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Patent 2474157 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2474157
(54) English Title: PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT BIOLOGIQUE D'EFFLUENTS AQUEUX, EN VUE DE LEUR EPURATION
(54) French Title: METHOD AND PLANT FOR BIOLOGICAL TREATMENT OF AQUEOUS EFFLUENTS FOR PURIFICATION THEREOF
Status: Deemed Abandoned and Beyond the Period of Reinstatement - Pending Response to Notice of Disregarded Communication
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • C02F 03/12 (2006.01)
  • C02F 03/00 (2006.01)
(72) Inventors :
  • MORGOUN, SERGE (France)
(73) Owners :
  • DEGREMONT
(71) Applicants :
  • DEGREMONT (France)
(74) Agent: LAVERY, DE BILLY, LLP
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(86) PCT Filing Date: 2003-01-28
(87) Open to Public Inspection: 2003-08-07
Availability of licence: N/A
Dedicated to the Public: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2003/000267
(87) International Publication Number: FR2003000267
(85) National Entry: 2004-07-21

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
02/01045 (France) 2002-01-29

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a method for the biological treatment of effluents contaminated with impurities of urban or industrial origin, characterised in employing a single aeration tank (1) with a high mass charge in which the raw effluent or mechanically pre-treated effluent is mixed without previous decantation with a free microbial culture of the activated sludge type, growing in a lightly aerated medium, of the order of 0.1 to 0.2 kg O¿2?/kg BOD5 removed, the organic charge applied having a value equal to or greater than at least 2 kg COD/kgSM/day, preferably equal to or greater than 4 kg COD/kgSM/day, the hydraulic residence time for the raw effluent in the single aeration tank being between 30 and 90 minutes, preferably between 40 and 60 minutes.?¿


French Abstract


Procédé de traitement par voie biologique des effluents chargés d'impuretés
d'origine urbaine ou industrielle, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un
bassin unique d'aération (1) à forte charge massique dans lequel l'effluent
brut, ou mécaniquement prétraité, est mélangé, sans décantation préalable, à
une culture microbienne libre du type boue activée, évoluant en milieu
faiblement aéré, de l'ordre de 0,1 à 0,2 kg O2/kg DBO5 éliminée, la charge
organique appliquée étant égale ou supérieure à au moins 2 kgDCO/kgMS.j, de
préférence égale ou supérieure à 4 kgDCO/kgMS.j, le temps de séjour
hydraulique de l'effluent brut dans le bassin unique d'aération étant compris
entre 30 et 90 minutes, de préférence entre 40 et 60 minutes.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


14
REVENDICATIONS
1 - Procédé de traitement par voie biologique des effluents chargés
d'impuretés d'origine urbaine ou industrielle, caractérisé en ce qu'il met en
oeuvre un
bassin unique d'aération (1) à forte charge massique dans lequel l'effluent
brut, ou
mécaniquement prétraité, est mélangé, sans décantation préalable, à une
culture
microbienne libre du type boue activée, évoluant en milieu faiblement aéré, de
l'ordre de 0,1. à 0,2 kg O2/kg DBO5 éliminée, la charge organique appliquée
étant
égale ou supérieure à au moins 2 kgDCO/kgMS.j, de préférence égale ou
supérieure
à 4 kgDCO/kgMS.j, le temps de séjour hydraulique de l'effluent brut dans le
bassin
unique d'aération étant compris entre 30 et 90 minutes, de préférence entre 40
et 60
minutes et en ce que, dans ledit bassin unique d'aération (1) une partie de la
pollution
carbonée dissoute et la quasi totalité de la fraction colloïdale et
particulaire de
l'effluent sont biosorbées par le floc de la boue activée.
2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur de ladite
charge massique s'établit au-delà de 1,5 kgDB05/kgMS/j., avec une
concentration
en matières solides comprises entre 0,5 et 2,5gMS/1, conduisant à des charges
volumiques appliquées supérieures à 3 kgDB05/m3/j.
3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est piloté à la
limite de l'anaérobiose, en régulant la teneur en oxygène dissous à des
valeurs
comprises entre 0,1 et 1g/1.
4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boue très forte
charge présente une concentration en matières en suspension de l'ordre de 0,5
à
2,5g/l, de préférence entre 0,6 et 1,5 g/l.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé
en ce que l'on prévoit un système de régulation, par modulation du taux de
recirculation de la liqueur mixte dans le bassin d'aération unique, cette
régulation
étant effectuée de manière à maintenir les matières solides (matières en
suspension +
biomasse) dans une plage définie, de préférence comprise entre environ 1,0 et
1,5 g/1,
et elle est assurée par la mesure en continu de la turbidité de la boue
activée ou de la

