la récupération des solvants. Dans la plupart des usines de production de matières premières chimiques, la proportion de solvants utilisés dans les matières premières et les produits auxiliaires est très élevée. On peut donc affirmer que la charge organique de nombreuses eaux usées de production provient essentiellement des solvants. Par conséquent, une attention particulière et une récupération efficace des solvants constituent non seulement une mesure importante pour prévenir et réduire la pollution, mais aussi un moyen important de réduire les coûts, d'accroître l'efficacité et d'améliorer la rentabilité, offrant ainsi un double avantage environnemental et économique. Par exemple, une usine pharmaceutique de Shanghai produisant des hormones émet quotidiennement une charge organique totale (DCO) de 8 tonnes, ce qui en fait l'un des principaux pollueurs de la région. La gestion environnementale de l'usine a commencé par la récupération des solvants. Les eaux usées contenant le même solvant, appelées liqueur-mère, ont été collectées et recyclées. De ce fait, le rejet quotidien total de charge organique dans les eaux usées a été réduit de 8 à 3 tonnes. Les revenus issus de la récupération des solvants ont dépassé les coûts d'exploitation de la station d'épuration.

Les eaux usées contiennent de nombreuses substances organiques, souvent des dizaines, voire des centaines. L'analyse qualitative et quantitative de chaque substance organique est longue et coûteuse en produits chimiques. Dès lors, est-il possible d'utiliser un indicateur de pollution unique pour représenter toutes les substances organiques présentes dans les eaux usées et leurs quantités ? Les recherches menées par les scientifiques de l'environnement ont révélé que toutes les substances organiques partagent deux caractéristiques communes : premièrement, elles sont composées d'au moins un atome de carbone et un atome d'hydrogène ; deuxièmement, la grande majorité d'entre elles peuvent être oxydées chimiquement ou biologiquement, leur carbone et leur hydrogène réagissant avec l'oxygène pour former respectivement du dioxyde de carbone et de l'eau, deux substances inoffensives. Qu'elle soit oxydée chimiquement ou biologiquement, l'oxydation des substances organiques dans les eaux usées consomme de l'oxygène. Plus la quantité de matière organique est importante, plus la consommation d'oxygène est élevée, et les deux sont directement proportionnelles. Les scientifiques de l'environnement désignent donc la quantité d'oxygène consommée lors de l'oxydation chimique des eaux usées par le terme de demande chimique en oxygène (DCO), et la quantité d'oxygène consommée lors de l'oxydation biologique par les micro-organismes par le terme de demande biochimique en oxygène (DBO). Étant donné que la DCO et la DBO reflètent de manière exhaustive la quantité de toute la matière organique présente dans les eaux usées et qu'elles sont relativement simples à analyser, elles sont largement utilisées dans l'analyse des eaux usées et en génie environnemental.
En réalité, la DCO n'indique pas seulement la quantité de matières organiques présentes dans l'eau, mais aussi celle de substances inorganiques aux propriétés réductrices, telles que les sulfures, les ions ferreux, le sulfite de sodium et même les ions chlorure. Par exemple, si les ions ferreux présents dans l'effluent du bassin de traitement du fer et du carbone ne sont pas complètement éliminés dans le bassin de neutralisation, la DCO de l'effluent issu du traitement biologique peut dépasser la norme en raison de la présence de ces ions ferreux.

La demande chimique en oxygène (DCO) correspond à la quantité d'oxygène nécessaire aux substances oxydables présentes dans les eaux usées lors de leur oxydation par un oxydant chimique. Elle est exprimée en milligrammes d'oxygène par litre (mg O⁻¹). C'est actuellement la méthode la plus couramment utilisée pour mesurer la teneur en matières organiques des eaux usées. Parmi les oxydants fréquemment utilisés pour l'analyse de la DCO, on trouve le permanganate de potassium (méthode au manganèse, DCO_Mn) et le dichromate de potassium (méthode au chrome, DCO_Cr), cette dernière étant la plus employée. L'oxydation des matières organiques est réalisée par chauffage des eaux usées avec un acide fort sous reflux. L'utilisation de sulfate d'argent comme catalyseur permet d'accroître le taux d'oxydation de la plupart des matières organiques jusqu'à 85-95 %. Si les eaux usées présentent de fortes concentrations d'ions chlorure, il convient d'utiliser du sulfate mercurique pour les neutraliser et ainsi limiter les interférences avec la détermination de la DCO.

La demande biochimique en oxygène (DBO) permet également d'évaluer le degré de contamination organique des eaux usées. La mesure la plus couramment utilisée est la DBO5. Elle indique la quantité d'oxygène nécessaire à la biodégradation des eaux usées en présence de micro-organismes sur une période de 5 jours. Nous utiliserons fréquemment la DBO5 à l'avenir.

Certaines matières organiques sont biodégradables (comme le glucose et l'éthanol), d'autres ne le sont que partiellement (comme le méthanol), et d'autres encore ne le sont pas et sont toxiques (comme le ginkgo biloba, l'acide ginkgolique et certains tensioactifs). Par conséquent, la matière organique présente dans l'eau peut être divisée en deux catégories : la matière organique biodégradable et la matière organique non biodégradable.
La DCO est généralement considérée comme représentant la quasi-totalité de la matière organique présente dans l'eau. La DBO, quant à elle, représente la matière organique biodégradable. Par conséquent, la différence entre la DCO et la DBO représente la quantité de matière organique non biodégradable dans les eaux usées.

