l'épuration biologique d'eaux usées.
La présente invention concerne un procédé pour l'épuration biologique d'eaux usées, tant urbaines qu'industrielles ou leur
mélange, et plus particulièrement utilisable pour le traitement
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eaux usées issues de cokerie et de gazéification de charbon.
Elle sera décrite ici, dans son application au traitement des
eaux résiduaires de cokerie, sans toutefois que cela implique
une quelconque limitation de son domaine d'application.
On a depuis longtemps reconnu la nécessité de procéder à. l'épuration des eaux résiduaires de cokerie et imaginé et développé
des procédés divers à cet effet, en particulier des procédés
d'épuration biologique.
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luée consiste, dans son principe général, à transformer les polluants biodégradables dissous dans l'eau, essentiellement en gaz. sels et biomasse insoluble, par l'action de divers
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stabiliser cette biomasse insoluble.
Il existe actuellement deux grandais catégories de procédés
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suspension dans l'eau et les procédés à biomasse fixée sur un support .
Parmi les procédés de la presser e catégorie, le plus employé en épuration d'eaux résiduaires de cokerie est incontestablement le procédé d'épuration par bassins à boues activées. Les autres techniques, telles que par exemple les lagunes aérées ou les fossés d'oxydation, sont nettement moins répandues.
Comme procédé à biomasse fixée, on peut surtout mentionner les lits bactériens. Récemment cependant, ont été également utili-
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ques garnies de supports fixes ou fluidiaés.
En tant que tel, tous ces procédés d'épuration sont bien connus en soi.
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complet, procédé essentiellement utilisé à l'heure actuelle en cokerie, de manquer de stabilité. d'être lents à reprendre un rendement optimum lorsqu'un accident se produit, de poser certaines difficultés d'exploitation, telles que par exemple des problèmes de foisonnement de boue, de moussage, de recyclage des boues..., d'occuper beaucoup de surface au sol et de nécessiter un personnel d'exploitation très spécialisé.
C'est la raison pour laquelle des technologies nouvelles d'épuration ont été introduites.
En particulier, la technique des disques biologiques rotatifs consiste à utiliserons batterie de disques de grand diamètre, tournant autour d'un axe horizontale l'axe étant généralement entraîné par moto-réducteur au rythme d'1 à 2 tours/tain. Les
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du disque, sous forme de lambeaux, par effet de cisaillement au moment de l'immersion*et par autocurage.
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batteries de disques associées en série et groupées par étages. Chaque étage constituant un réacteur à mélange complet, on se rapproche d'autant .. plus d'un réacteur à écoulement piston que
le nombre d'étages est élevé. Chaque étage est également caractérisé par une flore biologique spécifique et bien adaptée au substrat en présence.
Sur le plan technique. ces disques assurent une maturation rapide du biofilm Lors de la mise ou de la remise en marche, ainsi que d'excellentes propriétés de décantation des boues biologi-
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bles aux variations de charges hydrauliques du fait que la biomasse est fixée sur un. support.
Sur le plan économique, ils se caractérisent également par une faible consommation d'énergie (lorsque la vitesse de rotation
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et de maintenance peu élevés (processus biologique simple et quasi-autonome).
Toutefois, ils présentent deux inconvénients : - en premier lieu, le réacteur à disques biologiques rotatifs multiétages est plus sensible aux phénomènes d'inhibition par le substrat. Cela implique une dilution préalable plus importante des eaux usées de cokerie avant leur entrée dans le réacteur. Cela s'explique par le mode d'écoulement piston de <EMI ID=11.1>
concentrations élevées en substrat, en particulier des phénols, .et peut subir de ce fait un effet d'inhibition important;
- en second lieu, le r6acteur à disques biologiques rotatifs est limité dans sa capacité d'épuration par l'apport limita d'oxygène au cours de la rotation et/ou par le manque de contrôle des caractéristiques du biofilm, en particulier l'épaisseur et le développement de microorganismea nuisibles à l'épuration.
Cette limitation implique par conséquent, l'utilisation de réacteurs de dimensions importantes dont le coût d'investissement est relativemenc élevés.
