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CA 02501387 2005-04-06
WO 2004/033371 PCT/FR2003/050075
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Procédé de réduction des boues d'un traitement biologique de l'eau mettant en
aeuvre de l'ozone.
La présente invention concerne les procédés de traitement d'effluents aqueux
mettant en oeuvre une étape biologique.
Les traitements biologiques aérobie d'effluents consistent généralement à
mettre
en contact ces effluents avec une biomasse (micro-organismes) qui dégrade la
pollution contenue dans ceux-ci en transformant les molécules organiques en
minéraux : il s'agit de l'étape appelée communément aération des bassins
biologiques.
La mise en oeuvre de tels traitements conduit à une augmentation progressive
de la
quantité de biomasse et à la nécessité d'évacuer la biomasse en excès
communément
appelée "boues en excès". Pour faire face à la quantité sans cesse croissante
de ces
boues biologiques en excès et de leur évacuation, différentes solutions ont
été
proposées.
Une première famille de procédés consiste à soutirer ces boues en excès à
l'issue du traitement biologique et soit leur trouver un débouché adapté soit
les traiter
lors d'une étape spécifique de dégradation. Elles peuvent ainsi être utilisées
comme
engrais dans l'agriculture (épandage). Toutefois, le respect des normes sur
l'environnement et la présence possible de micropolluants ou de métaux lourds
dans
les boues conduisent à réduire cette utilisation. Une autre solution consiste
à soutirer
ces boues et à les incinérer ; il faut alors les transporter vers un
incinérateur ce qui
implique un co0t. De plus, les difficultés pour implanter de nouveaux
incinérateurs
freinent le développement de cette solution. Une autre solution consiste à
réaliser une
oxydation par voie humide des boues en excès : les boues sont alors
minéralisées.
Une seconde famille de procédés consiste à réduire la production de boues lors
du traitement biologique. Ces solutions consistent à utiliser des moyens
permettant de
réduire la production de boues au cours du processus biologique de dépollution
des
eaux. Ces solutions consistent à réaliser une lyse partielle les boues, c'est-
à-dire
détruire une partie des micro-organismes qui composent les boues en les
rendant
partiellement solubles. Les produits issus de cette lyse qui contiennent des
composés
organiques au moins partiellement solubles peuvent alors être renvoyés en tête
du
traitement d'effluents pour subir le traitement biologique, au cours duquel
les micro-
organismes vont traiter les produits issus de la lyse. Une première technique
de lyse
connue consiste à exercer une action mécanique sur les boues provenant du
bassin de
traitement biologique ce qui provoque l'éclatement d'une partie des cellules
des micro-
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organismes constituant les boues en excès. II peut s'agir d'un broyage
mécanique, de
technique de compression/détente, de sonochimie, ... Cette technique est
généralement simple à mettre en oeuvre mais présente l'inconvénient de ne
réduire
que faiblement la production des boues en excès. En outre, le co0t énergétique
est
important. Une deuxième technique de lyse est une attaque basique ou acide à
l'aide
d'agents chimiques éventuellement couplée à une élévation de température, mais
cette
technique nécessite le réajustement du pH de la solution obtenue avant sa
réinjection
dans le bassin d'aération. L'inconvénient de cette solution est qu'elle
augmente la
salinité des boues hydrolysées ce qui peut conduire à un dysfonctionnement de
l'étape
de traitement biologique. Une troisième technique de lyse est basée sur
faction
d'agents oxydants tels que : l'ozone, l'air, le peroxyde d'hydrogène ou
l'oxygène sous
pression. L'inconvénient de l'air, du peroxyde d'hydrogène et de l'oxygène est
qu'ils ne
sont pas assez efficaces seuls : ils doivent être associés à un chauffage
et/ou un
catalyseur, ce qui augmente également le co0t de ces techniques. Quant à
l'ozone,
son utilisation nécessite la mise en place d'un dispositif particulier. En
effet, dans son
utilisation pour la réduction du volume de boues en excès, l'injection d'ozone
est
dissociée de l'étape d'aération des bassins d'aération. Le gaz ozoné est
injecté au sein
d'un réacteur séparé des bassins d'aération. C'est un inconvénient, car
l'installation est
coûteuse et la mise en oeuvre sur des unités existantes est compliquée.