Le rapport B/C, qui désigne la DBO5 sur la DCO, indique la biodégradabilité des eaux usées. Si la DCO_NB représente la fraction non biodégradable de la DCO, alors la proportion de matière organique dans les eaux usées non biodégradable par les micro-organismes peut être exprimée par le rapport DCO_NB/DCO.
Lorsque le rapport DBO5/DCO est supérieur ou égal à 0,45, la matière organique non biodégradable représente moins de 20 % de la matière organique totale. Lorsque le rapport DBO5/DCO est inférieur ou égal à 0,2, la matière organique non biodégradable représente plus de 60 % de la matière organique totale.
Le rapport B/C revêt une grande importance et une signification pratique considérable en génie de l'environnement.

Le pH est une méthode permettant d'exprimer l'acidité ou l'alcalinité d'une solution aqueuse. On exprime souvent le pH d'une solution aqueuse en pourcentage, comme une solution d'acide sulfurique à 1 % ou une solution alcaline à 1 %. Cependant, lorsque le pH d'une solution aqueuse est très faible, l'exprimer en pourcentage est trop fastidieux. Dans ce cas, on utilise la valeur absolue du pH. L'échelle de pH s'étend de 0 à 14. Un pH de 7 indique une solution neutre ; un pH inférieur à 7 indique une solution acide, et plus le pH est bas, plus la solution est acide. Un pH supérieur à 7 indique une solution alcaline, et plus le pH est élevé, plus la solution est alcaline.
Aucun être vivant ne peut survivre sans eau, mais la plage de pH optimale pour leur survie est souvent très étroite. C'est pourquoi l'Agence nationale de protection de l'environnement réglemente strictement le pH de l'eau traitée, qui doit se situer entre 6 et 9.
La valeur du pH de l'eau est souvent testée à l'aide de papier test pH, mais elle peut également être mesurée à l'aide d'instruments tels que les pH-mètres.

De manière générale, les concentrations de substances organiques et inorganiques dans les eaux usées sont très faibles, ce qui rend leur expression en pourcentages ou autres valeurs limites complexe et peu pratique. Par exemple, une tonne d'eaux usées contient souvent seulement quelques grammes, dizaines de grammes, centaines de grammes, voire quelques kilogrammes de polluants. L'unité utilisée est le gramme par tonne (g/t). La conversion des tonnes en litres donne le milligramme par litre (mg/L). Pour les calculs, veuillez consulter le tableau de conversion suivant :
1 mg/L = 1 partie par million
1 000 mg/L = 1 partie pour mille
10 000 mg/L = 1 pour cent

Le prétraitement désigne généralement le traitement préalable au traitement biochimique. Ce dernier, relativement peu coûteux et stable, est couramment utilisé pour le traitement des eaux usées industrielles et constitue la principale méthode de gestion de ces eaux. Cependant, les eaux usées contiennent certaines substances organiques inhibitrices ou toxiques pour les micro-organismes. Un prétraitement est donc nécessaire avant l'entrée des eaux usées dans le réacteur biochimique. L'objectif est de minimiser, voire d'éliminer, ces substances inhibitrices ou toxiques afin de garantir le bon fonctionnement des micro-organismes présents dans le réacteur.
Le prétraitement poursuit deux objectifs : premièrement, minimiser et éliminer les substances inhibitrices, toxiques ou nocives présentes dans les eaux usées, ou les convertir en substances inoffensives ou bénéfiques aux micro-organismes afin de garantir leur bon fonctionnement dans le réacteur biochimique ; deuxièmement, réduire la charge en DCO durant le prétraitement afin d’alléger la charge opérationnelle du réacteur biochimique. Le procédé de prétraitement repose sur la microélectrolyse fer-carbone et la méthode d’oxydoréduction Fe²⁺/Fe³⁺. Les innombrables microcellules fer-carbone formées favorisent la réaction d’oxydoréduction, qui permet de détruire et d’éliminer les substances toxiques et nocives présentes dans les eaux usées. Lors des phases de neutralisation et de précipitation, les flocs actifs formés par le fer divalent et trivalent en milieu alcalin adsorbent la matière organique des eaux usées, réduisant ainsi la charge en DCO et assurant le bon fonctionnement du système de traitement biochimique ultérieur.

Un bassin de collecte des eaux usées permet de recueillir, stocker et homogénéiser la qualité et la quantité des eaux usées. Le volume et la qualité des eaux usées rejetées par les différents ateliers sont généralement variables. Des eaux usées sont produites pendant la production, mais pas pendant les périodes d'inactivité. Ces variations peuvent même être importantes au cours d'une même journée ou entre deux équipes. C'est particulièrement vrai pour les eaux usées issues de l'industrie de la chimie fine. Si les eaux usées claires et troubles ne sont pas séparées, la qualité et la quantité des eaux usées de procédé concentrées et moins polluées peuvent varier considérablement. Cette variabilité nuit, voire compromet, le bon fonctionnement et l'efficacité du traitement des eaux usées. Par conséquent, avant que les eaux usées n'intègrent le réseau d'assainissement principal, un bassin de collecte d'une capacité suffisante doit être installé pour les stocker et les homogénéiser, garantissant ainsi le bon fonctionnement des équipements et installations de traitement.

