Introduction

Le procédé des boues activées consiste à convertir la matière organique des eaux usées en CO2 et en biomasse par décomposition biologique, ce qui nécessite un transfert efficace d'oxygène dissous (OD). Les méthodes d'aération traditionnelles, bien qu'elles consomment beaucoup d'énergie, ne permettent qu'un transfert modéré de l'oxygène. L'étude examine les avantages potentiels de l'utilisation de nanobulles, qui sont des cavités gazeuses stables dotées de propriétés uniques permettant une existence prolongée et une efficacité de transfert de masse plus élevée dans les solutions aqueuses.

L'aération conventionnelle dans le traitement des eaux usées est énergivore et coûteuse, une part importante de la consommation d'énergie étant consacrée à l'aération des processus de boues activées. Les nanobulles (NB) ont un diamètre plus petit que les microbulles traditionnelles, ce qui augmente la surface de contact et accélère l'augmentation de la concentration d'oxygène dissous. Les NB sont prometteuses pour l'amélioration de l'efficacité du transfert de masse de l'oxygène, l'amélioration potentielle de la production de biomasse et la réduction de la production de boues dans les réacteurs à boues activées. Cet article présente des résultats expérimentaux concernant l'impact de l'aération des NB sur les niveaux d'oxygène dissous, les coefficients de transfert de gaz et la distribution des tailles des NB dans l'eau nanopure. Il suggère que l'aération des NB peut augmenter de manière significative l'efficacité du transfert d'oxygène et offre des avantages potentiels dans les processus de traitement des eaux usées, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour comprendre son impact total sur le traitement des boues activées.

L'étude examine également l'effet de l'aération du NB sur les propriétés physicochimiques et les communautés microbiennes des boues activées. Elle fournit des évaluations préliminaires de l'aération des NB dans des réacteurs à l'échelle du laboratoire, ouvrant la voie à une mise en œuvre potentielle dans des stations d'épuration à grande échelle.

Materials and methods

Dans cette étude, les chercheurs ont mené des expériences en utilisant un réacteur de laboratoire comprenant un générateur de nanobulles Acniti Microstar (modèle-FS302AC-SW1, 300 W) avec des boues activées provenant d'une station d'épuration municipale locale. Ils ont comparé l'impact de l'aération par nanobulles (NB) à l'aération conventionnelle par fines bulles (CB) sur divers paramètres liés à l'efficacité du traitement des eaux usées.

Results and discussion

Les résultats ont montré que l'aération NB a conduit à une augmentation significativement plus importante des niveaux d'oxygène dissous (OD) dans l'eau par rapport à l'aération CB. Au cours des deux premières minutes d'aération, le niveau d'OD dans l'eau aérée par NB a augmenté six fois plus vite que dans l'eau aérée par CB. Les NB ont fourni un apport continu d'oxygène, conduisant à une utilisation plus efficace de l'oxygène et améliorant potentiellement les taux métaboliques des micro-organismes aérobies dans les boues activées.

L'étude a également analysé la distribution de la taille et les concentrations des NBs au fil du temps. Les NBs générés dans la solution ont montré une diminution de la taille moyenne et une augmentation de la concentration avec le temps d'aération. Cette génération rapide de NBs a contribué à l'augmentation rapide des niveaux d'oxygène dissous observés dans les expériences. En outre, les chercheurs ont évalué l'impact de l'aération des NB sur les caractéristiques des boues activées et les communautés microbiennes. Les résultats ont montré que l'aération des NB a entraîné des changements dans les propriétés des boues activées, y compris la demande chimique en oxygène soluble (DCSO), les solides totaux (TS) et l'indice de volume des boues (IVB). La communauté microbienne associée aux boues activées a également été affectée par l'aération des NB, montrant des altérations dans la composition microbienne et des variations morphologiques.

Dans l'ensemble, l'étude suggère que l'aération avec des nanobulles pourrait offrir une approche plus efficace et moins énergivore du transfert d'oxygène dans les processus de traitement des eaux usées. D'autre part, l'aération par NB peut modifier les caractéristiques physicochimiques et les communautés microbiennes dans les boues activées, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre ses effets à long terme sur la qualité des boues et l'efficacité du traitement.

Lire l'intégralité de l'article de recherche en anglais sur Science Direct