Le développement d'une biomasse trop épaisse peut entratner les inconvénients suivants : colmatage du support, rupture des divers éléments de construction par fatigue, phénomènes anaérobies.
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couches inférieures du biofilm - peuvent proliférer avec pour conséquences :
- une chute de rendement,
-l'émission d'odeur,
- l'accroissement de la pollution soluble par production d'acides volatils.
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les couches inférieures du biofilm la réduction des sulfates et thiosulfates en sulfures, qui servent d'apport énergétique dans les couches supérieures à des bactéries sulfureuses aéro-
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blanchâtre, épais et gélatineux, supplantent assez facilement les bactéries aérobies hétérotrophes d'oxydation du substrat carboné, ce qui entraîne une chute du rendement d'épuration. Par ailleurs, elles décantent mal et sont peu perméables à l'oxygène
- ce qui accentue la disparition des bactéries hétérotrophes.
<
Afin d'augmenter l'apport d'oxygène et diminuer l'épaisseur du biofilm, on a déjà proposé d'augmenter la vitesse de rotation des disques. Cette solution entraîne toutefois des problèmes de fatigue des matériaux et surtout une consommation d'énergie rapidement inacceptable. A titre d'exemple, la consommation électrique est doublée lorsque la vitesse de rotation est portée de 1,5 à 2,1 tours/min., alors que 1; apport supplémentaire d'oxygène est à peine perceptible.,
On a également proposé d'injecter en continu de l'air supplémentaire au moyen de rampes immergées sous les disques. Du point de vue énergétique, cette solution "et elle aussi fort désavantageuse. A titre d'exemple, la consommation électrique pour un réac-
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tien qui n'est que de l'ordre de 25 %.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier, de manière efficace et économique, aux inconvénients respectifs qui viennent d'être rappelée.
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vient d'expliciter, d'une part les processus des traitements biologiques invoqués, et d'autre part de rapporter les investigations du demandeur pour arriver à formuler le procédé de la présente invention.
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lution progressive de la biomaaae qui crott puis décrotta tandis que les matières polluantes sont dégradées de façon continue, mais à un rythme variable. On distingue essentiellement au cours du cyle de vie des microorganismes, les phases de développement suivantes :
a) phase de latence, qui marque l'acclimatation et la sélection <EMI ID=18.1> nutritifs); c) phase de ralentissement, au cours de laquelle l'appauvrissement progressif du milieu entraîna un ralentissement des synthèses cellulaires: <EMI ID=19.1>
commencent à consommer leurs réserves glucidiques et lipidiques accumulées précédemment; e) phase de décroissance, traduisant la mort de nombreux microorganismes par suite de l'appauvrissement accru du milieu en éléments nutritifs.
En régime d'alimentation continue en eau usée, on peut donc, par
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épurer en permanence dans l'une ou L'autre dea phase susmentionnées.
Le praticien sait que lorsque le temps de séjour est très court, cas correspondant au régime d'alimentation discontinue IL la phase de croissance exponentielle des microorganismes, le rendement d'épuration est faible, la production de boue biologique est 'levée, les floc. de biomasse sont très fins et pratiquement indé-
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posant, en effet, 8'une grande quantité d'éléments nutritifs, sont dotés d'une grande mobilité et d'une grande activité, et n'ont pas tendance' t'agglomérer pour former des floc@ compacts
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gle" et d'épuration à forte ou très forte charge polluante (exprimée en kg de polluants par m<3> de bassin et par jour) . La pol-
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insoluble ne peut être éliminée de l'effluent et l'eau répétée conserve ainsi pratiquement son degré initial de pollution.
Bien que la limite de charge polluante au-delà de laquelle la
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çon précise en fonction du substrat spécifique, on peut néanmoins la situer, dans la plupart des cas, entre 2,5 et 5 kg
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très forte charge polluante, d'autant plus que celle-ci sera supérieure aux valeurs définies ci-avant.
t
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l'eau. on évite donc toujours de déparer cette limite.
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gligeables.