15
liqueur mixte, cette mesure étant couplée à un asservissement du débit de
recirculation ou d'extraction de ladite liqueur mixte.
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé
en ce qu'il comporte une régulation de l'apport d'air dans le bassin unique
(1), afin
de maintenir une faible consigne en oxygène dissous, de l'ordre de 0,1 à 1
mg/1.
7 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte
- un réacteur à culture libre (1) évoluant en milieu aéré, dans lequel une
partie de la
pollution carbonée dissoute ainsi que la quasi totalité de la fraction
colloïdale et
particulaire de l'effluent sont biosorbées par le floc de la boue activée,
ledit
réacteur, qui constitue ledit bassin d'aération unique comportant des moyens
d'apport de l'air de façon continue (2) ou intermittente, l'énergie de
brassage étant
alors fournie mécaniquement,
- des moyens (3) de mesure en continu de la turbidité de la boue activée ou de
la
liqueur mixte et des moyens de mesure de la concentration en oxygène dissous,
dont les données sont traitées par un système d'asservissement d'une part, du
débit de recirculation ou d'extraction de la liqueur mixte pour maintenir une
teneur constante en matières solides dans ledit réacteur et, d'autre part de
l'apport
d'air pour maintenir une faible teneur résiduelle en oxygène dissous dans
ledit
réacteur,
- un clarificateur intermédiaire (4) effectuant la séparation de la boue de
l'effluent
dépollué, et
- un circuit de recirculation (5) de la boue depuis le clarificateur
intermédiaire vers le
réacteur à culture libre, le débit de la recirculation (ou de l'extraction)
étant asservi à
la mesure de la turbidité dans le réacteur.
8 - Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que le réacteur 1
fonctionnant avec des boues activées à très forte charge est réalisé sous la
forme d'un
bassin d'aération à mélange intégral.
9 - Installation selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisées en ce que
le
capteur (3) est positionné directement dans le réacteur biologique (1).

16
- Installation selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisées en ce que
le capteur (3) est positionné en sortie dudit réacteur, sur la ligne d'eau
alimentant le
clarificateur associé (4).

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


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WO 03/064334 PCT/FR03/00267
1
Procédé et dispositif de traitement biolo~ipue d'effluents
apueux, en vue de leur éuuration
S
La présente invention concerne le traitement biologique d'effluents aqueux,
tels que notamment les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles,
en vue
de leur épuration.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un dispositif
perfectionnés de traitement biologique de tels effluents mettant en oeuvre des
cultures
libres de micro-organismes selon la technique des boues activées, afin
d'éliminer la
pollution carbonée contenue dans les effluents à traiter.
Parmi les procédés connus d'épuration mettant en couvre des cultures libres
de micro-organismes, ceux utilisant des boues activées dites « faibles charges
» sont
de plus en plus fréquemment mis en couvre.
Ces procédés de type « extensif » ont pour caractéristique de travailler à
faibles charges massiques et volumiques appliquées, avec des temps de séjour
hydraulique élevés et une boue moyennement décantable, ce qui conduit à la
réalisation d'ouvrages de dimensions importantes, aussi bien au niveau du
bassin
d'aération qu'au niveau du système de clarification.
En outre, les dispositifs mettant en oeuvre ces procédés classiques
d'épuration
nécessitent généralement une chaîne d'appareils spécialisés qui assurent
successivement le dégrillage, le dessablage, le dégraissage et la décantation
primaire
de l'effluent à traiter, ces appareils étant positionnés en amont de l'étape
de
traitement biologique proprement dit par boues activées.
On comprend que les installations selon cet état antérieur de l'art sont
coûteuses, tant en ce qui concerne leur construction que leur exploitation et
leur
maintenance.
Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention apporte un procédé de
traitement par voie biologique des effluents chargés d'impuretés d'origine
urbaine ou
industrielle, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un bassin unique
d'aération à forte
charge massique dans lequel l'effluent brut, ou mécaniquement prétraité, est

