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Technische Universität Berlin (2018)

Contribution to the optimization of biological greywater treatment by modeling and life cycle assessment

Masmoudi Jabri, Khaoula

Titre : Contribution to the optimization of biological greywater treatment by modeling and life cycle assessment

Beitrag der Modellierung und Ökobilanzierung zur Optimierung der biologischen Grauwasserbehandlung

Auteur : Masmoudi Jabri, Khaoula

Université de soutenance : Technische Universität Berlin

Grade : Doktorin der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.) 2018

Résumé
Ce travail vise à étudier les performances des réacteurs biologiques, tels que le réacteur à lit mobile (MBBR) et le réacteur à membrane biologique (MBR), utilisés pour le traitement des eaux grises afin de les réutiliser dans les chasses d’eau. De plus, il vise l’application des logiciels spécifiques utilisés pour l’optimisation de la conception des réacteurs étudiés ainsi que l’évaluation de leurs performances environnementales. Dans ce contexte, le suivi de la dégradation des matières organiques et azotés a été réalisé pour décrire l’efficacité des technologies étudiées. Le réacteur à grande échelle, le MBBR à grande échelle composée de plusieurs réacteurs (R1 à R10), a montré une bonne performance concernant l’élimination de la demande chimique en oxygène (DCO), le carbone organique dissous (COD), la demande biologique en oxygène (DBO5), et l’ammonium (NH4-N) et l’azote total (TN) avec des rabattements allant jusqu’à 93% %, 80.7%, 99%, 89% et 77%, respectivement. La simulation en régime permanent a été appliquée au réacteur MBBR à grande échelle en utilisant le modèle de boues activées de type ASM3 implémenté dans le logiciel Simba. Les résultats de la modélisation ont montré une bonne corrélation entre les concentrations simulées et expérimentales de la DCO provenant des différents réacteurs du système MBBR. Les résultats de la simulation relatifs à deux réacteurs (R1 et R5) ont montré une corrélation acceptable avec les résultats expérimentaux, à l’exception du TN. Cependant, l’ajustement des paramètres stœchiométriques a permis une simulation satisfaisante des concentrations de TN. La modélisation des caractéristiques de biodégradation des eaux grises par un réacteur biologique séquentiel à membranes immergées (SM-SBR) a également montré une bonne corrélation entre les résultats simulés et expérimentaux.

En outre, les performances environnementales des MBBRs utilisés pour le recyclage direct des eaux grises traitées (EGT) ont également été étudiées à l’aide du logiciel Simparo.

L’approche de l’analyse du cycle de vie (ACV) a été appliquée pour comparer les scénarios de recyclage et de non-recyclage de point de vue environnemental et pour évaluer l’impact environnemental du MBBR. Le recyclage de l’eau n’a pas un effet néfaste sur l’environnement et que les processus supplémentaires requis pour le recyclage, tel que le système de distribution, n’ont pas altérer la performance environnementale du système. Par exemple, la contribution du recyclage représente moins de 10% de l’impact environnemental total du réacteur pour la majorité des catégories d’impact. De plus, le recyclage des eaux traitées a permis une réduction comprise entre 3.9% et 17% pour les cinq catégories d’impact suivantes : appauvrissement de la couche d’ozone, écotoxicité aquatique en eau douce, écotoxicité en milieu aquatique marin, écotoxicité terrestre et eutrophisation. Une analyse de sensibilité a été réalisée et a montré que l’utilisation d’énergies renouvelables ainsi qu’une quantité moindre de tubes en polychlorure de vinyle (PVC) ou sa substitution par un autre matériau tel que le polyéthylène (PET) pourraient améliorer la performance environnementale du système.

Par conséquent, les décideurs dans les politiques de gestion de l’eau devraient envisager l’intégration des approches de recyclage de l’eau dans le contexte local afin de garantir la durabilité des systèmes de traitement des eaux usées

Mots clés  : biological treatment ; greywater recycling ; MBBR ; modeling ; LCA ; biologische Behandlung ; Grauwasserrecycling ; Modellierung ; Ökobilanz

Présentation

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Page publiée le 14 novembre 2021