Au cours de son recherches, le demandeur a constat'. de façon
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et abondante, constituée par des floc. en tête d'épingle, formée dans les procédés d'épuration à biomasse en suspension fonctionnant à forte ou très forte charge polluante "pouvait être éliminée par simple passage dana un réacteur à disques biologiques totatifs multiétages.
Bien que les phénomènes en cause ne soient pas connus avec exac-
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masse fixée.
Le procédé d'épuration biologique d'e&ux usées, objet de la présente invention, comportant au moins deux étapes de traitement passai lesquelles la ou les premières consistent à soumet-
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biomasse en suspension, la ou les suivantes faisant intervenir un traitement biologique à l'aide d'une biomasse fixée, est essentiellement caractérisé en ce qu'une au moins des premières <EMI ID=31.1>
au moins des étapes ultérieures ait effectuée sous charge polluants plus faible,
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une charge polluante telle qu'il n'y a pas de Limitation en oxygène et/ou de phénomène d'inhibition par le substrat.
Suivant encore une autre modalité de réalisation du procédé de
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dix heures.
Suivant une modalité de mise en oeuvre préférentielle du procédé, objet de 1' invention, on soumet lea eaux uaéea à une première étape de traitement biologique à l'aide d'une biomasse en
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à faible temps de .'jour, travaillant à très forte charge pol-
<EMI ID=35.1>
ge polluante, sans limitation en oxygène et/ou sans phénomène d'inhibition par le substrat.
Le procédé de l'invention permet donc d'une part. de travailler
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des conditions de charge polluante que l'on devait absolument éviter auparavant et, d'autre part, dans la seconde phase d'épu-
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puration primaire* et donc sana les inconvénients précitée d'in-
<EMI ID=38.1>
La procédé de l'invention rend également minima les frais de consommation énergétique et les fraie d'investissement. L'épu-
<EMI ID=39.1>
en effet par des besoins en oxygène réduite. cet oxygène étant fourni. sans limitation d'apport, par un quelconque moyen bien
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L'épuration secondaire à l'aide de disques biologique. rotatifs est également caractérisée par une faible consommation énergétique (la vitesse de rotation peut ici tire maintenue entre 1
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lement réduites et l'investissement global diminue. Les frais annuels de fonctionnement ( amortissement compris; sont ainsi rendus minime par la conjonction synergique des daux techniques d'épuration utilisées.
Le procédé de l'invention rend également optimale la cinétique de dégradation. L'épuration primaire à forte charge, en réac-tour à mêlant* complet et parfaitement aéré, est en effet caractérisé* par une vitesse de dégradation élevée du substrat.
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quilibre (cinétique d'ordre 1), on travaille par contre dans un réacteur du type' écoulement piston.
L'absence de recyclage de boues biologiques, contrairement aux
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tr8le de l'épuration.
Enfin, le procéda de l'invention réduit ou supprime la dilution
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non d'inhibition par la substrat. L'épuration primaire est en effet réalisée dans un réacteur à mélange complet, main..ensible aux phénomènes d'inhibition que le réacteur à écoulement piston. Lorsque les eaux polluées atteignent la zone d'épura-
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luante (phénols, en particulier) est déjà réduite à un niveau tel qu'il n'y a plus de risques d' inhibition par le substrat.
Selon une modalité particulièrement intéressante de réalisation du procédé de l'invention, la phase d'épuration primaire en cuve ou bassin airé avec biomasse en suspension est définie
<EMI ID=46.1> biologique et par jour, <EMI ID=47.1>
De cette ornière, le rendement d'épuration au cours de cette
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Datte ce" conditions, appâtait spontanément une flore biologique peu diversifiée, exempte pratiquement de protozoaires et
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trations en substrat. Etant donné que le@ phénols et en par-
<EMI ID=51.1> <EMI ID=52.1>
- temps de "jour des eaux dans l'ensemble du réacteur multiétages supérieur ou égal à 7,5 heures et dans le premier étage supérieur ou égal à 3 heures,
- charge hydraulique superficielle sur l'ensemble du réacteur <EMI ID=53.1>
disque et par jour, '
- charge massique superficielle sur le premier étage du réac- <EMI ID=54.1>
disque et par jour, '
- teneur en phénols totaux de l'affluent inférieure ou égale a <EMI ID=55.1> par jour,
De cette manière, les rendements d'épuration globaux sont éle-
<EMI ID=56.1>
cokerie. Les charges massiques superficielles sont limitées pour éviter des biofilms trop épais,, des phénomènes anaérobies, le
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phénomènes d'oxygène limitant. la
A titre d'exemple non limitatif du domaine d'utilisation prati- que du procédé de l'invention, nous décrivons ci-après une ins-
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de son fonctionnement et aussi les résultats de rendement obtenue.
