FR2741872A1

FR2741872A1 - Two=stage biological treatment of waste water

Info

Publication number: FR2741872A1
Application number: FR9514464A
Authority: FR
Inventors: Slim Zeghal
Original assignee: OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Current assignee: OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: FR2741872B1

Abstract

Process and installation for the biological purification of a waste water comprises a reactor or biological filter which is divided into 2 zones (7, 8) of packing material. In the first (7) the packing is structured and in the second (8) the packing material is less dense than water.

Description

Procédé et réacteur biologique pour le traitement de l'eau. Process and biological reactor for the treatment of water.

L'invention concerne le domaine du traitement des eaux. The invention relates to the field of water treatment.

Plus précisément, I'invention concerne les installations de nitrification et, le cas échéant, de dénitrification par voie biologique utilisées pour traiter les effluents aqueux chargés en nitrates ou en ammoniaque, tels que notamment, les eaux usées domestiques et les eaux usées industrielles. More specifically, the invention relates to nitrification facilities and, where appropriate, denitrification biologically used to treat aqueous effluents loaded with nitrates or ammonia, such as in particular, domestic wastewater and industrial wastewater.

L'élimination de la pollution azotée se présentant sous forme d'ammoniaque est classiquement réalisée par voie biologique, en faisant subir auxdites eaux une étape de nitrification, au cours de laquelle l'azote ammoniacal est transformé en nitrates, suivie d'une étape de dénitrification, au cours de laquelle les nitrates sont réduits en nitrites puis en azote gazeux. L'étape de nitrification est réalisée grâce à une flore bactérienne autotrophe en présence d'oxygène tandis que l'étape de dénitrification est réalisée grâce à une flore bactérienne hétérotrophe consommant, en conditions d'anoxie, l'oxygène des nitrates. The elimination of nitrogen pollution in the form of ammonia is conventionally carried out biologically, by subjecting said water to a nitrification step, during which the ammoniacal nitrogen is converted into nitrates, followed by a step of denitrification, during which nitrates are reduced to nitrites and then to gaseous nitrogen. The nitrification stage is carried out thanks to an autotrophic bacterial flora in the presence of oxygen while the denitrification stage is carried out thanks to a heterotrophic bacterial flora consuming, under anoxic conditions, the oxygen of the nitrates.

Cette transformation peut être réalisée notamment grâce à la méthode dite des boues activées, dans laquelle la biomasse est libre, ou encore grâce à des réacteurs dans lesquels les bactéries sont fixées sur un support. Le procédé des boues activées présente l'inconvénient de ne pouvoir concentrer de façon importante la biomasse épuratrice. Par contre, les réacteurs à biomasse fixée permettent de concentrer cette biomasse en autorisant son accrochage sur un support. Le potentiel épuratoire des installations à cultures fixées est donc bien supérieur à celui des installations mettant en oeuvre des boues activées. C'est plus précisément à ce type de procédés que se rapporte l'invention. This transformation can be achieved in particular by the so-called activated sludge method, in which the biomass is free, or by reactors in which the bacteria are fixed on a support. The activated sludge process has the disadvantage of not being able to significantly concentrate the purifying biomass. On the other hand, the reactors with fixed biomass make it possible to concentrate this biomass by allowing it to hang on a support. The purification potential of fixed culture plants is therefore much higher than that of installations using activated sludge. It is more precisely to this type of process that the invention relates.

Dans les procédés à biomasse fixée, les opérations de nitrification et de dénitrification peuvent être réalisées soit dans des réacteurs séparés, l'un fonctionnant en anoxie, l'autre en aérobie soit dans un réacteur unique en prévoyant l'aération d'une seule partie du filtre, l'autre partie fonctionnant en anoxie. In fixed biomass processes, the nitrification and denitrification operations can be carried out either in separate reactors, one operating in anoxia, the other in aerobic or in a single reactor, providing for aeration of a single part. of the filter, the other part operating in anoxia.

