Traitement des eaux usées

Sphaerotilus

Sphaerotilus : L'ennemi filamenteux du traitement des eaux usées

Sphaerotilus, un genre de bactéries filamenteuses, est un coupable courant dans la perturbation des usines de traitement des eaux usées à boues activées, provoquant un phénomène connu sous le nom de "bouffissure des boues". Cet article explore les caractéristiques de Sphaerotilus, son rôle dans la bouffissure des boues et les conséquences pour l'efficacité du traitement des eaux usées.

Qu'est-ce que Sphaerotilus ?

Les Sphaerotilus sont des bactéries aérobies à Gram négatif, connues pour leur forme filamenteuse et allongée. Ces filaments peuvent atteindre plusieurs millimètres de long et s'attachent souvent aux surfaces, formant des biofilms épais. Les Sphaerotilus prospèrent dans des environnements à forte teneur en matière organique et à faible teneur en oxygène dissous, des conditions souvent rencontrées dans les usines de traitement des eaux usées à boues activées.

Le dilemme de la bouffissure des boues

La bouffissure des boues survient lorsque les boues activées dans l'usine de traitement perdent leur capacité à se déposer correctement. Cela est principalement dû à une prolifération de bactéries filamenteuses comme Sphaerotilus. Les filaments emprisonnent l'eau dans les flocs de boues, ce qui les rend légers et duveteux, entraînant de mauvaises caractéristiques de décantation.

Conséquences de la bouffissure des boues :

  • Efficacité de traitement réduite : Les boues volumineuses ne peuvent pas se déposer efficacement, ce qui conduit à une mauvaise séparation solide-liquide. Cela entraîne une concentration plus élevée de solides en suspension dans l'effluent traité, qui peut dépasser les limites de rejet.
  • Volume de boues augmenté : Les boues volumineuses occupent plus d'espace dans les bassins de décantation, ce qui nécessite des retraits et une élimination plus fréquents des boues. Cela augmente les coûts opérationnels et met à rude épreuve la capacité de l'usine de traitement.
  • Transfert d'oxygène réduit : La croissance dense des biofilms de Sphaerotilus peut obstruer le transfert d'oxygène vers le bassin d'aération, compromettant les processus aérobies essentiels au traitement des eaux usées.

Contrôle de Sphaerotilus et de la bouffissure des boues :

Le contrôle de la prolifération de Sphaerotilus et la prévention de la bouffissure des boues impliquent une approche à plusieurs volets :

  • Amélioration de l'aération : Une aération adéquate est essentielle pour maintenir des niveaux suffisants d'oxygène dissous et limiter la croissance de Sphaerotilus.
  • Optimisation des paramètres opérationnels : L'ajustement précis de paramètres tels que l'oxygène dissous, l'âge des boues et le rapport nourriture/micro-organismes (F/M) peut aider à faire pencher la balance en faveur des bactéries formant des flocs par rapport aux bactéries filamenteuses.
  • Gestion des nutriments : Un excès de nutriments, en particulier de phosphore, peut alimenter la croissance des bactéries filamenteuses. Contrôler les niveaux de nutriments est important pour maintenir un équilibre microbien optimal.
  • Bioaugmentation : L'introduction de micro-organismes spécifiques qui inhibent la croissance de Sphaerotilus ou favorisent la croissance de bactéries bénéfiques peut être une stratégie utile.
  • Traitement chimique : Certains produits chimiques, comme le chlore ou l'ozone, peuvent être utilisés pour contrôler les bactéries filamenteuses, bien que cette méthode puisse avoir ses propres implications environnementales.

Conclusion :

Sphaerotilus représente un défi majeur dans le traitement des eaux usées à boues activées, conduisant à la bouffissure des boues et à une diminution de l'efficacité du traitement. Comprendre les facteurs qui contribuent à la croissance de Sphaerotilus et mettre en œuvre des stratégies de contrôle efficaces sont essentiels pour maintenir des performances optimales de traitement des eaux usées et minimiser les impacts environnementaux. En s'attaquant aux causes profondes de la bouffissure des boues, les usines de traitement des eaux usées peuvent assurer un fonctionnement efficace et produire un effluent traité de haute qualité.


Test Your Knowledge

Sphaerotilus Quiz

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What is the primary characteristic of Sphaerotilus bacteria?

a) They are gram-positive and spherical. b) They form short, rod-shaped filaments. c) They are filamentous and can reach lengths of several millimeters. d) They are anaerobic and thrive in low-oxygen environments.

Answer

c) They are filamentous and can reach lengths of several millimeters.