La figure 1 montre de façon fort schématique la composition de l'Installation précitée.
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en ( SI l'alimentation en eau de rivière, les deux liquides étant réunit en (3) et introduite dans la cuve aérée (4) .
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Le produit issu en (8) de la cuve aérée (4) est alors divisé en deux flux égaux (9) et (10), chacun de ces derniers étant envoyé vers un réacteur à dingues rotatifs, respectivement (11) et (12) .
A la sortie des réacteurs à disques rotatifs (11) et (12), les deux flux sont réunis et introduite dans un décanteur (13), où sont éliminées les boues évacuées en (14), l'effluent épuré étant soustrait en (15) .
Les conditions particulières de travail de l'installation ci-
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suivantes
- Alimentation :
<EMI ID=62.1> <EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1>
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<EMI ID=66.1>
.
<EMI ID=67.1>
polluante plus faible.
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biological purification of wastewater.
The present invention relates to a process for the biological purification of waste water, both urban and industrial or their
mixture, and more particularly usable for the treatment
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waste water from coking plant and coal gasification.
It will be described here, in its application to the treatment of
coke oven waste water, although this does not involve
any limitation of its field of application.
We have long recognized the need to do this. purification of coke oven wastewater and imagined and developed
various methods for this purpose, in particular methods
biological treatment.
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luée consists, in its general principle, of transforming biodegradable pollutants dissolved in water, mainly in gas. salts and insoluble biomass, through the action of various
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stabilize this insoluble biomass.
There are currently two main categories of processes
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suspension in water and biomass processes fixed on a support.
Among the processes in the pressing category, the most used in the purification of coke oven wastewater is undoubtedly the purification process using activated sludge tanks. Other techniques, such as aerated lagoons or oxidation ditches, are much less common.
As a fixed biomass process, one can especially mention the bacterial beds. Recently, however, have also been used.
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ques lined with fixed or fluid supports.
As such, all of these purification processes are well known per se.
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complete, process mainly used at present in coking plant, to lack stability. to be slow to resume optimum performance when an accident occurs, to pose certain operating difficulties, such as for example problems of swelling of mud, foaming, recycling of sludge ..., to occupy a lot of floor space and require very specialized operating personnel.
This is the reason why new purification technologies have been introduced.
In particular, the technique of rotating biological discs consists of using a large diameter disc battery, rotating around a horizontal axis, the axis being generally driven by a gear motor at the rate of 1 to 2 turns / tain. The
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of the disc, in the form of shreds, by shearing effect at the time of immersion * and by self-cleaning.
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disk arrays associated in series and grouped by stages. Each stage constituting a complete mixing reactor, the closer we get to more of a piston flow reactor than
the number of floors is high. Each floor is also characterized by a specific biological flora and well adapted to the substrate present.
On the technical side. these discs ensure rapid maturation of the biofilm When starting or restarting, as well as excellent settling properties of the biological sludge.
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due to variations in hydraulic loads due to the fact that the biomass is fixed to one. support.
Economically, they are also characterized by low energy consumption (when the rotation speed
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and low maintenance (simple and almost autonomous biological process).
However, they have two drawbacks: - firstly, the multi-stage rotary biological disc reactor is more sensitive to the phenomena of inhibition by the substrate. This implies a greater prior dilution of the coke oven wastewater before it enters the reactor. This is explained by the piston flow mode of <EMI ID = 11.1>
high concentrations of substrate, in particular phenols, and can therefore undergo a significant inhibiting effect;
- secondly, the rotary biological disc reactor is limited in its purification capacity by the limited supply of oxygen during rotation and / or by the lack of control over the characteristics of the biofilm, in particular the thickness and the development of microorganisms harmful to purification.