Ainsi, parmi les procédés à biomasse fixée, un des procédés les plus performants a été élaboré par la Demanderesse et consiste à envoyer à co-courants ascendants l'eau à traiter et un gaz oxygéné dans un seul réacteur biologique muni comme moyen de filtration d'une zone inférieure de lit fluidisé et d'une zone supérieure de lit fixe. Les particules des lits sont constituées par des matériaux expansés de densités inférieures à celle de l'eau, celles du lit fixe étant à la fois plus petites et plus légères que celles du lit fluidisé. Un tel réacteur présente une première rampe d'injection d'air de procédé installée au sein même du matériau filtrant et une seconde rampe d'injection d'air de lavage installée dans la partie inférieure du réacteur.Ce procédé et le réacteur correspondant, connus sous la marque enregistrée BIOSTYR, sont décrits dans le brevet européen
EP347296. Ils présentent de nombreux avantages.Thus, among the fixed biomass processes, one of the most efficient processes has been developed by the Applicant and consists in sending ascending co-currents the water to be treated and an oxygenated gas in a single biological reactor equipped as filtration means. a lower fluidized bed zone and a fixed upper bed zone. The bed particles consist of expanded materials of densities lower than that of water, those of the fixed bed being both smaller and lighter than those of the fluidized bed. Such a reactor has a first process air injection manifold installed within the filter material and a second wash air injection ramp installed in the lower part of the reactor.This process and the corresponding reactor, known under the registered trademark BIOSTYR, are described in the European patent
EP347296. They have many advantages.

Un tel réacteur peut être utilisé selon plusieurs configurations et notamment en configuration nitrification-dénitrification ou en configuration dégradation du carbonenitrification. Dans le premier cas, un recyclage de l'eau traitée est prévu. Such a reactor may be used in several configurations and in particular in the nitrification-denitrification configuration or carbonenitrification degradation configuration. In the first case, a recycling of treated water is planned.

De plus, il permet de concentrer la biomasse épuratrice affectée à la dénitrification (ou à la dégradation anoxique de la pollution carbonée) et la biomasse épuratrice dédiée à la nitrification dans un seul et même réacteur. Le rendement épuratoire du BIOSTYR est donc très élevé. In addition, it allows to concentrate the purifying biomass assigned to denitrification (or anoxic degradation of carbon pollution) and the purifying biomass dedicated to nitrification in a single reactor. The purification efficiency of the BIOSTYR is therefore very high.

Par ailleurs, les lits de particules peuvent être facilement régénérés par rétrolavage avec éventuellement injection d'air. Un reclassement automatique des particules après chaque période de rétrolavage se produit compte-tenu de la densité des particules. De plus, le réacteur en question autorisant dans une même structure la dénitrification et la nitrification de l'effluent, moins de canalisations sont nécessaires pour la mise en place du système de lavage et le décolmatage du matériau filtrant. Furthermore, the particle beds can be easily regenerated by backwashing with possibly air injection. Automatic reclassification of the particles after each backwash period occurs taking into account the density of the particles. In addition, the reactor in question allowing in the same structure the denitrification and nitrification of the effluent, fewer pipes are necessary for the establishment of the washing system and unclogging of the filter material.

Toutefois, il a aussi été constaté un certain nombre d'inconvénients liés à l'utilisation de ce type de réacteurs. However, it has also been found a number of disadvantages related to the use of this type of reactor.

En premier lieu, il a été vérifié par des profils de perte de charge que ces réacteurs se colmatent essentiellement dans la partie basse du filtre qui retient les matières en suspension (MES) et qui permettent la croissance des bactéries hétérotrophes surtout dans cette partie alors qu'il serait souhaitable d'obtenir une croissance des bactéries répartie de façon plus homogène dans la zone du filtre chargée de la dénitrification ou de la dégradation anoxique du carbone. First, it was verified by pressure loss profiles that these reactors clogged essentially in the lower part of the filter that retains suspended solids (MES) and which allow the growth of heterotrophic bacteria, especially in this part. It would be desirable to obtain growth of the bacteria distributed more homogeneously in the area of the filter charged with the denitrification or anoxic degradation of the carbon.

Par ailleurs, les lavages à contre-courants classiquement mis en oeuvre avec ce type de réacteurs peuvent provoquer accidentellement un entraînement d'une partie des particules hors de ce réacteur en raison d'un fort colmatage et donc à une diminution de leur efficacité. Furthermore, the backwashings conventionally used with this type of reactor may accidentally cause a portion of the particles to be driven out of this reactor because of a strong clogging and therefore to a decrease in their effectiveness.

De plus, dans la configuration classique du Biostyr en nitrification-dénitrification, les particules se reclassent lors de chaque lavage. I1 n'y a donc pas de particules dédiées à la nitrification ou à la dénitrification. Une telle affectation peut changer après chaque lavage, ce qui peut ralentir les cinétiques après ceux-ci. In addition, in the classic configuration of Biostyr nitrification-denitrification, the particles are reclassified during each wash. There are therefore no particles dedicated to nitrification or denitrification. Such an assignment may change after each wash, which can slow down the kinetics after them.

