Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La pr~sente invention a trait au domaine du
traitement des eaux usées et résiduaires, ou toutes eaux
contenant de 1'azote ammoniacal, par le procédé
biologique dit aux boues activées, dans des cuves ou
bassins de fermentation o~ les cultures de
micro-organismes, dispersées dans un milieu aqueux plus
ou moins riche en él~ments minéraux, se nourrissant d'un
substrat organique ou micro-organique. Elle concerne
plus spécialement un procédé et une installation
d'~puration des eaux permettant d'éliminer ou r~duire
totalement 1'azote total de 1'eau par transformation de
l'azote ammoniacal en ions nitrates puis élimination de
ces derniers, autrement dit selon un processus de
nitrification puis dénitrification.
Dans la technique connue du traitement biologique
des eaux résiduaires, l'eau, après décantation, est
envoy~e dans un bassin aéré puis dans un clarificateur
d'o~ la boue ou biomasse est recyclée en t~te du bassin.
On utilise des bactéries hétérotrophes aérobies qui
éliminent le carbone par utilisation de l'ox~gène
dissous dans le milieu aqueux et des bactéries
autotrophes pour transformer l'ammoniac en nitrites et
nitrates. Toutefois, le taux de croissance des
bacteries autotrophes étant plus faible, elles ne
peuvent se maintenir de façon stable dans la boue
activee que ci l'âge moyen de cette derniere est élevé,
g~n~ralement entre 5 et 30 jours.
Afin d'obtenir un d~veloppement normal de ces
bact~ries autotrophes dites nitrifiantes, il est alors
nécessaire de concevoir un volume de bassin au moins
trois fois plu5 important, de façon ~ multiplier par le
m~me chiffre le temps de séjour et l'âge d~s boues. on
se heurte alors à des probl~mes de coûts importants pour
les installations. En outre, si le processus de
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nitrification a bien lieu dans ce cas, on ne peut
parvenir ~ la fonction de dénitrification c'est-à-dire
de suppression des nitrates de l'eau.
Dans le but d'obtenir successivement une
nitrification puis une dénitrification, tout en ~vitant
la mise en oeuvre de plusieurs séries de bassins, on a
pr~conisé l'utilisation d'un bassin unique muni de
sections ou zones alternativement aérées (avec une
teneur maximale en oxyg~ne dissous de 1,5 p.p.m.
maximum) et non aérées ou ~ la limite de l'anaérobiose
(brevet français publié n 2 372 121). Malgré les
perfectionnements apport~s, un tel système exige la mise
en oeuvre de volumes importants pour le bassin à
biomasse ou alors la transformation des bassins
existants en dispositifs ~ zones multiples alternées.
Afin de pouvoir s'affranchir de la nécessité
d'utiliser un bassin ~ boue activée de très grand volume
pour obtenir un temps de s~jour prolongé et un ~ge des
boues supérieur à 5 jours en vue d'une possible
nitrification puis dénitrification, on peut penser
ad~oindre au systame conventionnel précit~ d'~puration,
un ensemble à biomasse ~ixé comme par exemple un
dispositif de filtration (épuration à lit de charbon
actif ou autre charge granulaire type BIOCARBONE
- marque d~posée OTV - ou équivalente). Toutefois, si
le dispositif est installé en fin de traitement, après
la clarification, la phase de dénitrification ne peut
avoir lieu ; si par contre il est prévu en amont du
bassin ~ boue activée, on obtient une
nitrification/d~nitrification mais le bassin lui-m~me
n'est plus véritablement opérationnel ; enfin si le
dispositif est placé entre le bassin ~ boue et le
clarificateur, la biomasse introduite dans le lit fixe
provoque rapidement des phénomènes de colmatage.
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L'invention a donc pour but, compte tenu de cet
état de la technique, de proposer un procédé permettant
d'assurer dans de bonnes conditions à la fois
l'~puration des pollutions carbonées et les phases
successives de nitrification et dénitrification dans une
installation générale de traitement qui ne n~cessite pas
d'importantes modifications du volume du bassin à boue
activee et qui peut donc ~tre adapt~e aux dispositifs
conventionnels existants d'épuration.
Conformément au principe général du procédé de
l'invention, où l'ensemble du traitement inclut, après
une éventuelle décantation primaire, un sejour en bassin
à boue activée et une clarification, on prévoit qu'une
partie au moins de la liqueur mixte dudit bassin est
envoyée dans un lit fluidisé séparé, garni de granule
solide en expansion, avant de rejoindre la phase de
clarification.