This limitation therefore implies the use of reactors of large dimensions whose investment cost is relatively high.
The development of excessively thick biomass can lead to the following drawbacks: clogging of the support, rupture of the various construction elements by fatigue, anaerobic phenomena.
<EMI ID = 12.1>
lower layers of the biofilm - can proliferate with consequences:
- a drop in yield,
-the emission of odor,
- the increase in soluble pollution by production of volatile acids.
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the lower layers of the biofilm the reduction of sulphates and thiosulphates to sulphides, which serve as an energy supply in the upper layers to aerosol bacteria
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whitish, thick and gelatinous, quite easily supplants the heterotrophic aerobic bacteria of oxidation of the carbonaceous substrate, which leads to a drop in the purification yield. In addition, they settle poorly and are not very permeable to oxygen.
- which accentuates the disappearance of heterotrophic bacteria.
<
In order to increase the supply of oxygen and reduce the thickness of the biofilm, it has already been proposed to increase the speed of rotation of the discs. However, this solution causes problems of fatigue of the materials and above all a rapidly unacceptable consumption of energy. For example, the power consumption is doubled when the rotation speed is increased from 1.5 to 2.1 revolutions / min., While 1; additional oxygen supply is barely noticeable.,
It has also been proposed to continuously inject additional air by means of ramps immersed under the discs. From an energy point of view, this solution "is also very disadvantageous. For example, the power consumption for a react
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yours which is only about 25%.
The subject of the present invention is a method making it possible to remedy, in an efficient and economical manner, the respective drawbacks which have just been mentioned.
<EMI ID = 16.1>
has just explained, on the one hand the processes of the biological treatments invoked, and on the other hand to report the investigations of the applicant to arrive at formulating the method of the present invention.
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gradual release of the biomaaae, which creaks and then undoes, while the pollutants are degraded continuously, but at a variable rate. We essentially distinguish during the life cycle of microorganisms, the following development phases:
a) latency phase, which marks the acclimatization and selection (nutritious <EMI ID = 18.1>); c) phase of slowing down, during which the progressive depletion of the medium led to a slowing down of cellular syntheses: <EMI ID = 19.1>
begin to consume their previously accumulated carbohydrate and fat stores; e) decay phase, reflecting the death of many microorganisms as a result of the increased depletion of the environment in nutrients.
In continuous wastewater supply regime, it is therefore possible, by
<EMI ID = 20.1>
permanently purify in one or the other of the aforementioned phase.
The practitioner knows that when the residence time is very short, case corresponding to the discontinuous feeding regime IL the exponential growth phase of the microorganisms, the purification yield is low, the production of biological mud is lifted, the flock. of biomass are very fine and practically inde-
<EMI ID = 21.1>
posing, in fact, 8'a large amount of nutrients, have great mobility and activity, and do not tend to agglomerate to form floc @ compact
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gle "and purification with high or very high pollutant load (expressed in kg of pollutants per m <3> of basin and per day).
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insoluble cannot be removed from the effluent and the repeated water thus practically retains its initial degree of pollution.
Although the pollutant load limit beyond which the
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precise lesson depending on the specific substrate, it can nevertheless be located, in most cases, between 2.5 and 5 kg
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very high pollutant load, especially since it will be higher than the values defined above.
t
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the water. we therefore always avoid deviating from this limit.
<EMI ID = 27.1>
gigs.
During its research, the applicant noted '. in a way
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and abundant, consisting of flakes. at the head of a pin, formed in the biomass purification processes in suspension operating at high or very high polluting load "could be eliminated by simple passage in a multi-stage total biological disc reactor.
Although the phenomena in question are not known with exactitude
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fixed mass.
The process for the biological purification of waste water, object of the present invention, comprising at least two stages of treatment which the first or the first consist in subjecting
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suspended biomass, the following one or more involving biological treatment using a fixed biomass, is essentially characterized in that at least one of the first <EMI ID = 31.1>
at least of the subsequent stages carried out under a lower pollutant load,
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a polluting load such that there is no oxygen limitation and / or inhibition phenomenon by the substrate.
