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, ~
La présente invention a trait au domaine des maté-
riaux utilis~s comme supports de microorganismes dans des
milieux de fermentation. Elle concerne plus spécialement de
nouveaux supports pour filtres biologiques et leur applica-
tion, notamment, dans le domaine du traitement des eaux
résiduaires.
On utilise depuis longtemps dans diverses industries
des cultures de microorganismes tels que bactéries ou autres
qui, dispers~es dans un milieu aqueux plus ou moins riche en
~léments min~rauxjionisés ou non, se nourrissent d'un substrat
organique ou inorganique, dans des conditions op~ratoires bien
définies (a~ration, température, pH, etc.), pour effectuer un
certain nombre de transformations par assimilation et meta-
bolisation. Par exemple, selon un procéde maintenant classique
du traitement des eaux usées, on utilise des microorganismes ~,`
pour digérer les substances polluantes soit 50US forme de boues
activées dans des cuves ou bassins de fermentation soit sous
forme de lits bact~riens où les zoogl~es, constituées par les
microorganismes ou analogues, sont retenues sur un support
fixe servant de lit de filtration des eaux a ~purer.
Dans ce procédé du type lits bactériens, on met
habituellement en oeuvre comme support ~ixe des mat~riaux a
base de silicates hydratés tels que notamment des pouzzolanes
naturelles ou artificielles ou produits analogues. La
spécificite des especes de microorganismes, accrochés au
support, est fonction du milieu aqueux à traiter et des nutri~
ments que ce dernier renferme. Dans la pratique, il est
souhaitable d'utiliser au maximum la masse vivante active ou
biomasse, laquelle a besoin d'un certain nombre d'éléments
pour assurer sa croissance, notament: de l'azote, du phos-
phore, des métaux tels que: potassium, sodium, calcium,
magnésium, manganèse, etc. Or, ces él~ments ne se retrouvent
3~
,~
pas fr~quemment, de façon concvmmittante, dans les substances
polluantes d'une eau donn~e. Il est alors fort difficile
dlassurer un taux de naissance optimum des diverses especes
mises en contact avec un milieu déterminé.
Le probleme se pose donc de pouvoir mettre au point
et disposer d'un lit bactérien ou toutes les especes de micro-
organismes habituellement utilisées sont assurées en perma-
nence d'une croissance maximum et ou la ~iomasse est parfaite-
ment retenue et uniformément distribu~e sur le lit de filtra-
tion.
Il a maintenant trouv~ une solution tout a faitsatisfaisante a ce probleme, laquelle permet de compl~ter
harmonieusement les carences en nutriments des milieux à
traiter et de satisfaire aux criteres d'un support assurant
une forte retention de la masse bactérienne, à savoir une
bonne porosit~ et une grande surface développ~e.
La présente invention propose de nouveaux supports
pour filtres biologiques qui sont constitués par des argiles
cuites, sous la forme de granulats de dimensions moyennes 2
à 25 mm, renfermant de petites quantités d'oligo~ ments qui
servent de nutriments aux microorganismes accrochés auxdits
supports.
Parmi les principaux oligo él8ments pr~sents dans
les argiles-~upports et dont certains agissent à l'~tat de
traces, on peut citer tout particulièrement des metaux tels
que: ~er, cuivre, zinc, manqanese, molybdene, cobalt,
aluminium. Ce~ m~taux complatent les eléments habituellement
nécessaires à la croissance bactérienne et qui sont, soit deja
présents dans l'argile crue utilisée comme matiere premiere
soit ajoutés a cette derniere, a savoir: azote, phosphore,
potassium, sodium, magnésium, calcium...
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... . . , , . . :
.. ' ~ . . , . '` .' ~ .. . .. .
- ~g~3~6
Les nouveaux supports ~iolo~iques selon l'invention,
produits solides à porosité contrôl~e, sont obtenus par ajout
des éléments metalliques manquants ou en quantite insuffisante
a des argiles ou tout autre substrat mineral ayant une cohésion
en cru suffisante (par exemple produit minéral lié par bento-
nite, colle, argile, résine naturelle ou synthétique, etc.).
Parmi les argiles utilisables comme matieres premieres, on
peut citer tout particulièrement des argiles naturelles telles
que celles des types: illitique (habituellement utilis~e
pour la fabrication des tuiles et briques), kaolinique
(produits r~fractaires, céramiques), montmorillonitique, ou
des melanges de ces produits. Laquantite d'elements a intro-
duire dans l'argile crue, ou matériau equivalent, est deter-
minee par comparaison entre la composition chimique (en ~ et
en oxyde) de l'argile ayant subi une calcination a plus de
lG00C avec les taux minimum des éléments métalliques précités ;
qui doivent etre présents dans le support final.
Selon un procéde de préparation particulièrement
avantageux, qui permet d'obtenir des support homogenes et
d'excellente porosité, le m~lange de l'argile crue et des
ajouts est effectué par voie seche, les matériaux étant
broyes puis ensuite humidifies et malaxés pour obtenir des
boudins qui sont soumis a une cuisson a température de 1200
a 1300C, par exemple dans un our rotatif; la chamotte
r~cupéree est alors broyée et tamisée aux granulométries
désirées généralement comprises entre 5 et 25 mm.