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mélangé, sans décantation préalable, à une culture microbienne libre du type
boue
activée, évoluant en milieu faiblement aéré, de l'ordre de 0,1 à 0,2 kg Oz/kg
DBOS
éliminée, la charge organique appliquée étant égale ou supérieure à au moins 2
kgDCO/kgMS.j, de préférence égale ou supérieure à 4 kgDCO/kgMS.j, le temps de
séjour hydraulique de l'éffluent brut dans le bassin unique d'aération étant
compris
entre 30 et 90 minutes, de préférence entre 40 et 60 minutes.
On comprend que l'ensemble qui, dans une installation selon l'état antérieur
de la technique, est constitué par le décanteur primaire et le bassin
d'aération est
remplacé, selon l'invention, par un unique bassin d'aération à forte charge
massique.
On sait que la charge massique est définie par le rapport entre le flux de
pollution journalière exprimée en DCO ou en DBOS et la quantité de matières
sèches
présente dans le bassin d'aération. Pour la mise en oeuvre du procédé objet de
l'invention, il convient que la valeur de cette charge massique s'établisse au-
delà de
1,5 kgDB05/kgMS/j., et ce avec une concentration en matières solides comprise
entre 0,5 et 2,SgMS/1, ce qui conduit à des charges volumiques appliquées
supérieures à 3 kgDB05/m3/j.
Grâce à ces caractéristiques selon l'invention, le volume du bassin unique
d'aération est réduit au minimum selon un facteur 10 par rapport au bassin de
traitement à boues activées des installations classiques en aération prolongée
et faible
charge appliquée.
Le procédé objet de l'invention tel que défini ci-dessus est basé sur la
biosorption: dans un bassin d'aération à très forte charge, une partie de la
pollution
carbonée dissoute, la quasi-totalité de la fraction colloïdale et particulaire
étant
biosorbées par le floc de la boue activée.
En effet, le fait que, selon l'invention, l'action épuratoire soit basée
essentiellement sur des phénomènes de biosorption et non sur des phénomènes
biologiques oxydatifs ou fermentaires et que le procédé permette d'éviter une
décantation primaire et la mise en place de dessablage et de dégraissage
permet de
maintenir une teneur élevée en matières colloïdales et particulaires dans
l'effluent à
traiter, composés favorisant la biosorption.

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La biosorption peut être décrite comme un phénomène physico-chimique où
l'élimination de la pollution correspond à un transfert de matière rapide de
la phase
liquide vers le flot, et ce par adsorption, absorption et piégeage.
Trois mécanismes se produisent immédiatement lorsque l'effluent entre au
contact de la boue (voir Eikelboom-1982 in Bulking of Activated Sludge:
Preventive
and remedial Methods, Ellis Horward Publ., Chichester, 90-105 "Biosorption and
prevention of bulking sludge by means of a high flot loading") et se
superposent
dans le phénomène global dénommé "biosorption", à savoir
1- La rétention des produits colloïdaux par adsorption physico-chimique sur le
flot
("fixation de surface"), ce qui conduit à un alourdissement de celui-ci;
2- La rétention des matières en suspension par imbrication dans le flot
biologique;
3- L'absorption extra- et intracellulaire des matières organiques solubles par
les
microorgamsmes.
Aux temps de séjour hydrauliques trës courts imposés par la présente invention
(entre 30 et 90 minutes), la population microbienne n'a pas le temps
d'hydrolyser et
de métaboliser la pollution adsorbée.
L'absorption reflète au contraire le comportement bactérien et sa capacité à
accumuler des réserves nutritives : le "stockage" intracellulaire pour
oxydation
ultérieure peut correspondre à 50% de la masse du microorganisme (voir Ekama
G.A. et al., 1979, journal WPCF, 51, 3, 534-556 « Dynamic behavior of the
activated
sludge process »).
Dans le procédé selon la présente l'invention, cette absorption n'est rendue
possible que si les bactéries sont maintenues en situation de « stress », ce
qui suppose
un apport minimal en énergie oxydative. Par conséquent, selon une
caractéristique du
procédé objet de l'invention, ce dernier est piloté à la limite de
l'anaérobiose, en
régulant la teneur en oxygène dissous à des valeurs comprises entre 0,1 et 1
g/l.
On comprend que le procédé selon l'invention tel que défini ci-dessus est basé
sur le piégeage de la pollution par l'adsorbant « Boue Activée » et ce sans
dégradation biologique par voie oxydative ou fermentaire, la boue activée mise
en
oeuvre évoluant en permanence à forte charge massique appliquée, tout en

