Le superpouvoir des milieux humides
17 juillet 2025
Série sur les antimousses – La formation des mousses et les additifs qui les décomposent
25 septembre 2025Le superpouvoir des milieux humides
17 juillet 2025Série sur les antimousses – La formation des mousses et les additifs qui les décomposent
25 septembre 2025Fonctionnement d’un RBS : quels paramètres influencent sa performance ?
Au fil des décennies, le réacteur biologique séquentiel (RBS) s’est établi en tant que technologie de référence dans le domaine de l’assainissement des eaux usées. Ce procédé se distingue de ses confrères principalement par ses étapes de traitement qui se sépare dans le temps plutôt que dans l’espace. En effet, il n’est pas question de différentes zones, mais plutôt de différentes périodes. Cette configuration permet de réduire les coûts de construction et d’exploitation, tout en offrant une grande flexibilité face aux variations du débit d’entrée1,2. La séquence de traitement comprend généralement cinq phases : remplissage, réaction en aérobie, décantation anoxique, soutirage du surnageant et soutirage de la boue3. Le temps associé à chacune de ces phases varie en fonction du rôle de ces dernières. Pour la réaction en aérobie, la durée moyenne peut être comprise entre 1,5h à 3h, tandis que la décantation s’étend généralement de 30 minutes à 1 heure. Les phases de soutirage, quant à elles, prennent environ une heure4. L’exploitation de ce système peut s’avérer complexe si les facteurs qui l’influencent ne sont pas bien maîtrisés. C’est pourquoi la suite de cet article sera consacrée à l’explication de ces différentes phases, ainsi qu’aux principaux paramètres opérationnels sur lesquels il est possible d’agir.
PHASE I – REMPLISSAGE
Durant la phase de remplissage, l’eau usée est introduite dans le réacteur. C’est donc à cet instant que de la nouvelle charge fraiche entre en contact avec la biomasse déjà présente dans le milieu. Ce mélange composé d’eau brute et de biomasse active est désigné sous le nom de liqueur mixte. Un équilibre entre le débit d’eau brute entrante et la matière retirée à la phase de soutirage est donc nécessaire non seulement pour maintenir un volume relativement stable, mais aussi pour s’assurer de conserver une biomasse jeune bien active. Ce ratio du volume de remplissage sur le volume total dans le bioréacteur se situe généralement autour de 25-30%. Cette donnée de conception permet de s’assurer qu’un volume adéquat de boue avec des bactéries actives est maintenu dans le bassin à travers les cycles3. Au niveau de la charge de l’eau brute entrante, la mesure de la concentration des matières en suspension de la liqueur mixte demeure une méthode efficace pour s’assurer de sa constance dans le temps. Le système dépend énormément de cette valeur, puisque l’équilibre global du procédé repose sur la capacité des bactéries à abattre cette charge.
|
Paramètre opérationnel |
Modification | Influence du paramètre |
|
Volume d’eau usée ajouté au bioréacteur |
↑ |
Une augmentation du volume d’eau usée correspond à une hausse de la charge en contaminants dans le volume total. Ainsi, la biomasse active se doit d’être suffisamment compétente pour abattre la charge supplémentaire. Cet ajout se traduit également par une augmentation de la quantité de boues qui sera générée dans le traitement. |
| ↓ |
Une diminution du volume d’eau usée ajouté correspond à une baisse de la charge en contaminants dans le volume total. Ainsi, le procédé n’opère pas à sa capacité optimale, ce qui ne procure aucun gain au niveau de la performance globale du traitement. |
PHASE II – RÉACTION EN AÉROBIE
La phase aérobie constitue la période où un apport d’air est injecté dans le système. L’introduction d’oxygène au milieu va permettre l’élimination biologique de la matière organique par oxydation, ainsi que la nitrification de l’ammonium (NH4+) en nitrite (NO2–) et nitrate (NO3–)1. La durée de la phase d’aération est adaptée en fonction de la composition des eaux usées et du niveau d’abattement désiré. Une période d’aération prolongée favorise l’activité microbiologique, permettant ainsi une dégradation plus complète des contaminants ciblés. Cette phase est également responsable de la production de la majeure partie des boues biologiques. Il est donc essentiel d’évaluer adéquatement le volume généré, afin de maintenir un équilibre opérationnel entre la production de boues et leur soutirage. Par conséquent, la quantité de MES dans la liqueur mixte, le temps de réaction et le taux d’oxygène injecté constituent des paramètres clés dont l’optimisation est essentielle à la performance et à la stabilité du traitement.