De nombreuses impuretés en suspension, de densité supérieure à 1, les grosses particules et les matières en suspension facilement décantables présentes dans les eaux usées peuvent être éliminées par sédimentation naturelle, centrifugation et autres méthodes. Cependant, les particules en suspension de densité inférieure à 1, les particules minuscules, voire invisibles à l'œil nu, sont difficiles à déposer naturellement. Par exemple, les particules colloïdales, dont la taille est comprise entre 10⁻⁴ et 10⁻⁶ mm, sont très stables dans l'eau et leur vitesse de sédimentation est extrêmement lente. Il faudrait 200 ans de labour pour qu'elles se déposent d'un mètre. Cette lenteur s'explique par deux raisons : (1) De manière générale, les particules colloïdales sont chargées négativement. Les charges de même signe se repoussant, elles ne peuvent entrer en contact, s'agglomérer ni rester en suspension dans l'eau. (2) Une couche de molécules entoure également la surface des particules colloïdales. Cette couche d'hydratation empêche et isole également le contact entre les particules colloïdales, et celles-ci ne peuvent pas se lier entre elles ni être mises en suspension dans l'eau.

Pour provoquer la précipitation de particules colloïdales, il faut les mettre en contact afin de former des particules plus grosses. Autrement dit, elles s'agrègent, leur densité devenant supérieure à 1, ce qui entraîne la précipitation. De nombreuses méthodes existent, et les techniques d'ingénierie couramment utilisées comprennent la coagulation, la floculation et la coagulation-agglomération.

Lorsqu'un coagulant contenant des ions positifs est ajouté aux eaux usées, la présence d'un grand nombre d'ions positifs entre les particules colloïdales élimine la répulsion électrostatique entre elles, provoquant leur agglomération. Ce processus d'agglomération des particules colloïdales par ajout d'électrolytes ioniques positifs est appelé coagulation. Parmi les coagulants couramment utilisés, on trouve le sulfate d'aluminium, le sulfate ferreux, l'alun et le chlorure ferrique.

La floculation consiste à ajouter un coagulant polymère aux eaux usées. Lors de sa dissolution, le polymère forme des polymères. Ces polymères ont une structure linéaire, chaque extrémité de la chaîne attirant une particule minuscule et l'autre extrémité en attirant une autre, formant ainsi un pont entre les deux particules. Cette liaison permet aux particules de grossir progressivement, formant finalement de gros flocs (communément appelés flocs d'alun), qui accélèrent la sédimentation des particules. Parmi les floculants couramment utilisés figurent le polyacrylamide (PAM) et le polyferric ionique (PE).

Lors du processus de coagulation, le fer polyferrique forme des flocs d'hydroxyde ferrique, dotés d'une forte capacité d'adsorption de la matière organique présente dans les eaux usées. Les données expérimentales montrent que la floculation et l'adsorption par le fer polyferrique permettent d'éliminer environ 10 à 20 % de la DCO des eaux usées, réduisant ainsi significativement la charge d'exploitation du bassin biochimique et facilitant le traitement des eaux usées afin de respecter les normes de rejet. De plus, le prétraitement au fer polyferrique permet d'éliminer les traces de substances toxiques ou inhibitrices pour les micro-organismes, garantissant ainsi leur bon fonctionnement dans le bassin biochimique. Parmi les différents coagulants, le fer polyferrique est relativement peu coûteux (25 à 300 yuans/tonne), ce qui se traduit par des coûts de traitement relativement bas et le rend particulièrement adapté au prétraitement des eaux usées industrielles.
Le fer polyferrique est une substance acide et très corrosive ; les équipements de traitement doivent donc être correctement protégés contre la corrosion.

La coagulation est un processus combinant coagulation et floculation. Elle est fréquemment utilisée en expérimentation et en ingénierie. Par exemple, on ajoute d'abord du sulfate ferreux et d'autres produits chimiques à l'eau pour éliminer la répulsion électrostatique entre les particules colloïdales. On ajoute ensuite du polyacrylamide (PAM) pour gonfler progressivement les particules, formant ainsi des flocs visibles, qui provoquent finalement la sédimentation.

L'adsorption est un procédé qui consiste à utiliser des solides poreux (comme le charbon actif) ou des matériaux floculants (comme le fer polyferrique) pour adsorber les substances toxiques et nocives présentes dans les eaux usées, soit à leur surface, soit à l'intérieur de leurs micropores, purifiant ainsi l'eau. Les substances adsorbées peuvent être des solides insolubles ou des substances solubles. Le traitement par adsorption est très efficace et produit un effluent de haute qualité, ce qui en fait une méthode courante pour le traitement avancé des eaux usées. L'adsorption peut également être intégrée aux unités de traitement biochimique afin d'en améliorer l'efficacité (par exemple, la méthode PACT).