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maintenant une faible aération pour garantir l'énergie de brassage au système
et
l'énergie suffisante à la biosorption.
Des niveaux élevés en charge appliquée favorisent les phénomènes d'adsorption
et d'absorption, tout en conservant la biomasse en état de maintenance avec
une
vitesse de croissance quasi-nulle. Ces conditions, caractéristiques du procédé
de
l'invention, confèrent à la boue très forte charge des propriétés tout à fait
exceptionnelles et notamment les suivantes
- la pollution décantable conservée en l'absence de prétraitement primaire
permet
de lester le floc formé et d'obtenir ainsi une excellente clarification ;
l'indice de
boue est remarquable avec des valeurs de l'ordre de 40m1/g, valeurs qui ne
sont
pas obtenues en procédé forte charge, selon l'état antérieur de la technique
dans
lequel le bassin d'aération est précédé d'un décanteur primaire;
- la très bonne qualité de la boue très forte charge qui présente une
concentration
en matières en suspension de l'ordre de 0,5 à 2,Sg/1, de préférence entre 0,6
et 1,5
g/1 (ces valeurs pouvant être comparées aux valeurs de 3 à 4 g/1 qui sont
préconisées dans l'état antérieur de l'art, notamment dans FR-A-2 594 113)
permet d'appliquer des vitesses ascensionnelles élevées (>2m/h) dans le
clarificateur qui est associé au bassin d'aération unique, ainsi qu'on le
décrira ci-
après ;
- l'aération est un paramètre qui pèse sur la performance de tout système
biologique ; paradoxalement, selon le procédé objet de l'invention, pour une
boue
très forte charge, le besoin en oxygène est maintenu limitant pour garantir
une
bonne biosorption, aux dépens d'un bilan épuratoire réduit sur la matière
organique facilement assimilable ;
- cette limitation du métabolisme oxydatif est d'autant plus facilement obtenu
que
le temps de séjour hydraulique est maintenu à une faible valeur.
L'intérêt d'un système à forte ou très forte charge charge appliquée, selon la
présente invention, par rapport aux systèmes à faible charge, est
considérable.
De tels systèmes, dits « intensifs », permettent la conception d'ouvrages
beaucoup plus compacts pour le même volume de pollution entrante à traiter,
aussi