|
Paramètre opérationnel |
Modification |
Influence du paramètre |
| Quantité de MES dans liqueur mixte |
↑ |
Une augmentation de la concentration en MES, par une réduction du soutirage des boues, accroît la biomasse active disponible. En conservant davantage de boue, une concentration supérieure en biomasse active est présente pour traiter les contaminants du milieu. Toutefois, il est important de comprendre qu’un équilibre doit être maintenu, car une concentration excessive de MES dans le bioréacteur peut également nuire au bon fonctionnement du procédé. |
|
↓ |
Une diminution des MES, par un retrait plus important de boue, réduit la concentration de biomasse active. Cela peut réduire la capacité de traitement biologique et entraîner un traitement incomplet des contaminants. |
|
|
Temps de réaction |
↑ |
Une augmentation du temps de réaction procure aux micro-organismes davantage de temps pour consommer les contaminants, ce qui favorise une oxydation et une nitrification plus complètes. |
|
↓ |
Une réduction du temps de réaction limite la durée disponible pour les réactions biologiques, ce qui réduit la dégradation des polluants et compromet l’atteinte des normes de rejet ciblées. |
|
|
Taux d’oxygène |
↑ | Une augmentation de l’apport en oxygène améliore les conditions aérobies, favorisant l’oxydation de la matière organique (DCO) et les réactions de nitrification nécessaires à l’élimination de l’ammoniac. |
| ↓ |
Une diminution du taux d’oxygène limite les réactions aérobies essentielles. Cela peut ralentir l’oxydation de la DCO et freiner la nitrification, compromettant ainsi l’efficacité du traitement. |
PHASE III – DÉCANTATION ANOXIQUE
La phase de décantation est qualifiée d’anoxique, en raison de l’interruption complète de l’apport en oxygène. Seul l’oxygène lié, présent dans certains composés azotés (NOₓ) ou sulfurés (SOₓ), demeure dans le milieu. Ces conditions favorisent la réduction du nitrate (NO₃⁻) en azote gazeux (N₂), qui, une fois sous cette forme, peut être éliminé de l’eau. En mettant un frein à l’aération et, de ce fait, même à l’agitation, le phénomène de décantation peut ainsi s’amorcer. C’est à ce moment que les flocs biologiques, composés de biomasse et de déchets résiduels, sédimentent au fond du bioréacteur. L’efficacité de la décantation dictera la performance d’abattement des MES dans l’eau clarifiée. Lorsque la sédimentation des flocs biologiques n’est pas suffisamment efficace, l’ajout d’un coagulant, seul ou combiné à un polymère, peut aider à corriger la situation. De plus, dans les cas où la norme de rejet en phosphore constitue un paramètre critique, le recours à un traitement chimique devient souvent indispensable, puisque la déphosphatation chimique est alors la seule façon d’atteindre les exigences réglementaires. Bien qu’il soit possible d’ajouter le traitement chimique directement dans le réacteur biologique, il est généralement préférable de l’appliquer en aval afin de ne pas nuire à l’activité microbiennes.
|
Paramètre opérationnel |
Modification | Influence du paramètre |
|
Temps de décantation |
↑ |
Une augmentation du temps de décantation permet la sédimentation d’une plus grande quantité de flocs, ce qui se traduit par un surnageant plus clair. |
| ↓ |
Une diminution du temps de décantation réduit la période disponible pour la sédimentation des flocs moins denses, augmentant ainsi le risque de leur emportement dans l’eau clarifiée et, par conséquent, diminuant la qualité du surnageant. |
|
|
Présence d’un coagulant |
Avec | L’ajout d’un coagulant favorise l’agglomération des flocs biologiques, améliorant ainsi leur vitesse de décantation. De plus, lorsqu’une norme de rejet en phosphore doit être respectée, la déphosphatation chimique induite par le coagulant contribue à atteindre cet objectif. |
| Sans |
Les flocs peuvent naturellement sédimenter vers le fond du bassin sans l’ajout de coagulant. Toutefois, le processus est plus lent et les plus petits flocs risquent de demeurer en suspension, nuisant à la qualité de l’eau clarifiée. De plus, en l’absence de déphosphatation chimique, le respect des normes de rejet en phosphore peut s’avérer plus difficile. |
PHASE IV – SOUTIRAGE DU SURNAGEANT
La phase de soutirage du surnageant correspond à l’étape où l’eau, désormais clarifiée, est extraite du bioréacteur. Il est alors essentiel de vérifier que cette eau satisfasse bien les normes de rejet en vigueur. Ce retrait s’effectue généralement avant le soutirage des boues, afin d’éviter le remélange des solides dans l’eau clarifiée. À cette étape, une bonne connaissance de la production de boues, et, par conséquent de la hauteur du lit de boues dans le réacteur, est nécessaire pour prévenir tout risque d’entraînement accidentel de boues vers la sortie d’eau clarifiée.