Les produits ajout~s a l'argile de d~part sont
introduits sous toute forme convenable, par exemple à l'état
d'oxydes ou sels pour des métaux tels que: Fe, Cu, Zn, Mn,
etc., ou a 1'état demlnéraux carbonatés ou silicatés, tels
que: calcaire, dolomie, talc, feldspath, stéatite, pour les
eléments tels que Ca, Mg et analogues.
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: , , , ... ,~. ... .. . , :
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Selon un autre mode de mise en oeuvre, on peut
op~rer par voie humide ou les matieres premières finement
broyees sont mélang~es en milieu de dispersion aqueux, la
pâte obtenue après concentration de la suspension étant mise
sous une forme convenable ~étirage, extrusion, etc.) avant
cuisson au four. Bien entendu, des variantes peuvent être
apportées à ces proced~s non limitatifs, conformement aux
m~thodes habituellement employ~es dans la fabrication connue
des pâtes ceramiques~
Les supports biologiques selon l'invention trouvent
des applications int~ressantes dans de nombreux domaines; ils
conviennent particulièrement bien pour l'utilisation comme
lits bacteriens fixes dans la filtration des eaux residuaires.
L,exemple qui suit illustre, à titre indicatif, la
préparation d'un support à base d'argile cuite dopee selon
l'invention et montre sa superiorit~ par rapport aux supports
classiques du type pouzzolane dans l'application susvisee de
lit bact~rien.
Exemple
On a m~lange à sec, sous ~rme de produits pulveru-
lents de diamètre moyen de particules inférieur a 100 microns,
dans un dispositif à vis helicoidale: une argile naturelle
de type kaolinique avec de l'oxyde de fer ~eventuellement),
de l'oxyde de cuivre, de l'oxyde de zinc, du bioxyde de
manganèse, du feldspath et de la dolomie en des quantites
telles que l'on obtienne après cuisson un materiau renfermant
les ~l~ments essentiels suivants:
~.
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sous forme d'oxydes équivalent en métal
% en poids g/kq de mat~riau
Fe203 : 1,2 Fe
CuO : 0,2 Cu ; 1,5
ZnO : 9,1 Zn : 1
K20 : 1,2 K : 10
Na20 : 1,6 Na : 12
MnO2 : 0,6 Mn : 4
CaO : 0,6 Ca : 4
MgO : 1 ~.g : 6
le complément à 100% étant representé par les constituants `;
propres de l'argile de base dont essentiellement de la silice
et de l'alumine.
~ ne fois le mélange a sec effectué, on a soumis la
composition a une humidification aqueuse puis à un malaxage
dans un appareil à vis sans fin fournissant des boudins qui
ont ensuite été cuits au four rotatif à 1.300C environ. La
chamotte obtenue a été alors broyée dans un concasseur à
mâchoires puis tamis~e pour obtenir des granulats de la sur- ;
face spécifique d~sirée, dont le diamètre moyen était de 10
à 2~ mm.
Cette chamotte dop~e a ét~ utilisée comme support
pour lit bact~rien de filtration d'eaux usées, en utilisant
comme microorganismes des souches nitrifiantes autotrophes
aérobies ~de type zooglées). Les essais ont été effectués
dans une installation pilote en colonnes de verre d'une part
sur de l'~au brute ayant subi un simple d~grillage, d'autre
part sur de l'eau débourbée c'est-a-dire ayant subi en outre
une décantation primaire sans addition de floculants et/ou
coaulants. Pour tous ces essais, la vitesse de passage de
l'eau sur le lit fixe était d'environ 1 Om/h, le flux étant
dirigé de bas en haut; le débit d'air moyen était régl~ à
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250 l/h dans les colonnes; le p~l etait de l'ordre de 7,7 à
7,8 et la temp~rature voisine de 10C.
Pendant la duree des essais, on a mesure chaque
jour les taux de NH3 éliminés de l'eau a traiter grace a
l'ac~ion du lit bactérien de façon à calculer les rendements
de l'opération de nitrification. Ces rendements sont exprimes
en ~ dans le tableau 1 ci-dessous ou l'on a etabli une compa-
raison avec un lit bactérien classlque à support pouzzolane,
toutes conditions etant égales par ailleurs:
Ta_leau 1
_ _ _ _
Rendements(%) d'élimination NH3
Support Type d'eau - _
ler jour 2jour 3jour 4jour 5ème jour
____ .
Pouzzolane Eau debourbée10 18 20 36 30
chamotte Eau débourb~e 50 28 50 56 52
dop~e .
_ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Pouzzolane Eau brute 10 18 21 18 30
chamotte Eau brute 35 36 50 52 60
dopee . .
Comme on peut le voir d'après ces resultats, une
chamotte dop~e à oligo-éléments selon l'invention procure,
grace a l'activation de la biomasse dont le taux de croissance
est optimum, une amélioration spectaculaire du rendement de .`
nitrification par rapport aux procédés classiques de filtration
biologique, et ceci dès le premier ~our de traitement. On : :
obtient des r~sultats similaires dans le cas de l'elimination
d'autres polluants de l'eau en présence des souches bact~
riennes correspondantes.
:- . , . : ,.: . .
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Ainsi, ~râce aux nouveaux produits selon l'invention,
il devient possible d'améliorer considérablement les xende-
ments d'élimination des polluants et donc de réaliser une :
économie appréciable dans le traitement d'~puration des eaux
usées par passage sur lits bactériens.
.. . . . . . .