Le procédé de traitement fer-carbone, également connu sous le nom de micro-électrolyse fer-carbone ou d'électrolyse interne fer-carbone, est une application des technologies de traitement des eaux usées contenant du fer métallique. Utilisé comme prétraitement, ce procédé est particulièrement efficace pour traiter les eaux usées toxiques et dangereuses à forte concentration en DCO. Son mécanisme de traitement n'est pas encore totalement élucidé, mais on peut généralement supposer qu'en milieu acide, de nombreux microcourants se forment entre le fer et le carbone, où la matière organique est réduite et oxydée. L'effluent fer-carbone est ensuite neutralisé à la chaux ou au lait de chaux, ce qui entraîne la formation de flocs colloïdaux de Fe(OH)₂ dotés d'une forte capacité de floculation et d'adsorption de la matière organique. Ainsi, le procédé fer-carbone combine les propriétés réductrices du fer, les propriétés électrochimiques du fer-carbone et les effets de floculation et d'adsorption des ions ferreux. C'est la combinaison de ces trois propriétés qui confère au procédé fer-carbone son excellente efficacité. Les inconvénients de la méthode fer-carbone sont les suivants : (1) Les limaille de fer ont tendance à former des grumeaux après avoir été immergées longtemps dans un milieu acide, provoquant des blocages et des canalisations, rendant l'opération difficile et réduisant l'efficacité du traitement ;
(2) Le fer dissout une grande quantité de fer dans des conditions acides, et une grande quantité de boues est produite après neutralisation avec un alcali.

Après ajustement du pH des eaux usées à 2 par l'ajout d'acide sulfurique et traitement au fer-carbone, l'acide sulfurique se transforme en sulfate ferreux, et le pH des eaux usées passe de 2 à 5-6. Dès lors, pourquoi la chaux est-elle encore nécessaire pour neutraliser l'effluent du traitement au fer-carbone ? Peut-on réduire la quantité de chaux ajoutée lors de la neutralisation ? L'effluent de la station d'épuration au fer-carbone contient une grande quantité de sulfate ferreux. Sans son élimination, ce dernier affecte la croissance et la reproduction des micro-organismes dans le bassin biochimique suivant. C'est pourquoi l'ajout de chaux est indispensable pour élever le pH des eaux usées de 5-6 à plus de 9. La chaux transforme ainsi le sulfate ferreux soluble dans l'eau en hydroxyde ferreux et en sulfate de calcium insolubles. Ces composés précipitent ensuite par coagulation et sédimentation, garantissant ainsi l'absence de sulfate ferreux dans les eaux usées entrant dans le bassin biochimique.

Les boues produites par des réactions chimiques (comme la neutralisation) et des traitements physico-chimiques (comme la coagulation chimique) sont communément appelées boues chimiques. Les boues formées après neutralisation et coagulation des effluents de charbon actif sont principalement composées d'hydroxyde ferreux et de sulfate de calcium. La quantité de boues produites peut être calculée en fonction des quantités d'acide sulfurique et de chaux ajoutées. En ingénierie, des estimations empiriques peuvent également être utilisées. De manière générale, si le pH de l'effluent du charbon actif est d'environ 2, la quantité de boues chimiques produites par tonne d'eaux usées (à 80 % d'humidité) après neutralisation et coagulation est d'environ 50 kg.

Le traitement biochimique des eaux usées est l'un des procédés les plus importants d'un système de traitement des eaux usées. Ce traitement utilise l'activité biologique des micro-organismes pour éliminer efficacement les matières organiques solubles et une partie des matières organiques insolubles des eaux usées, purifiant ainsi l'eau. En réalité, le traitement biochimique nous est familier. Les milieux aquatiques naturels maintiennent une chaîne alimentaire : les gros poissons mangent les petits poissons, les petits poissons mangent les crevettes, les crevettes mangent les petits insectes, les petits insectes mangent les micro-organismes et les micro-organismes se nourrissent des eaux usées. Sans cette chaîne alimentaire, la nature serait chaotique. Les rivières naturelles abritent une multitude de micro-organismes qui se nourrissent de matières organiques. Jour et nuit, ils oxydent ou réduisent les matières organiques (telles que les eaux usées industrielles, les pesticides, les engrais et les matières fécales) rejetées dans les rivières, les transformant finalement en matières inorganiques. Sans micro-organismes, les rivières qui nous entourent deviendraient nauséabondes en quelques mois, voire un an ou deux. Les micro-organismes sont tout simplement trop petits et dispersés pour être visibles à l'œil nu. Les projets de traitement biochimique des eaux usées intensifient ce processus dans des conditions artificielles. De nombreux micro-organismes sont concentrés dans un bassin unique, créant un environnement idéal pour leur reproduction et leur croissance (température, pH, oxygène et nutriments tels que l'azote et le phosphore). Ceci permet une prolifération rapide des micro-organismes, augmentant ainsi leur vitesse et leur efficacité dans la décomposition de la matière organique. Les eaux usées sont ensuite pompées dans le bassin, où la matière organique qu'elles contiennent est oxydée et dégradée par l'activité microbienne, ce qui permet leur purification et leur traitement. Comparée à d'autres méthodes de traitement, la méthode biochimique présente l'avantage d'une faible consommation d'énergie, de l'absence d'ajout de produits chimiques, d'une bonne efficacité et d'un faible coût.

Les eaux usées contiennent des matières organiques telles que des glucides, des lipides et des protéines. Ces matières organiques inertes servent de nourriture aux micro-organismes. Une partie de ces matières est dégradée et transformée en substances cellulaires (métabolites combinés), tandis qu'une autre partie est dégradée et oxydée en eau, dioxyde de carbone et autres substances (métabolites de décomposition). Au cours de ce processus, les polluants organiques présents dans les eaux usées sont dégradés et éliminés par les micro-organismes.

Outre les nutriments, les micro-organismes ont également besoin de facteurs environnementaux appropriés, tels que la température, le pH, l'oxygène dissous et la pression osmotique, pour survivre. Des conditions environnementales anormales peuvent affecter leurs activités vitales et même provoquer des mutations ou leur mort.