According to yet another embodiment of the method of
<EMI ID = 33.1>
ten o'clock.
According to a preferred method of implementing the process which is the subject of the invention, the UAE waters are subjected to a first step of biological treatment using a biomass in
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at low day time, working at very high pol-
<EMI ID = 35.1>
polluting age, without oxygen limitation and / or without inhibition phenomenon by the substrate.
The method of the invention therefore allows on the one hand. to work
<EMI ID = 36.1>
polluting load conditions that absolutely had to be avoided before and, on the other hand, in the second phase of epu-
<EMI ID = 37.1>
primary purification * and therefore without the aforementioned drawbacks of
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The method of the invention also minimizes the costs of energy consumption and investment spawning. The epu-
<EMI ID = 39.1>
indeed by reduced oxygen requirements. this oxygen being supplied. without limitation of contribution, by any good means
<EMI ID = 40.1>
Secondary treatment using biological discs. rotary is also characterized by low energy consumption (the speed of rotation can here pulls maintained between 1
<EMI ID = 41.1>
reduced and overall investment decreases. The annual operating costs (including depreciation; are thus made minimal by the synergistic conjunction of the two purification techniques used.
The method of the invention also optimizes the kinetics of degradation. Primary treatment at high load, in complete and perfectly aerated * mixing reaction, is in fact characterized * by a high rate of degradation of the substrate.
<EMI ID = 42.1>
equilibrium (kinetics of order 1), one works on the other hand in a reactor of the type “flow piston”.
The absence of recycling of biological sludge, unlike
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tr8le of purification.
Finally, the procedure of the invention reduces or eliminates the dilution
<EMI ID = 44.1>
no inhibition by the substrate. Primary purification is in fact carried out in a complete mixing reactor, which is sensitive to inhibition phenomena than the piston flow reactor. When the polluted waters reach the purifying area
<EMI ID = 45.1>
the glow (phenols, in particular) is already reduced to a level such that there is no longer any risk of inhibition by the substrate.
According to a particularly advantageous embodiment of the process of the invention, the primary purification phase in tank or air tank with suspended biomass is defined
<EMI ID = 46.1> organic and per day, <EMI ID = 47.1>
From this rut, the purification yield during this
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Date this "conditions, spontaneously baited an undiversified biological flora, practically free of protozoa and
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
substrate trations. Since the @ phenols and in par-
<EMI ID = 51.1> <EMI ID = 52.1>
- time of "water day in the entire multi-stage reactor greater than or equal to 7.5 hours and in the first stage greater than or equal to 3 hours,
- hydraulic head on the entire reactor <EMI ID = 53.1>
disc and per day, '
- surface mass load on the first stage of the reac- <EMI ID = 54.1>
disc and per day, '
- total phenol content of the tributary less than or equal to <EMI ID = 55.1> per day,
In this way, the overall purification yields are high.
<EMI ID = 56.1>
coking plant. Surface mass loads are limited to avoid excessively thick biofilms, anaerobic phenomena,
<EMI ID = 57.1>
limiting oxygen phenomena. the
By way of nonlimiting example of the practical field of use of the process of the invention, we describe below an ins-
<EMI ID = 58.1>
of its operation and also the performance results obtained.
Figure 1 shows very schematically the composition of the above installation.
<EMI ID = 59.1>
in (IF the river water supply, the two liquids being combined in (3) and introduced into the aerated tank (4).
<EMI ID = 60.1>
The product from (8) of the aerated tank (4) is then divided into two equal streams (9) and (10), each of the latter being sent to a rotary crazy reactor, respectively (11) and (12) .
At the outlet of the rotary disc reactors (11) and (12), the two streams are combined and introduced into a decanter (13), where the sludge discharged in (14) is eliminated, the purified effluent being subtracted in (15 ).
The specific working conditions of the installation below
<EMI ID = 61.1>
following
- Food :
<EMI ID = 62.1> <EMI ID = 63.1>
<EMI ID = 64.1>
<EMI ID = 65.1>
<EMI ID = 66.1>
.
<EMI ID = 67.1>
lower pollutant.
<EMI ID = 68.1>