2. What is the primary cause of sludge bulking in wastewater treatment plants?

a) Overgrowth of filamentous bacteria like Sphaerotilus. b) An increase in the number of aerobic bacteria. c) A decrease in the amount of organic matter. d) A reduction in the amount of dissolved oxygen.

Answer

a) Overgrowth of filamentous bacteria like Sphaerotilus.

3. What is a major consequence of sludge bulking?

a) Increased treatment efficiency. b) Reduced sludge volume. c) Improved oxygen transfer in the aeration tank. d) Reduced treatment efficiency and increased sludge volume.

Answer

d) Reduced treatment efficiency and increased sludge volume.

4. Which of the following is NOT a recommended strategy for controlling Sphaerotilus overgrowth?

a) Improving aeration to increase dissolved oxygen levels. b) Reducing the food to microorganism (F/M) ratio. c) Increasing the concentration of nutrients, particularly phosphorus. d) Implementing bioaugmentation with specific microorganisms.

Answer

c) Increasing the concentration of nutrients, particularly phosphorus.

5. What is the main reason Sphaerotilus growth can negatively impact oxygen transfer in the aeration tank?

a) They consume large amounts of oxygen during respiration. b) They form thick biofilms that obstruct oxygen diffusion. c) They release toxins that inhibit oxygen transfer. d) They compete with other bacteria for oxygen.

Answer

b) They form thick biofilms that obstruct oxygen diffusion.

Sphaerotilus Exercise

Scenario: A wastewater treatment plant is experiencing severe sludge bulking. You are tasked with identifying potential causes and recommending solutions.

Task:

  1. Analyze the scenario: Based on the information provided in the article, list at least three possible reasons for the sludge bulking in this plant.
  2. Develop a plan: Propose at least two specific actions that the plant operators could take to address each of the potential causes you identified.

Exercise Correction:

Exercice Correction

**Possible Causes:**

  • **Insufficient Aeration:** Low dissolved oxygen levels could be promoting Sphaerotilus growth.
  • **High Nutrient Levels:** Excess phosphorus or other nutrients could be fueling Sphaerotilus growth.
  • **Poor Operational Parameters:** Imbalances in sludge age, F/M ratio, or other parameters might favor filamentous bacteria.
**Recommended Actions:**
  • **Improve Aeration:**
    • Increase the aeration rate in the aeration tank.
    • Check and optimize the efficiency of the aeration system, ensuring proper air distribution and adequate oxygen transfer.
  • **Control Nutrient Levels:**
    • Implement nutrient removal strategies like phosphorus removal processes or chemical precipitation.
    • Optimize the influent wastewater treatment process to minimize nutrient loading.
  • **Adjust Operational Parameters:**
    • Modify the sludge age by controlling the amount of sludge removed daily to shift the balance towards floc-forming bacteria.
    • Optimize the food to microorganism (F/M) ratio to reduce the organic load and limit Sphaerotilus growth.


Books

  • Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (5th Edition) by Metcalf & Eddy, Inc. This comprehensive textbook provides a detailed overview of wastewater treatment processes, including activated sludge systems and filamentous bacteria control.
  • Microbiology of Wastewater Treatment by G. Lettinga and M. C. M. van Loosdrecht. This book offers in-depth information about the microbial ecology of wastewater treatment plants, with specific focus on filamentous bacteria.

Articles

  • "Filamentous Bulking in Activated Sludge: Causes, Control and Prevention" by T. A. Khan et al. (Water Research, 2018). This review article summarizes the causes, consequences, and various control methods for filamentous bulking, including Sphaerotilus.
  • "The Role of Sphaerotilus in Activated Sludge Bulking: A Review" by A. K. Jain et al. (Journal of Environmental Management, 2014). This article focuses specifically on the role of Sphaerotilus in sludge bulking and provides insights into its growth characteristics and control strategies.

Online Resources

  • Water Environment Federation (WEF): The WEF website hosts numerous resources on wastewater treatment, including articles, technical reports, and webinars related to filamentous bulking and Sphaerotilus.
  • The Activated Sludge Model (ASM): This complex model is used to simulate the biological processes in activated sludge systems. Understanding the ASM can help predict the behavior of Sphaerotilus and guide control measures.
  • "Filamentous Bacteria in Activated Sludge" (Water Research, 2012): This research article explores the different types of filamentous bacteria in activated sludge and their impact on treatment performance.

Search Tips

  • "Sphaerotilus sludge bulking": This search will provide relevant articles and research papers on the role of Sphaerotilus in causing sludge bulking.
  • "Activated sludge filamentous bacteria control": This search will yield information on various control strategies for filamentous bacteria in activated sludge systems.
  • "Wastewater treatment filamentous bacteria identification": This search will help you find resources for identifying different types of filamentous bacteria, including Sphaerotilus, in wastewater samples.

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