Dans le traitement biologique des eaux usées, la plage de température optimale pour les micro-organismes se situe généralement entre 16 et 30 °C, avec une température maximale de 37 à 43 °C. Leur croissance s'arrête en dessous de 10 °C. Dans cette plage de température optimale, chaque augmentation de 10 °C accroît le métabolisme microbien et le taux d'élimination de la DCO d'environ 10 %. Inversement, chaque diminution de 10 °C réduit le taux d'élimination de la DCO de 10 %. Par conséquent, en hiver, le taux d'élimination biochimique de la DCO est nettement inférieur à celui des autres saisons.

L'activité et le métabolisme des micro-organismes sont étroitement liés au pH. La plupart des micro-organismes s'adaptent à une gamme de pH comprise entre 4,5 et 9, avec une plage optimale de 6,5 à 7,5. Lorsque le pH descend en dessous de 6,5, les champignons entrent en compétition avec les bactéries. À un pH de 4,5, les champignons dominent complètement le milieu biochimique, ce qui perturbe fortement la décantation des boues. Lorsque le pH dépasse 9, le métabolisme microbien est ralenti.
Les exigences en matière de pH varient selon les micro-organismes. En traitement biologique aérobie, le pH peut se situer entre 6,5 et 8,5 ; en traitement biologique anaérobie, les micro-organismes ont des exigences plus strictes et le pH doit se situer entre 6,7 et 7,4.

L'oxygène dissous dans l'eau est indispensable à la survie des organismes et des micro-organismes aérobies présents dans l'eau. Leurs besoins en oxygène dissous varient selon les micro-organismes. Les micro-organismes aérobies nécessitent un apport suffisant d'oxygène dissous. Généralement, le niveau d'oxygène dissous doit être maintenu à 3 mg/L, avec un minimum de 2 mg/L. Les micro-organismes anaérobies facultatifs requièrent une concentration d'oxygène dissous comprise entre 0,2 et 2,0 mg/L, tandis que les micro-organismes anaérobies nécessitent une concentration inférieure à 0,2 mg/L.

Décrivons d'abord une expérience sur la pression osmotique : une membrane semi-perméable sépare deux solutions salines de concentrations différentes. Les molécules d'eau de la solution la moins concentrée traversent la membrane pour se diriger vers la solution la plus concentrée. De même, les molécules d'eau de la solution la plus concentrée traversent également la membrane pour se diriger vers la solution la moins concentrée, mais en plus faible quantité. Par conséquent, le niveau du liquide du côté de la solution la plus concentrée monte. Lorsque la différence de niveau entre les deux solutions crée une pression suffisante pour empêcher tout nouveau passage d'eau, l'osmose cesse. Cette pression générée par la différence de niveau est la pression osmotique. De manière générale, plus la concentration en sel est élevée, plus la pression osmotique est importante.
Le comportement des micro-organismes en solution saline est similaire à celui observé lors de l'expérience de pression osmotique. Les micro-organismes sont composés de cellules dont les parois cellulaires agissent comme des membranes semi-perméables. À des concentrations en ions chlorure inférieures ou égales à 2000 mg/L, la paroi cellulaire peut résister à une pression osmotique de 0,5 à 1,0 atmosphère. Malgré la résistance et l'élasticité accrues de la paroi cellulaire et de la membrane cytoplasmique, la pression osmotique que la paroi cellulaire peut supporter ne dépasse pas 5 à 6 atmosphères. Cependant, lorsque la concentration en ions chlorure dans une solution aqueuse dépasse 5000 mg/L, la pression osmotique augmente jusqu'à environ 10 à 30 atmosphères. Sous une pression osmotique aussi élevée, une grande quantité de molécules d'eau contenues dans les micro-organismes diffuse dans la solution extérieure, provoquant la déshydratation et la plasmolyse des cellules, et dans les cas les plus graves, la mort des micro-organismes. Ce principe est utilisé au quotidien, par exemple pour la conservation des légumes et du poisson par le sel (chlorure de sodium), ainsi que pour la stérilisation et la conservation des aliments. Les données issues de l'expérience en ingénierie montrent que lorsque la concentration en ions chlorure dans les eaux usées dépasse 2 000 mg/L, l'activité microbienne est inhibée et les taux d'élimination de la DCO diminuent significativement. Lorsque cette concentration dépasse 8 000 mg/L, le volume des boues augmente, une importante quantité de mousse apparaît en surface et les micro-organismes meurent.
Cependant, après une longue période d'acclimatation, les micro-organismes s'adaptent progressivement à la croissance et à la reproduction en milieu fortement salé. Ils sont déjà acclimatés à des concentrations en ions chlorure ou sulfate supérieures à 10 000 mg/L. Or, le principe de la pression osmotique nous apprend que les micro-organismes adaptés à la croissance et à la reproduction en milieu fortement salé présentent une forte concentration en sel dans leur suc cellulaire. Lorsque la concentration en sel des eaux usées est faible, voire très faible, une grande quantité de molécules d'eau pénètre dans les micro-organismes, provoquant le gonflement de leurs cellules et, dans les cas les plus graves, leur rupture et leur mort. Par conséquent, les micro-organismes qui se sont acclimatés progressivement à la croissance et à la reproduction en milieu fortement salé nécessitent le maintien d'une concentration en sel élevée et constante dans leur milieu d'entrée. Les fluctuations de cette concentration sont à proscrire, car elles entraînent une mortalité microbienne massive.

