Alors que l’on a utilisé au cours des années soixante pour le traitement des eaux usées communales surtout des systèmes d’aération en surface avec gyroscopes et cylindres, on trouve aujourd’hui dans les stations de traitement des eaux usées modernes presque ex-clusivement des systèmes d’aération à air comprimé fines bulles.
Types d’aération mécanique ou d’aération en surface : la forme donnée au bassin à boues activées doit être adaptée au genre d’aération en surface (rotor ou gyroscope), afin d’obtenir un apport en oxygène et un rendement d’oxygène maximaux avec une vitesse de recirculation suffisante. Dans ce qui suit, les types courants de systèmes d’aération mécaniques avec les formes correspondantes de bassins à boues activées subdivisés en :
- rotors dans le bassin de circulation
- gyroscopes dans le bassin de mélange
- gyroscopes dans le bassin de circulation
sont représentés et des détails de construction discutés.
Rotors dans les bassins de circulation
e développement de l’aération en surface comme alternative à l’aération à air comprimé a commencé avec la brosse de Kessener et le cylindre en cage qui ont été utilisés pour l’aération de fossés d’oxydation. Ces deux produits ne sont plus fabriqués aujourd’hui et ont été remplacés par des rotors ayant un diamètre de 0,70 m ou de 1,0 m. Le bassin à boues activées est configuré comme bassin de circulation d’une profondeur allant jusqu’à 3,60 m et d’une largeur de canal de bassin allant jusqu’à 10,00 m. La distance entre les rotors doit être d’environ 25 m, afin d’éviter une influence conforme au flux entre deux cylindres. Des parois de guidage placées directement derrière le cylindre d’aération permettent d’obtenir que les eaux usées oxygénées soient dirigées également vers des zones plus profondes du bassin. Des poutres-frein placées dans le courant dirigé vers le cylindre assurent une réduction du flux dans la zone à proximité directe du cylindre. Le montage de parois de guidage et de poutres-frein est indispensable pour obtenir des valeurs élevées d’apport en oxygène et de rendement d’oxygène.
Avec une densité énergétique allant de 30 à 40 W/m3 , il est possible d’obtenir une vitesse de flux suffisante d’environ 30 cm/s dans le bassin de circulation, si bien que la boue activée ne peut se déposer. En recouvrant la zone à proximité immédiate du cylindre, on peut éviter les nuisances occasionnées par le bruit et les aérosols ainsi que des problèmes de fonctionnement en hiver causés par le givrage du cylindre.En raison des expériences positives faites avec des rotors dans les bassins de circulation, ce système d’aération a été également utilisé dans des bassins à boues activées d’une profondeur allant jusqu’à 7,50 m. Pour assurer une vitesse de flux suffisante et pour le transport de l’oxygène de la surface du bassin au fond de celui-ci, on utilise des agitateurs.
Gyroscopes dans les bassins de mélange
En même temps que le développement des rotors modernes, on a fait progresser également l’utilisation d’aérateurs gyro. Ils sont montés dans des bassins à boues activées de forme presque carrée. On peut ici utiliser aussi bien des gyroscopes ouverts que des gyroscopes fermés. En fonction du diamètre du gyroscope, la profondeur du bassin à boues activées va de 2,50 m à 4,00 m. La largeur et la longueur dépendent également du diamètre du gyroscope choisi. Le rapport de la largeur du bassin à sa profondeur devrait être supérieur à quatre pour pouvoir obtenir dans le bassin à boues activées un transfert d’oxygène rentable et des vitesses de recirculation suffisantes. Dans des bassins à boues activées d’un volume pouvant atteindre 500 m3 , il est nécessaire d’installer une puissance volumétrique de 20 W/m3 pour obtenir une recirculation suffisante. Pour un volume de bassin de 2.000 m3 une puissance volumétrique de 10 W/m3 est seulement encore nécessaire. Pour aérer des unités de bassins de plus grande taille, il est possible de disposer plusieurs gyroscopes dans des bassins carrés. Des parois intermédiaires pour délimiter le secteur des différents gyroscopes ne sont pas nécessaires car des frontières hydrauliques se forment d’elles-mêmes et qu’ainsi une affectation du corps aqueux à chaque gyroscope est donnée. Au fond du bassin, directement sous le gyroscope, il convient de monter une plaque d’acier pour éviter des phénomènes de cavitation, avec éventuellement une croix de guidage pour la stabilisation du flux. Pour éviter les nuisances dues aux aérosols et au bruit ainsi que les problèmes de givrage en hiver, on peut recouvrir la zone du gyroscope ou la totalité du bassin d’aération. Un recouvrement complet du bassin à boues activées n’aura pas pour conséquence une réduction de la capacité d’apport en oxygène.
Gyroscopes dans les bassins de circulation
À la suite des expériences positives faites avec l’épuration des eaux usées dans les bassins de circulation, on a tenté d’utiliser des aérateurs à gyroscope également dans ce type de bassin. Mais cette tentative a échoué du fait qu’il n’était pas possible d’obtenir un flux directionnel dans le canal de circulation. Ce n’est qu’à partir du développement du bassin tournant qu’on a pu obtenir une utilisation rentable d’aérateurs à gyroscope dans les bassins de circulation. Les gyroscopes assurent un apport en oxygène suffisant et des vitesses de flux d’environ 30 cm/s dans le canal tournant, si bien qu’aucune boue activée ne peut se déposer. A cet effet, on a besoin seulement d’une puissance volumique très faible et donc rentable d’environ 5 à 15 W/m3. On peut réaliser la construction de bassins d’une profondeur allant jusqu’à 5 m et des largeurs de canaux allant jusqu’à 10 m. Le recouvrement de la zone à proximité immédiate du gyroscope assure une protection efficace contre les aérosols, le bruit et le givrage.