Enfin, en configuration de nitrification-dénitrification, il est nécessaire d'équiper un tel réacteur de deux rampes d'air: une pour permettre la nitrification, placée au sein du matériau filtrant, une autre dans la partie inférieure du réacteur pour une utilisation lors du lavage, l'envoi d'air aidant à la régénération du matériau filtrant. La première de ces rampes doit de plus être très résistante mécaniquement. Finally, in the nitrification-denitrification configuration, it is necessary to equip such a reactor with two air ramps: one to allow nitrification, placed within the filtering material, another in the lower part of the reactor for use during washing, sending air assisting the regeneration of the filter material. The first of these ramps must also be very resistant mechanically.

Enfin, on notera également qu'il est très difficile sur un filtre industriel de ce type de faire des prélèvements homogènes à la sortie de la zone anoxique. Or de tels prélèvements sont utiles à des fins de contrôle de procédé. Finally, it will also be noted that it is very difficult for an industrial filter of this type to make homogeneous samples at the outlet of the anoxic zone. Such samples are useful for process control purposes.

L'objectif de la présente invention est de proposer notamment une solution technique à ces différents problèmes. The objective of the present invention is to propose a technical solution to these various problems.

En particulier, un des objectifs de l'invention est de proposer un procédé et un réacteur associé permettant une meilleure répartition de la perte de charge dans le filtre afin d'augmenter les durées des cycles de fonctionnement entre les lavages. In particular, one of the objectives of the invention is to propose a method and an associated reactor allowing a better distribution of the pressure drop in the filter in order to increase the durations of the operating cycles between the washes.

Un autre objectif de l'invention est de diminuer le risque des pertes de particules lors des lavages. Another object of the invention is to reduce the risk of particle losses during washing.

Encore un autre objectif de l'invention est de proposer des moyens permettant de dédier deux zones distinctes du réacteur aux fonctions de nitrification et de dénitrification sans échange des matériaux de filtration entre ces deux zones. Yet another object of the invention is to propose means making it possible to dedicate two distinct zones of the reactor to the functions of nitrification and denitrification without the exchange of filtration materials between these two zones.

Ces différents objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé pour la purification biologique d'une eau par envoi de l'eau à traiter dans un réacteur ou filtre biologique caractérisé en ce qu'il consiste à associer au sein dudit réacteur un garnissage structuré constituant au moins une première zone de filtration et au moins un lit de particules en un matériau moins dense que l'eau constituant au moins une seconde zone de filtration. These various objectives, as well as others which will appear later, are achieved thanks to the invention which relates to a process for the biological purification of a water by sending the water to be treated in a reactor or biological filter characterized in it consists in associating within said reactor a structured packing constituting at least a first filtration zone and at least one bed of particles of a material less dense than water constituting at least a second filtration zone.

On notera que l'on entend dans la présente description les termes "garnissage structuré" comme désignant un matériau de remplissage à structure fixée de géométrie tridimensionnelle, par opposition aux garnissages constitués de particules telles que des billes qui sont susceptibles de changer de position en permanence. It should be noted that in the present description the term "structured packing" is intended to mean a filling material having a fixed structure of three-dimensional geometry, as opposed to packings consisting of particles such as beads which are capable of permanently changing position. .

L'utilisation de tels garnissages structurés dans des réacteurs biologiques était déjà connue dans l'état de la technique. L'article "Nitrification et dénitrification biologiques sur éléments mélangeurs immergés" de Henry Gros et al paru dans la revue
Gas-Wasser-Abwasser n" 62, année 1982 numéro 7, décrit notamment une telle utilisation. Le réacteur décrit dans cet article inclut un garnissage structuré s'étendant essentiellement sur toute la hauteur de celui-ci et des moyens d'injection de gaz (air pour la nitrification, hydrogène pour la dénitrification). Dans un tel réacteur le garnissage constitue donc l'intégralité du matériau servant de support à la biomasse.The use of such structured packings in biological reactors was already known in the state of the art. The article "Biological nitrification and denitrification on submerged mixer elements" by Henry Gros et al appeared in the review
Gas-Wasser-Abwasser No. 62, year 1982, No. 7, describes such use in particular.The reactor described in this article includes a structured packing extending essentially over the entire height thereof and gas injection means. (Air for nitrification, hydrogen for denitrification.) In such a reactor, the packing thus constitutes the entirety of the material serving as support for the biomass.