Le traitement biochimique se divise en deux catégories : aérobie et anoxique, selon les besoins en oxygène des micro-organismes. Le traitement biochimique anoxique se subdivise en anaérobie facultatif et anoxique. Lors d'un traitement aérobie, les micro-organismes aérobies doivent se développer en présence d'une grande quantité d'oxygène pour réduire la matière organique des eaux usées. À l'inverse, lors d'un traitement biochimique facultatif, ces micro-organismes n'ont besoin que d'une faible quantité d'oxygène pour se développer et dégrader la matière organique. Un excès d'oxygène dans l'eau nuit à la croissance des micro-organismes facultatifs et réduit ainsi leur efficacité de traitement de la matière organique.
Les micro-organismes facultatifs peuvent s'adapter aux eaux usées à forte concentration en DCO, avec des concentrations à l'entrée supérieures à 2 000 mg/L et des taux d'élimination de la DCO généralement compris entre 50 et 80 %. Les micro-organismes aérobies, quant à eux, ne peuvent s'adapter qu'aux eaux usées à plus faible concentration en DCO, généralement inférieure à 1 000-1 500 mg/L, avec des taux d'élimination de la DCO généralement compris entre 50 et 80 %. Les traitements biochimiques facultatifs et aérobies nécessitent tous deux des temps de traitement relativement courts, typiquement de 12 à 24 heures. Tirant parti des différences et des similitudes entre les procédés biochimiques facultatifs et aérobies, les chercheurs ont combiné ces deux types de traitements. Les eaux usées à forte concentration en DCO subissent d'abord un traitement biochimique facultatif, et l'effluent de ce traitement sert d'effluent pour le traitement aérobie. Ce traitement combiné réduit le volume du bassin de biochimie, ce qui permet de réaliser des économies sur les investissements environnementaux et les coûts d'exploitation.
Les principes et les fonctions des traitements biochimiques anaérobies et facultatifs sont identiques. La différence réside dans le fait que les micro-organismes anaérobies n'ont pas besoin d'oxygène pour leur croissance et la dégradation de la matière organique, et qu'ils peuvent s'adapter à des eaux usées présentant des concentrations en DCO plus élevées (4 000 à 10 000 mg/L). Un inconvénient du traitement biochimique anaérobie est sa durée : les eaux usées nécessitent généralement un temps de séjour supérieur à 40 heures dans le réacteur.

Les technologies de traitement biologique les plus utilisées et les plus pratiques dans le traitement des eaux usées se répartissent en deux catégories : les boues activées et le biofilm.
Le procédé à boues activées exploite le métabolisme biochimique des micro-organismes en suspension pour réaliser un traitement aérobie des eaux usées. Lors de leur croissance et de leur reproduction, ces micro-organismes forment de gros flocs capables de floculer et d'adsorber de grandes quantités de polluants en suspension, colloïdaux ou dissous présents dans les eaux usées. Ces polluants sont ensuite absorbés par les cellules et, en présence d'oxygène, sont complètement oxydés pour libérer de l'énergie, du CO₂ et de l'H₂O. La concentration de boues dans un procédé à boues activées est généralement de 4 g/L.
Dans le procédé à biofilm, les micro-organismes se fixent à la surface du matériau de remplissage, formant un biofilm à structure colloïdale. Ce biofilm présente généralement une structure floconneuse et duveteuse, riche en micropores et dotée d'une grande surface spécifique, ce qui lui confère une forte capacité d'adsorption et facilite la décomposition et l'utilisation de la matière organique adsorbée par les micro-organismes. Durant le traitement, le flux d'eau et l'agitation de l'air maintiennent la surface du biofilm en contact constant avec l'eau. Les polluants organiques et l'oxygène dissous présents dans les eaux usées sont absorbés par le biofilm, et les micro-organismes qui le composent décomposent continuellement ces substances organiques. Tout en oxydant et en décomposant la matière organique, le biofilm lui-même subit un métabolisme continu. Les boues de biofilm matures sont évacuées de la station d'épuration biologique par l'eau traitée, où elles sont séparées de l'eau dans le bassin de sédimentation. La concentration des boues issues du procédé à biofilm est généralement de 6 à 8 g/L.
Pour augmenter la concentration des boues et, par conséquent, l'efficacité du traitement, le procédé à boues activées peut être combiné au procédé à biofilm. Des charges peuvent être ajoutées au bassin de boues activées. Ce bioréacteur, qui contient à la fois des micro-organismes formant un biofilm et des micro-organismes en suspension, est appelé bioréacteur hybride. Il permet d'atteindre une concentration de boues très élevée, généralement de l'ordre de 14 g/L.

Le procédé à biofilm et le procédé à boues activées sont deux formats de réacteurs de traitement biochimique différents. La principale différence réside dans le support : les micro-organismes du procédé à biofilm sont en suspension et ne nécessitent pas de support, tandis que ceux du procédé à boues activées sont fixés à un support. Cependant, les mécanismes de traitement des eaux usées et de purification de l'eau sont identiques. De plus, les boues produites par les deux procédés sont des boues activées aérobies, et leur composition est relativement similaire. Par ailleurs, la fixation des micro-organismes sur le support permet au procédé à biofilm de former un écosystème plus stable. Leur consommation d'énergie est moindre que celle des micro-organismes du procédé à boues activées, ce qui réduit la production de boues excédentaires. La société Shanghai Xinyi Bailuda Pharmaceutical Co., Ltd. utilise le procédé à biofilm dans ses cuves d'oxydation par contact, tandis que ses réacteurs biochimiques SBR utilisent le procédé à boues activées.