L'utilisation de la technique des lits fluidisés
est, certes, bien connue dans l'épuration des eaux
notamment dans le traitement d'une eau brute pour
réduire le taux de M.E.S. (Matières en Suspension) ou
encore pour nitrifier c'est-à-dire transformer en
nitrates l'ammonia~ue de l'eau. Toutefois, on ne peut
envisager la phase de d~nitrification car la quantité de
mati~res carbonées n'est alors plus suffisante.
Conformément à l'originalité du procédé de
l'invention, le r~acteur à lit fluidisé indépendant est
alimenté directement par la biomasse issue du bassin de
traitement biologique à boue activée. Cette solution
permet de multiplier par un nombre important (couramment
par 3) le volume de la liqueur mixte et donc d'augmenter
l'~ge des boues en favorisant l'action des bact~ries
nitrifiantes. Si, par exemple, on ajoute un réacteur
lit fluidisé ~ un bassin ~ boue activée muni de deux
2~7~
zones dont 1'une anoxique et 1'autre normalement aérée
(en aérobie) et si l'on effectue un recyclage de la
liqueur mixte (donc des nitrates) ainsi d'ailleurs que
d'une partie des boues, on peut obtenir d'excellents
résultats de nitrification et dénitrification en
conservant la taille d'un bassin ~ boue d~j~ installé.
Selon un autre avantage du procédé, on utilise pour
la phase de d~nitrification le carbone contenu dans
l'eau ~ traiter sans avoir ~ utiliser d'additif carboné
supplémentaire, comme par exemple du méthanol si l'on
adoptait la solution precitée d'un r~acteur a biomasse
fix~e ou encore d'un lit fluidisé apras le
clarificateur.
Le choix du dispositif de fluidisation et la
d~termination des divers paramètres et de leur optimum
peuvent ~tre effectués selon les données connues par
l'homme de l'art. Toutefois, il s'avère
particulierement avantageux, quoique non limitatif,
d'adopter un système à plusieurs contenants avec
injection gazeuse, tel que par exemple celui faisant
l'objet du brevet européen n 0 162 796 de 1984.
Le granulé solide en expansion, qui sert de support
d'accrochage et de developpement des bacteries, est
choi6i parmi les matériaux insolubles et inertes
l'~gard de la biomasse et de préférence de densité
sup~rieure ~ 1. A titre préférentiel on peut utiliser
un solide minéral poreux du type : argile, schiste,
anthracite, charbon, pierre ponce etc. ... de
granulomètrie comprise entre 0,3 et 3 mm.
L'implantation de la phase de ~luidisation dans un
système de traitement biologique conventionnel d'eau
r~siduaire peut être réalisée de plusieurs façons et
l'on décrira ci-dessous quatre modes principaux
d'exécution en se référant ~ la planche des dessins
:
.:
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annexes.
On a illustre très schematiquement sur ces figures
1 ~ 4 une installation classique du traitement d'eau
résiduaire par voie biologique, comprenant la
succession, dans le sens du traitement : d'un éventuel
décanteur primaire D ; d'un bassin B à boue activée
pouvant ou non être s~par~ en des zones : anoxique B1
(totalement privée d'oxygène) ou aérée B2 (en aérobie)
et d'un clarificateur C. L'eau brute ~ traiter 1 suit
le cheminement de gauche à droite et l'eau épuree 2 est
récup~rée à la sortie du clarificateur C. La ligne en
pointill~s 3 correspond à un recyclage de la liqueur
mixte alors que la ligne en pointillés 4 représente le
recyclage des boues d'épuration. Les boues en exc~s 5
retirées du clarificateur C sont stockées et/ou traitéeæ
de façon classique. Le dispositif ~ lit fluidisé,
incorporé ~ l'installation de traitement selon
l'invention, est représenté par la lettre L.
Conformément au principe illustré sur la figure 1,
le syst~me ~ lit fluidis~ L est disposé en aval de la
zone anoxique Bl cré~e dans la cuve de boue existante.
Il est alimenté en courant ascendant par la biomasse 6
tir~e de cette zone Bl et son effluent 7 est envoyé dans
la zone en aérobie B2 du bassin à boue activée.
5elon la variante de la figure 2, la fluidisation
est installée entre la zone en aérobie B2 et le
clari~icateur C. L'alimentation en ascendant 8 est
soutir~e de B2 alors que 1'effluent 9, qui a travers~ le
lit fluidisé est envoy~ en tête du clarificateur C.