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bien au niveau du bassin d'aération qu'au niveau du système de clarification,
les
boues ayant une excellente décantabilité.
Le phénomène de biosorption se déroulant dans le procédé objet de la
présente invention se caractérise par des cinétiques de réactions supérieures
(facteur
2 à 3) aux réactions biologiques observées dans les boues activées classiques,
et ce
avec un faible apport en air (respectivement 0,1 à 0,2kg OZ/ kg DBOS éliminée
contre 0,6kg OZ/ kg DB05 éliminée).
En ce qui concerne les temps de réaction, les ordres de grandeur sont les
suivants
- 15 minutes pour la biosorption selon le procédé objet de l'invention ;
- 30 à 45 minutes environ pour la métabolisation selon les procédés
classiques.
Le procédé objet de la présente invention se distingue nettement de l'état
antérieur de la technique des procédés dits à très forte charge, par des
conditions
particulières de mise en eeuvre de la culture libre, permettant de la faire
évoluer de
1 S manière permanente en milieu faiblement aéré et à charge massique
appliquée élevée
pour favoriser les phénomènes de biosorption et de stockage de DBO.
Ainsi, le procédé à boues activées très forte charge mis au point par le
professeur Boehnke (voir Boehnke B. et al., 1997, Water
Environnent&Technology,
23-27 « AB Process renoues organics and nutrients » et Boehnke B. et al.,
1998,
Water Engineering&Management, 31-34 « Cost-effective reduction of high-
strength
wastewater by adsorption-based activated sludge technology ») ne fait pas
référence
à des phénomènes de biosorption, mais à une pression de sélection
microbiologique,
conduisant à une spécificité par adaptation de la biocénose, se traduisant par
l'apparition d'une population bactérienne spécifique des procédés Très Forte
Charge,
plus active métaboliquement parlant. Aucune référence n'est faite, dans cet
état
antérieur de la technique, à la biosorption comme mécanisme épuratoire
essentiel, ce
phénomène n'étant utilisé que comme tampon lors des à-coups de charge.
D'autre part, les rendements épuratoires obtenus sont faibles (aux alentours
de SO% pour la DBOS), alors que le procédé objet de la présente invention
permet
d'obtenir des abattements moyens de l'ordre de 75% pour la DBOS et 80% pour
les
MES.

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L'état antérieur de l'art, relatif aux procédés intensifs, ne permet pas à
l'homme du métier de maîtriser la mise en oeuvre et la conduite d'un procédé à
boue
activée, tel que le procédé à forte charge ou très forte charge, objet de
l'invention. En
effet, il est bien connu de l'homme du métier que ces systèmes sont très
sensibles
aux à-coups de charge, surcharges hydrauliques ou biologiques, se traduisant
par une
dégradation rapide des performances et de la qualité requise de l'eau traitée
(en
termes de pollution carbonée, matières en suspension).
Ainsi, classiquement lors des événements pluvieux, où l'on constate une
dégradation de la composition de l'eau à traiter, ces procédés intensifs
s'avèrent
inadaptés avec un risque de lessivage, pouvant être très rapide, des matières
solides
contenues dans le réacteur, rendant le traitement de l'effluent à la qualité
requise
impossible, avec des retours à une situation normale pouvant dépasser les 48
heures.
Le procédé objet de l'invention, comme tout système biologique dit intensif,
montre une très grande réactivité aux variations des paramètres de l'eau
brute.
Etant donné le ratio important de pollution sur la biomasse présente et par
conséquent la faible concentration de cette dernière (1 à 2g/1 de MES), une
variation
importante des caractéristiques de l'eau brute provoque très rapidement un
déséquilibre du système.
A la différence du procédé à boues activées en aération prolongée, système
dit extensif, le procédé à très forte charge ne dispose que d'un faible
pouvoir tampon.
Une diminution importante des concentrations de l'effluent provoque
immédiatement un lessivage de la biomasse présente dans le système ; de la
même
manière, une augmentation importante des teneurs en charge polluante de l'eau
brute
provoque rapidement une augmentation de la concentration en matières en
suspension dans le bassin unique d'aération et une possible surcharge du
clarificateur
qui lui est associé, ainsi qu'on le verra ci-après.
Afin de rendre très souple le procédé objet de la présente invention, lui
permettant de supporter des variations de charge volumique ou massique, on
prévoit
un système de régulation, par modulation du taux de recirculation de la
liqueur mixte
dans le bassin d'aération unique, cette régulation étant effectuée de manière
à
maintenir les matières solides (matières en suspension + biomasse) dans une
plage