D'un point de vue microbiologique, les boues d'une cuve biochimique constituent une communauté de micro-organismes biologiquement actifs. L'examen microscopique des particules de boues révèle une grande variété de micro-organismes : bactéries, champignons, protozoaires et métazoaires (rotifères, larves d'insectes et vers, par exemple). Ces micro-organismes forment une chaîne alimentaire. Les bactéries et les champignons décomposent les composés organiques complexes, obtenant ainsi l'énergie nécessaire à leur activité et à leur développement. Les protozoaires se nourrissent de bactéries et de champignons, qui sont eux-mêmes consommés par les métazoaires. Ces derniers peuvent également dépendre directement des bactéries pour leur survie. Ces boues floconneuses, riches en micro-organismes et capables de dégrader la matière organique, sont appelées boues activées.
Outre sa composition en micro-organismes, la boue activée contient également des substances inorganiques et de la matière organique adsorbée qui ne peut être biodégradée (résidus du métabolisme microbien). Sa teneur en eau est généralement de 98 à 99 %. À l'instar des flocs, la boue activée présente une grande surface spécifique, ce qui lui confère une forte capacité d'adsorption et de décomposition oxydative de la matière organique.

L'évaluation et l'appréciation de la croissance des boues activées diffèrent entre le procédé à boues activées et le procédé à biofilm.
Dans le procédé à biofilm, la croissance des boues activées est principalement évaluée par observation microscopique directe de la biomasse. Outre cette observation, d'autres indicateurs couramment utilisés pour évaluer cette croissance comprennent les matières en suspension dans la liqueur mixte (MESLM), les matières volatiles en suspension dans la liqueur mixte (MVSSLM), le taux de décantation des boues (TV) et l'indice de décantation des boues (IVB).

La présence de micro-métazoaires (tels que les rotifères et les nématodes) témoigne d'une croissance saine de la communauté microbienne et d'un écosystème de boues activées relativement stable. Le traitement biochimique est alors optimal, à l'instar des rivières où les gros poissons sont fréquemment pêchés et où les petits poissons et les crevettes prospèrent.

La concentration en matières en suspension dans la liqueur mixte (MESLM), également appelée concentration de boues, correspond à la masse de boues sèches par unité de volume de liqueur mixte dans la cuve biochimique. Mesurée en milligrammes par litre, la MESLM permet de caractériser la concentration des boues activées. Elle inclut les matières organiques et inorganiques. Généralement, la valeur de MESLM dans une cuve biochimique SBR doit être maintenue entre 2 000 et 4 000 mg/L.

La teneur en matières volatiles en suspension dans la liqueur mixte (MLVSS) correspond à la masse de matières volatiles dans les boues sèches par unité de volume de liqueur mixte du réacteur biochimique, exprimée en milligrammes par litre. Comme elle exclut les matières inorganiques présentes dans les boues activées, elle représente plus fidèlement le nombre de micro-organismes dans ces dernières.

Le taux de décantation des boues (TCB) correspond au rapport volumique (%) des boues décantées à la liqueur mixte dans le bassin d'aération après 30 minutes de décantation dans une éprouvette graduée de 100 ml. Il est parfois exprimé par TCB30. Généralement, le TCB dans les bassins biochimiques se situe entre 20 % et 40 %. Le taux de décantation des boues est relativement simple à mesurer et constitue un indicateur clé pour l'évaluation des boues activées. Il est souvent utilisé pour contrôler les rejets de boues excédentaires et remédier rapidement aux anomalies telles que le foisonnement des boues. Le TCB est également lié à la concentration des boues.

L'indice de volume de boues (IVB) mesure le volume, en millilitres, occupé par 1 gramme de boues sèches à l'état humide. La formule de calcul est la suivante :
SVI = SV * 10 / MLSS
L'indice de volume de boues (IVB) élimine l'influence de la concentration en boues et reflète mieux la cohésion et les propriétés de décantation des boues activées. On considère généralement que :
Lorsque 60 < SVI < 100, la décantation des boues est bonne ; lorsque 100 < SVI < 200, la décantation des boues est moyenne ; lorsque 200 < SVI < 300, les boues montrent des signes de foisonnement ; et lorsque SVI > 300, les boues sont déjà en train de foisonner.

L'oxygène dissous (OD) indique la quantité d'oxygène dissous dans l'eau, exprimée en mg/L. Les exigences en oxygène dissous varient selon les méthodes de traitement biochimique. Dans les procédés biochimiques aérobies facultatifs, les concentrations d'oxygène dissous dans l'eau se situent généralement entre 0,2 et 2,0 mg/L, tandis que dans les procédés biochimiques aérobies SBR, elles se situent généralement entre 2,0 et 8,0 mg/L. Par conséquent, lors du fonctionnement d'une cuve aérobie facultative, le volume et la durée d'aération doivent être faibles. En revanche, lors du fonctionnement d'une cuve aérobie SBR, le volume et la durée d'aération sont beaucoup plus élevés et plus longs. L'oxydation par contact étant utilisée, la concentration d'oxygène dissous est maintenue entre 2,0 et 4,0 mg/L.