Conformément ~ un autre mode de réalisation
illustré æur la figure 3, le bassin de traitement se
trouve totalement en anoxie B1 alors que la ~luidisation
L, installée en aval du bassin, fonctionne en aerobie,
~on effluent 9 étant envoyé en tête du clarificateur C.
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Enfin, selon la variante de la figure 4 et toujours
dans le cadre de l'invention, on peut pr~voir
l'installation de fluidisation L en amont du bassin de
traitement à condition de la faire fonctionner en milieu
anoxique alors que la cuve B2 est totalement en a~robie.
Dans ce cas, L est alimenté en ascendant par l'eau 10
sortant du d~canteur D et son effluent 11 est envoyé
dans le bassin aéré B2 a boue activée. Le recyclage de
la liqueur mixte 3 est ici envoy~ ~ la base du
fluidificateur L dépourvu d'oxyg~ne ou air.
Grâce au principe selon l'invention selon lequel la
biomasse circule dans un fluidiseur annexé
l'installation classique, il devient possible
d'effectuer la nitrification et la dénitrification d'une
eau à ~purer sans avoir à augmenter considerablement le
volume des cuves ~ boues activées. Le proc~dé convient
donc bien pour une adaptation ~ une installation dejà
existante da~s laquelle il suffit d'intercaler un
dispositif ~ lit fluidisé selon l'une ou l'autre des
variantes précitées.
L'exemple de realisation décrit ci-après met bien
en ~vidence cette possibilit~ d~adaptation.
on a travaill~ sur une station de traitement d'eau
résiduaire correspondant ~ une ville de 10 000 habitants
et traitant, pour épuration, un debit d'eau d'environ
2 500 m3tjour dont la teneur en DBO était d'environ
650 kg/jour~ La station était équipée d'un décanteur
primaire, d'un bassin ~ boue activée et d'un
clarificateur. Le d~canteur primaire permettait
d'éliminer environ 200 kg de DBO par décantation
spontan~e. Il restait donc 450 kg de DBO pour la cuve ~
boue activée existante, de volume 300 m3 environ. Ce
volume contenait une liqueur mixte (ou biomasse) à
environ 3 g/l de M.E.S. soit au total 900 kg. La charge
massique pour la biomasse était donc de 0,5 kg de DBO
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par kg de M.E.S. et par jour. Pour une telle charge la
station ne pouvait effectuer la nitrification du fait de
l'~ge insuffisant des boues dans le bassin.
Afin que la nitrification puisse avoir lieu dans
une telle installation il faudrait ramener la charge
massique ~ un maximum de 0,15, donc avoir une quantité
de biomasse de 450/0,15 soit 3 000 kg. Pour une
quantit~ de M.E.S. de 3 g/l il serait donc n~cessaire de
disposer d'un volume supplémentaire de 700 m3 de bassin
~ boue et donc construire plus de 2 bacs à biomasse
~quivalents au b~c existant. En outre, il serait
n~cessaire de recycler la liqueur mixte dans une zone
anoxique ~ creer dans les 1 000 m3 de bassin, ceci pour
obtenir la dénitrification.
Conformément ~ l'invention, on a intercal~ un
syst~me à lit fluidisé dans l'installation
conventionnelle susvisée selon la réalisation illustrée
sur la figure 2 des dessins annexées. Ce système était
destiné ~ apporter une quantité de biomasse
supplémentaire de 2 100 kg (3 000-900). Du fait qu'un
tel systame pouvait fonctionner avec une biomasse a
12 g/l de M.E.S. (ou 12 kg/m3) il a suffit d'un volume
supplémentaire à construire de 2 $00/12 soit 175 m3, au
lieu des 700 m3 précités.
Les résultats des expérimentations dans l'exemple
susd~crit s'analysent comme suit :
- l'eau brute à traiter contenait 69 g d'azote
(NH3) pax m3 d'eau. A la sortie de la station
existante, non modifiée, il restait encore 38 mg/l
d'azote (NH3). Gr~ce à la mise en place du système à
lit fluidis~ selon l'invention, on a pu descendre ~ un
taux de 3 mg/l d' a20te (NH3) et ~ une valeur de nitrates
de 5 mg/l. La quantit& d'azote total ~ la sortie ~tait
alors de 8 mg/l donc inférieure ~ la limite de 10 fix~e
par la norme française N~L2.