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définie, de préférence comprise entre environ 1,0 et 1,5 g/1, et elle est
assurée par la
mesure en continu de la turbidité de la boue activée ou de la liqueur mixte,
cette
mesure étant couplée à un asservissement du débit de recirculation ou
d'extraction de
ladite liqueur mixte.
Selon l'invention, on peut également prévoir une régulation de l'apport d'air
dans le bassin unique, ceci afin de maintenir une faible consigne en oxygène
dissous,
par exemple entre 0,1 et 1 mg/1. En effet, l'excédent d'oxygène dissous peut
être
utilisé pour l'oxydation de la matière organique très facilement assimilable,
ce qui
doit être évité dans le cas du procédé selon l'invention dans lequel on
cherche à
favoriser le phénomène de biosorption.
L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé
défini ci-dessus. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle comporte
- un réacteur à culture libre évoluant en milieu aéré, ce réacteur, qui
constitue ledit
bassin d'aération unique comportant des moyens d'apport de l'air de façon
continue ou intermittente avec un brassage associé,
- des moyens de mesure en continu de la turbidité de la boue activée ou de la
liqueur mixte et des moyens de mesure de la concentration en oxygène dissous,
dont les données sont traitées par un système d'asservissement d'une part, du
débit de recirculation ou d'extraction de la liqueur mixte pour mamtemr une
teneur constante en matières solides dans ledit réacteur et, d'autre part de
l'apport
d'air pour maintenir une faible teneur résiduelle en oxygène dissous dans
ledit
réacteur,
- un clarificateur intermédiaire effectuant la séparation de la boue de
l'effluent
dépollué, et
- un circuit de recirculation de la boue depuis le clarificateur intermédiaire
vers le
réacteur à culture libre, le débit de la recirculation (ou de l'extraction)
étant
asservi à la mesure de la turbidité dans le réacteur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
de
la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en
illustrent un
exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins

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ô
- la figure 1 représente de façon schématique une installation selon la
présente
invention et,
- la figure 2 est une courbe illustrant la variation de la constante de
biosorption en
fonction de la charge appliquée dans un exemple de mise en oeuvre du procédé
de
S l'invention.
En se référant à la figure 1, on voit que, dans cet exemple de réalisation, le
dispositif selon l'invention comporte un réacteur, ou bassin d'aération
unique, à
boues activées sous forte charge, désigné par la référence 1, ce réacteur
comportant
des moyens 2 d'apport en air, de façon continue ou intermittente, l'énergie de
brassage étant fournie mécaniquement, avec un système d'asservissement à la
teneur en oxygène dissous, et une sonde 3 de mesure de la turbidité. Dans cet
exemple de réalisation, un décanteur intermédiaire 4 est associé au réacteur 1
de
façon à effectuer la séparation de la boue de l'effluent dépollué.
L'installation
comporte en outre un circuit 5 de recirculation des boues depuis le décanteur
intermédiaire 4 vers le réacteur à culture libre 1, le débit de la
recirculation des
boues (ou de l'extraction de ces dernières du décanteur intermédiaire 4) étant
asservi à la mesure de turbidité fournie par la sonde 3.
A cet équipement de base du dispositif selon l'invention, on peut prévoir
divers moyens, de type connu, permettant de compléter le traitement de
l'effluent.
Ainsi, le dispositif peut comporter un second étage 6 qui peut être
un réacteur de nitrification à biomasse fixée à support fixe ou mobile (selon
les
contraintes de rejet des matières en suspension), recevant l'effluent
intermédiaire
provenant du décanteur-clarificateur 4 ;
~ un réacteur de dénitrification à biomasse fixée à support fixe ou mobile
(selon
les contraintes de rejet des matières en suspension), recevant l'effluent
intermédiaire provenant du réacteur de nitrification. Le carbone assimilable
nécessaire peut être fourni de façon externe (sous forme de méthanol par
exemple), ou provenir d'une digestion anaérobie des boues extraites du
réacteur,
ces dernières étant hautement fermentescibles ;
~ un réacteur de digestion anaérobie ou tout autre système d'hydrolyse des
boues
pour liquéfier la fraction fermentescible de ces boues et fournir le carbone