Le document US-A-5,573,670 évoque la possibilité d'injecter un gaz ozoné très
faiblement concentré en ozone (0,01 à 0,16 % en poids d'03 par rapport à O~)
dans un
bassin d'aération d'une unité de traitement biologique d'effluents aqueux
uniquement
dans les buts d'éviter la formation de bactéries filamenteuses et de faire
chuter le
Carbone Organique Total (COD) de manière significative. Aucune influence de
cette
injection directe de gaz à faible taux d'ozone sur le taux de boues en excès
n'a pu être
constatée.
Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle mise en oeuvre de
l'ozone pour la réduction des boues en excès produites classiquement lors d'un
traitement biologique des eaux ne présentant pas les difficultés de mise en
oeuvre
définies ci-dessus.
Dans ce but, l'invention concerne un procédé de réduction des boues formées
lors du traitement biologique d'un effluent aqueux, ledit traitement
comprenant au
moins une étape au cours de laquelle l'effluent est mis en contact avec des
microorganismes dans un bassin d'aération, procédé dans lequel on injecte dans
le
bassin d'aération un gaz ozoné comprenant au moins 2,5 mg d'ozone par litre de
gaz
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au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent.
L'invention se rapporte à tout type de procédé de traitement d'effluent dans
lequel
l'effluent est soumis à une étape de traitement biologique. Au cours de cette
étape de
traitement biologique, l'effluent est mis en contact avec des micro-organismes
(biomasse) et une boue biologique est générée. Cette boue comprend
généralement
des micro-organismes vivants et morts, des débris cellulaires, des absorbats
et
colloïdes organiques, des corpuscules organiques et/ou des particules
minérales.
Selon l'invention, on injecte un gaz ozoné dans le bassin d'aération de
manière à
obtenir une aération du bassin et une lyse des micro-organismes contenus dans
la
boue biologique et réduire ainsi la formation d'excès de boue. Selon
l'invention, on
entend par gaz ozoné, un gaz comprenant au moins de (ozone et de l'oxygène.
Une
première caractéristique essentielle de l'invention tient à ce que le gaz
ozoné est
directement injecté dans le bassin d'aération. Une deuxième caractéristique
essentielle
concerne la composition du gaz ozoné qui doit comprendre au moins 2,5 mg
d'ozone
par litre de gaz. De préférence, ce gaz ozoné comprend au plus 300 mg d'ozone
par
litre de gaz.
Selon l'invention, le gaz ozoné est injecté directement dans le bassin
d'aération
au moyen d'un appareil produisant une émulsion du gaz ozoné dans l'effluent De
façon avantageuse, les appareils connus pour posséder un taux de transfert
élevé en
oxygène dans les effluents aqueux seront utilisés. En effet, l'utilisation de
ces appareils
permet en général de transférer ia quasi-totalité de l'ozone dans l'effluent
et ainsi de
n'avoir aucun risque environnemental de rejet d'ozone à l'atmosphère. Cela
vient du
fait que la solubilité de l'ozone dans l'eau est approximativement dix fois
plus élevée
que celle de l'oxygène et sa réactivité dans l'effluent très rapide (au cours
des essais,
aucun ozone résiduel n'a été détectë sur le mélange d'effluent et de boues
biologiques
en sortie du bassin d'aération).
Selon une première mise en oeuvre, le moyen de transfert du gaz ozoné dans
l'effluent peut être composé d'un venturi alimenté par une pompe et comprenant
un
moyen d'injection de gaz dans la partie étroite du venturi. La pompe permet de
faire
circuler l'effluent du bassin d'aération dans le venturi et le moyen
d'injection de gaz
assure l'injection du gaz ozoné dans le courant d'effluent créé par le venturi
et la
pompe. II se produit alors une émulsion gaz ozoné/efBuent liquide qui est
diffusée dans
le bassin d'aération. Cette diffusion peut étre améliorée par l'intermédiaire
de tuyères
et d'éjecteurs placés après le venturi dans le sens du courant de l'effluent.