La concentration d'oxygène dissous dans l'eau peut être exprimée à l'aide de la loi de Henry : Lorsque l'équilibre est atteint : C = KH2*P.
Où : C représente la solubilité de l’oxygène dans l’eau à l’équilibre ; P, la pression partielle de l’oxygène en phase gazeuse ; et KH₂, le coefficient de Henry, qui dépend de la température. L’augmentation de l’aération tend à rapprocher la dissolution de l’oxygène de l’équilibre, tandis que les boues activées consomment également l’oxygène présent dans l’eau. Par conséquent, la quantité réelle d’oxygène dissous dans les eaux usées est liée à des facteurs tels que la température de l’eau, la profondeur d’eau effective (qui influe sur la pression), le volume d’aération, la concentration en boues et la salinité.

L'oxygène nécessaire aux micro-organismes dans les processus biochimiques est principalement fourni par les souffleurs Roots.

Le processus biochimique repose principalement sur le métabolisme microbien, et les processus vitaux microbiens, tels que la synthèse cellulaire, nécessitent des quantités et une variété suffisantes de nutriments (y compris des oligo-éléments). Dans le cas des eaux usées chimiques, du fait de la production d'un seul produit, leur qualité est relativement monotone et elles sont pauvres en nutriments essentiels aux micro-organismes. Par exemple, les eaux usées de production de la société *** contiennent uniquement du carbone et de l'azote, mais pas de phosphore. Ces eaux usées ne peuvent satisfaire les besoins métaboliques des micro-organismes. Il est donc nécessaire d'y ajouter du phosphore afin d'améliorer le métabolisme microbien et de favoriser la synthèse des cellules microbiennes. C'est comparable à la nécessité pour l'être humain de consommer des quantités adéquates de vitamines lorsqu'il mange du riz et de la farine.

À l'instar des animaux et des plantes, les micro-organismes ont besoin de nutriments essentiels pour croître et se reproduire. Ces nutriments sont principalement le carbone (C), l'azote (N) et le phosphore (P). La composition des eaux usées, notamment le rapport C:N:P, doit respecter certaines exigences. Pour un traitement biochimique aérobie, ce rapport est généralement de 100:5:1 (en masse).

Lors du traitement biochimique, les micro-organismes présents dans les boues activées consomment en continu la matière organique des eaux usées. Une partie de cette matière organique est oxydée pour fournir l'énergie nécessaire à leurs activités vitales, tandis qu'une autre partie est utilisée par les micro-organismes pour synthétiser de nouveaux cytoplasmes, leur permettant ainsi de se reproduire. Au cours de ce métabolisme, certains micro-organismes âgés meurent, ce qui entraîne un excès de boues.

Lors du métabolisme microbien, une partie de la matière organique (DBO) est utilisée par les micro-organismes pour synthétiser un nouveau cytoplasme et remplacer les micro-organismes morts. Par conséquent, la quantité de boues excédentaires produites est liée à la quantité de DBO décomposée, et les deux sont corrélées.
Lors de la conception d'un projet, on considère généralement que pour chaque kilogramme de DBO5 traité, 0,6 à 0,8 kilogramme de boues excédentaires (100 %) est produit. Cela correspond à 3 à 4 kilogrammes de boues sèches avec une teneur en humidité de 80 %.

Pour certaines eaux usées pharmaceutiques difficilement biodégradables, il est complexe d'atteindre un niveau de DCO inférieur à la norme nationale de rejet primaire (100 mg/L) dans l'effluent du traitement biochimique. Par conséquent, le recours à l'adsorption sur charbon actif granulaire est essentiel pour garantir la conformité de l'effluent à cette norme. Cependant, ce traitement présente un inconvénient majeur : son coût élevé. Ceci s'explique principalement par le fait que la capacité d'adsorption dynamique du charbon actif granulaire pour le traitement de la DCO n'est que d'environ 10 % (en masse). Autrement dit, une tonne de charbon actif ne peut adsorber et traiter qu'environ 100 kg de DCO présents dans les eaux usées. En raison de la difficulté de régénération du charbon actif granulaire et du coût élevé du traitement, l'application et la promotion de cette technologie restent limitées en Chine. Dès lors, est-il possible de développer une nouvelle technologie permettant d'accroître significativement la capacité d'adsorption dynamique du charbon actif et de réduire efficacement les coûts de traitement des eaux usées ? Du charbon actif en poudre est ajouté à l'effluent biochimique (ou dans le bassin d'aération) et mélangé aux boues carbonées recyclées dans ce bassin. Les boues excédentaires évacuées du bassin d'épaississement sont ensuite dirigées vers l'unité de déshydratation. Dans le bassin d'aération, les boues activées adhèrent à la surface du charbon actif en poudre. La grande surface spécifique et la forte capacité d'adsorption du charbon actif en poudre augmentent la capacité d'adsorption des boues. En particulier, les concentrations d'oxygène dissous et de substrats de dégradation à l'interface entre les boues activées et le charbon actif en poudre sont significativement accrues, améliorant ainsi la dégradation et l'élimination de la DCO. De manière générale, dans un système PACT, la capacité d'adsorption dynamique du charbon actif pour l'élimination de la DCO varie de 100 % à 350 % (en masse). Cela signifie qu'un kilogramme de charbon actif en poudre peut éliminer de 1,0 à 3,5 kilogrammes de DCO. De plus, la méthode PACT peut traiter les polluants organiques toxiques et dangereux difficiles à biodégrader.