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facilement assimilable nécessaire au procédé de dénitrification ou à un
procédé
de méthanisation; les boues restantes rendues inertes après hydrolyse étant
séparées par tout procédé approprié tel que centrifugation, microfiltration ;
~ un réacteur de méthanisation pour produire du biogaz et ainsi fournir une
partie
de l'énergie nécessaire au fonctionnement du procédé.
De préférence, le réacteur 1 fonctionnant avec des boues activées à très forte
charge est réalisé sous la forme d'un bassin d'aération, connu, en termes de
génie
chimique, sous le nom de « bioréacteur à mélange intégral » qui assure un
brassage
efficace avec une consommation d'énergie peu élevée ; étant donné que les
caractéristiques de l'eau sont les mêmes en tous points du bassin, le
phénomène de
biosorption sera favorisé.
Ce type de bassin a pour inconvénient d'être sensible aux variations de débit
et de caractéristiques du liquide à traiter, phénomènes très fréquemment
observés
dans le domaine du traitement des eaux résiduaires. Etant donné que, selon
l'invention, on prévoit un asservissement de la teneur en oxygène, ladite
sensibilité
au débit et au flux de pollution n'aura pas de répercussion sur le traitement
de
l' effluent.
Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, afin de permettre au réacteur 1 de
supporter des variations de charge volumique ou massique, l'invention prévoit
un
système de conduite, par modulation du taux de recirculation de la liqueur
mixte
(circuit 5), pour maintenir les matières solides (MES + biomasse) dans la
plage
définie, de préférence aux alentours de 1.0 - 1.5g/l, comme spécifié ci-
dessus. Dans
ce but, on effectue une mesure en continu de la turbidité, à l'aide du
turbidimètre à
sonde 3, ou de tout autre capteur approprié et connu de l'homme de l'art, par
exemple : compteur de particules, spectrophotomètre,..., cette mesure étant
couplée à
un dispositif d'asservissement du débit de recirculation ou d'extraction de la
liqueur
mixte. A l'aide de corrélations issues d'abaques correctrices, cette mesure
permet de
caractériser de manière globale la teneur en matières solides en suspension du
milieu,
décrivant ainsi les conditions de fonctionnement de l'installation.
L'intérêt pratique d'utilisation de ce paramètre pour la régulation des
procédés épuratoires par boues activées a déjà été souligné. Ainsi, FR-A-2 784
093

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WO 03/064334 PCT/FR03/00267
décrit un procédé de gestion automatisée de la recirculation élaborée dans le
but de
maîtriser le temps de séjour des boues en clarification secondaire dans les
procédés à
boues activées et ce procédé utilise un signal représentant la concentration
de boues
obtenu à partir d'un capteur positionné dans la ligne de recirculation. Par
ailleurs,
5 FR-A-2 795 713 utilise la mesure de turbidité pour caractériser la charge
polluante
contenue dans l'eau brute, cette mesure étant associée à la pollution
colloïdale et
particulaire.
Dans la présente invention le signal obtenu doit représenter la concentration
en matières solides, le phénomène de biosorption ne se faisant pas uniquement
avec
10 les micro-orgnaismes mais aussi avec les matières en suspension présentes
dans les
boues. Dans ces conditions, dans le dispositif selon l'invention le capteur
tel que 3
doit ëtre positionné soit directement dans le réacteur biologique 1 comme
illustré sur
la figure 1, soit en sortie dudit réacteur, sur la ligne d'eau alimentant le
clarificateur
associé 4. Le positionnement se fera dans les règles de l'art connu de l'homme
de
1 S métier selon le type de capteur choisi.
La régulation mise en oeuvre selon l'invention peut consister à définir quatre
intervalles de concentrations en matières en suspension MS, dans le bassin
unique
d'aération 1. A chaque intervalle correspond un fonctionnement adapté, soit de
la
pompe de recirculation des liqueurs mixtes du clarificateur 4 vers le bassin
d'aération
1, soit de la pompe d'extraction des boues.
Le contrôle de la concentration en matières en suspension MS à partir de
l'asservissement du débit d'extraction permet d'obtenir un débit total très
peu
variable (eau usée+recirculation) à travers le système.
Grâce à cette régulation, il est possible de réduire les variations de
concentration en matières en suspension, en périodes normales, et de revenir
ensuite
rapidement à un fonctionnement normal en cas de perturbations dues par exemple
à
des à-coups de charge, à des évènements pluvieux etc...
De préférence, les consignes définies sont les suivantes : concentration
objectif l.Sg/1, écart de concentration ~ 0.3g/1, concentration plancher 1
g/I.
Lors d'un événement pluvieux, la dilution des polluants contenus dans l'eau
brute conduit à une baisse des matières solides appliquées dans le réacteur 1
. Cette