|
Paramètre opérationnel |
Modification |
Influence du paramètre |
|
Niveau de la boue dans le réacteur |
↑ | Si le niveau de la boue est trop élevé, il y a un risque important d’emportement de boue lors du retrait de l’eau clarifiée. Une réévaluation de la quantité de boue à retirer par cycle est donc à réaliser afin d’éviter ce problème. |
|
↓ |
Une hauteur plus basse du lit de boues n’a pas d’impact immédiat sur la qualité de l’eau clarifiée extraite. Toutefois, il est essentiel de comprendre qu’un volume minimal de boues est nécessaire pour maintenir l’équilibre du traitement biologique, puisque la biomasse active se retrouve dans celle-ci. |
PHASE V – SOUTIRAGE DE LA BOUE
Le soutirage de la boue est une phase critique, essentiel au maintien de l’équilibre global du traitement. Tel que mentionné plus haut, la majorité de la boue est générée lors de la phase aérobie et elle est principalement constituée de biomasses (mortes et vivantes) ainsi que de déchets. Le retrait de ces boues doit concorder avec leur taux de production de manière à conserver un volume adéquat de biomasse active dans le bioréacteur au fil des cycles. L’objectif est de maintenir une boue relativement jeune, mais suffisamment active pour assurer l’efficacité du traitement biologique. Pour y parvenir, le temps de rétention des boues (SRT) est généralement maintenu entre 10 et 40 jours, selon les objectifs de traitement3.
D’autre part, une biomasse trop vieille peut mener à une perte globale de la performance du système. De plus, un phénomène de remontée des boues peut être observé dans les systèmes où la boue vieillissante, accumulée au fond, demeure trop longtemps en conditions anoxiques. Cette situation entraîne une production de gaz, dont le dégazage forme des microbulles qui adhèrent aux flocs biologiques, provoquant ainsi leur remontée par flottation dans l’eau clarifiée5.
|
Paramètre opérationnel |
Modification | Influence du paramètre |
| Âge de la boue | ↑ | Un vieillissement global des boues dans le réacteur entraîne une diminution de l’activité biologique, réduisant ainsi l’efficacité du traitement. De plus, un vieillissement excessif au fond du bassin peut provoquer un dégazage, favorisant la flottation des flocs biologiques à la surface et, par conséquent, vers la sortie de l’eau clarifiée |
| ↓ | Une boue trop jeune résulte d’un temps de rétention insuffisant dans le réacteur, empêchant le développement optimal de la biomasse. Cela limite la capacité de traitement et diminue l’efficacité de l’élimination des contaminants. | |
| Quantité de boues retirées | ↑ |
Un retrait excessif de la boue nuit au renouvellement adéquat de la biomasse présente dans le milieu. La quantité de boue retirée doit veiller au respect du temps de rétention des boues compris entre 10-40 jours. |
| ↓ |
Le retrait insuffisant de la boue peut mener à une accumulation des vieilles boues, ce qui, par le fait même entraine une perte de la performance du traitement en plus d’accentuer le phénomène de dégazage. Tout cela a pour conséquence d’augmenter le risque d’emportement de flocs dans l’eau clarifiée. |
L’interdépendance entre les phases du procédé et les paramètres de fonctionnement démontre toute la complexité de l’optimisation d’un RBS. La maîtrise du temps de rétention des boues, de la phase d’aération ou encore de la décantation est essentielle pour garantir un traitement efficace et stable. De plus, l’analyse quotidienne des principaux contaminants (MES, phosphore, azote, DCO et DBO) à travers les cycles s’avère être un indicateur clé pour diagnostiquer toute perte de performance et cibler plus rapidement l’origine d’un déséquilibre. Chez Aquasan, nous sommes en mesure de vous soutenir dans ce processus d’optimisation en vous partageant les connaissances que nous avons développées au cours de nombreuses années d’expérience dans le secteur du traitement des eaux usées.
- AguaSigma, RÉACTEUR BIOLOGIQUE SÉQUENTIEL (RBS), https://aguasigma.com/fr/procesos/sbr/
- Lamarre, Optimisation de l’opération d’un réacteur biologique séquentiel pour l’élimination des nutriments d’un effluent industriel-agro-alimentaire fortement chargé en carbone, azote et phosphore, 1996, https://publications.polymtl.ca/8701/
- Metcalf& Eddy, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, 2003
- Gouvernement du Québec, Guide pour l’étude des technologies conventionnelles de traitement des eaux usées d’origine domestique, 2023, https://www.environnement.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/domestique/1-introduction.pdf
- Suez, Aide à l’analyse des dysfonctionnements, https://www.suezwaterhandbook.fr/procedes-et-technologies/procedes-biologiques/procedes-a-cultures-libres/aide-a-l-analyse-des-dysfonctionnements