Ce type
d'appareil est commercialisé par Air Liquide sous la référence Ventoxal~.
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Selon une deuxième mise en oeuvre, le moyen transfert du gaz ozoné dans
l'effluent peut être composé d'une turbine et d'un moyen d'injection de gaz
dans la
turbine. Selon une variante préférée, ce dispositif est composé d'une turbine
auto-
aspirante et d'une hélice, ladite turbine auto-aspirante et ladite hélice
étant portées par
un même arbre d'entraînement creux, et ledit arbre creux assurant
l'approvisionnement
en gaz ozoné de la turbine. Plus précisément, ce type de dispositif comprend
un
dispositif d'entraînement placé au-dessus du liquide à agiter et pourvu d'un
arbre
équipé à son extrémité inférieure d'au moins un mobile à flux axial immergé
dans le
liquide. L'arbre porte également la turbine auto-aspirante immergée dans le
liquide et
pouvant être entraînée par l'arbre. L'arbre est enveloppé coaxialement par un
cylindre
lié à son extrémité supérieure de manière étanche au dispositif d'entraînement
et dont
l'extrémité inférieure débouche dans la turbine. L'extrémité supërieure du
cylindre est
percée d'une ouverture d'injection du gaz ozoné dans un intervalle annulaire
délimité
par l'arbre et le cylindre. Lors du fonctionnement de ce dispositif, le
liquide est brassé
par la turbine. En tournant, celle-ci aspire le gaz ozoné à travers l'espace
annulaire de
l'arbre et le diffuse dans le liquide au niveau de la turbine. La dispersion
gaz/liquide
ainsi créée est diffusée très largement dans le bassin d'aération par
l'intermédiaire de
la turbine et de l'hélice placée généralement sous ladite turbine. Ce moyen
d'injection
est décrit dans la demande EP-A1-0 995 485. Ce type d'appareil est
commercialisé par
Air Liquide sous la référence Turboxal~.
Pour ces deux mises en oeuvre, les moyens de transfert du gaz ozoné dans
l'effluent ont l'avantage de présenter de très bons rendements de transfert et
un effet
de déstructuration partielle des flocs biologiques (désagrégation des flocs,
voire
destruction des parois cellulaires des microorganismes). Cet effet de
déstructuration
des flocs accroît l'efficacité de l'ozone pour la réduction de la biomasse.
Le gaz ozoné peut provenir directement d'un générateur d'ozone ou d'une autre
étape du procédé de traitement des effluents qui met également en oeuvre un
gaz
ozoné. Ainsi, le gaz ozoné peut être le gaz ozoné résiduel provenant d'un
évent
gazeux (recyclage).
Du fait de la décomposition très rapide de l'ozone dans les effluents aqueux
et de
sa grande solubilité dans ces effluents, le transfert de l'ozone dans ces
effluents est
proche de 100 % et la formation d'ozone à la surface des bassins d'aération
est évitée.
Le procédé selon l'invention présente l'avantage de combiner en une seule
étape : l'aération au moins partielle du bassin biologique au moyen de
l'oxygène du
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gaz ozoné et la réduction de boues au moyen de la quantité élevée d'ozone dans
le
gaz ozoné.
EXEMPLE - Oxygénation pour l'aération et l'ozonation pour la réduction de
5 la production de boues simultanée d'un bassin biologique.
Un bassin de 9 m de profondeur et de 6000 m3 de volume est aéré à l'aide de
deux appareils Ventoxal. Chaque appareil Ventoxal injecte 53 Nm3/h d'oxygène
correspondant au besoin horaire en aération. La production de boues
biologiques en
excès extraite chaque jour permettant de maintenir constante la concentration
en
boues dans le bassin aérée est de 460 kg/j.
Sur une filière de traitement parallèle et identique, l'oxygène d'un des deux
appareils Ventoxal est dopé par 17 mg/I d'ozone. La production de boues
journalière
passe à 320 kg/j soit une réduction de 30 %. Une amélioration de l'indice de
boues est
également observée ainsi qu'une facilité de déshydratation de l'excès de boues
restantes.