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variation provoque immédiatement une augmentation du débit de recirculation ou
une diminution du débit d'extraction pour éviter tout risque de lessivage
(élimination
des matières solides contenues dans le réacteur).
Lors des pointes journalières, les concentrations en polluants augmentent,
ainsi que les charges appliquées; cette variation provoque immédiatement une
réduction du débit de recirculation ou une augmentation du débit d'extraction,
pour
éviter une saturation du clarificateur qui se traduirait par des pertes en
boues au
niveau de l'eau traitée.
Le tableau ci-après illustre le mode de mise en oeuvre de cette régulation.
MS / réacteur TFC
MS > C+nC
Recirculation faible + Extraction forte
~C
C-0C < MS < C+~C
Concentration-objectif ~-- Recirculation normale Extraction normale
en MS ~ DC
Cplancher < MS < C-0C
Recirculation forte + Extraction faible
Cplancher
MS < Cp~ancher
Recirculation maxi + Extraction=0
Selon une autre caractéristique de la présente invention, on prévoit également
une régulation de l'apport d'air afin de maintenir une faible consigne en
oxygène
dissous. Cette régulation, basée sur la génération de deux consignes
différentes de
débit d'air suivant la concentration en oxygène dissous dans le bassin
d'aération 1 et
dont la mise en oeuvre est bien connue de l'homme de métier, servira à
maintenir
constamment un résiduel en oxygène dissous compris entre 0,1 et 1 mg/l. La

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régulation peut aussi être obtenue par arrêt de l'aération en fournissant
l'énergie de
brassage par voie mécanique.
Ainsi, selon l'invention, on effectue un asservissement de deux paramètres
distincts : le débit de recirculation ou d'extraction de la liqueur mixte pour
mamtemr
une teneur constante en matières solides dans le réacteur biologique 1, et la
maîtrise
des moyens d'apport en air 2 pour maintenir un faible résiduel en oxygène
dissous
dans le réacteur biologique.
Comme on le comprend, l'association d'un procédé à boues activées très
forte charge à un système de conduite optimisée, basé sur l'asservissement des
moyens de recirculation ou d'extraction de la liqueur mixte et d'apport en
air, permet
non seulement d'obtenir un niveau de traitement élevé de la pollution carboné
dans
un réacteur compact associé à un clarificateur lui-aussi compact, mais surtout
de
maîtriser le procédé et ses performances dans le temps et ceci mëme lors des
périodes de surcharge hydraulique.
L'exemple de mise en oeuvre indiqué dans le tableau ci-après fait ressortir
la résistance au lessivage, dans une installation selon l'invention
fonctionnant sous
forte charge, d'une part sans asservissement et, d'autre part avec
asservissement, et la
figure 2 représente la courbe de la variation de la constante Ao de
biosorption en
fonction de la charge massique appliquée Cma, exprimée en DCO totale. L'examen
de cette courbe montre que, plus la charge appliquée est élevée, plus la
constante de
biosorption est élevée.
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Exemples de TFC ( Très Forte Charge) : résistance au lessivage
MS CMa Rendt Rendt MeS
Sans
(g/~) Kg DCOt/kg MS.jDCOT (%)
asservissement
(%)
Jour 1 1.5 13.6 64 7.1
Jour 2 LESSIVAGE
Jour 3 0.4 17.3 45 51
Jour 4 1.0 22.8 44 50
Jour 5 1.4 14.7 58 65
MS CMa Rendt Rendt MeS
Avec
(g/1) Kg DCOt/kg MS.jDCOT (%)
asservissement
(%)
Jour 1 2.0 10.8 64 73
Jour 2 1.8
Jour 3 1.7 9.8 62 68
Jour 4 1.9 10.7 61 67
Jour 5 2.0 9.7 58 75

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
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MF (application, 2nd anniv.) - standard 02 2005-01-28 2005-01-18
MF (application, 3rd anniv.) - standard 03 2006-01-30 2005-12-21
MF (application, 4th anniv.) - standard 04 2007-01-29 2006-11-15
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Description 
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Claims 2004-07-20 3 102
Representative drawing 2004-07-20 1 6
Abstract 2004-07-20 2 81
Drawings 2004-07-20 2 14
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Fees 2005-12-20 1 52
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