On notera qu'il a déjà également été proposé dans l'état de l'art d'associer un premier réacteur biologique intégrant comme support de fixation de la biomasse un matériau granulaire avec un second réacteur biologique incluant un garnissage structuré comme support de fixation de la biomasse. Une telle technique a notamment été présentée à la journée technique "Application de nouvelles technologies pour l'épuration des eaux et le traitement des boues", tenue à Genève en Mars 1988. It will be noted that it has also already been proposed in the state of the art to associate a first biological reactor integrating as a biomass binding support a granular material with a second biological reactor including a structured packing as a fixing support for the biomass. One such technique was presented at the technical day "Application of new technologies for water purification and sludge treatment" held in Geneva in March 1988.

I1 n'a donc jamais été proposé, à la connaissance de la Demanderesse, d'associer au sein d'un même réacteur deux types particuliers de supports, à savoir des particules en matériau moins dense que l'eau et un garnissage structuré. It has therefore never been proposed, to the knowledge of the Applicant, to associate within the same reactor two particular types of supports, namely particles of less dense material than water and a structured packing.

Or une telle association présente de nombreux avantages, tant à l'égard de la technique décrite ci-dessus, intégrant deux réacteurs distincts, l'un pourvu de matériau granulaire, l'autre d'un garnissage structuré, qu'à l'égard du procédé Biostyr. However, such an association has many advantages, both with regard to the technique described above, integrating two separate reactors, one provided with granular material, the other structured packing, that with respect of the Biostyr process.

Par rapport à la technique associant deux réacteurs distincts, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans un espace beaucoup plus réduit, puisqu'il permet d'effectuer au sein d'un seul réacteur l'étape de dénitrification (ou de dégradation anoxique de la pollution carbonée) et la nitrification de l'effluent. I1 présente donc les avantages de la technique Biostyr mentionnée ci-dessus. Compared to the technique associating two distinct reactors, the process according to the invention can be implemented in a much smaller space, since it makes it possible to carry out in a single reactor the denitrification stage (or anoxic degradation of carbon pollution) and nitrification of the effluent. It therefore has the advantages of the Biostyr technique mentioned above.

Par rapport à cette technique Biostyr, il offre également de nombreux avantages. Compared to this Biostyr technique, it also offers many advantages.

En premier lieu, il offre une protection contre les risques de pertes de particules pouvant résulter des opérations de lavages à contre-courant, particulièrement lorsque le biofiltre est fortement colmaté. En effet, le garnissage structuré peut faire office de "barrière" à I'entraînement de ces particules hors du réacteur. Firstly, it offers protection against the risk of particle losses that may result from backwashing operations, particularly when the biofilter is heavily clogged. Indeed, the structured packing can act as a "barrier" to entrainment of these particles out of the reactor.

En second lieu, le procédé selon l'invention autorise une meilleure répartition des pertes de charge au sein de l'ouvrage, ce qui permet une prise de perte de charge plus lente dans le temps et donc des durées de cycles plus importantes. Secondly, the method according to the invention allows a better distribution of pressure losses within the structure, which allows a slower pressure drop over time and thus longer cycle times.

Le procédé selon l'invention permet également une meilleure utilisation du carbone biodégradable qui se décante dans la partie basse du filtre, pour l'étape de dénitrification. The process according to the invention also allows a better use of the biodegradable carbon which settles in the lower part of the filter, for the denitrification step.

L'invention permet aussi de s'affranchir de deux moyens distincts d'injection de gaz oxygéné du Biostyr, les mêmes moyens pouvant être utilisés à la fois pour le process et pour le lavage. The invention also makes it possible to dispense with two separate means for injecting oxygen gas from Biostyr, the same means being able to be used both for the process and for the washing.

Enfin, on notera également que, à l'image du Biostyr, seule l'eau finale étant en contact avec l'air, les odeurs résultant du traitement sont réduites. Finally, it should also be noted that, like the Biostyr, only the final water being in contact with the air, the odors resulting from the treatment are reduced.

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre selon plusieurs configurations. The method according to the invention can be implemented according to several configurations.

Ainsi, selon une variante de l'invention, le procédé consiste à effectuer une dénitrification, notamment une dénitrification tertiaire, de ladite eau dans ladite première zone de filtration à garnissage structuré et dans ladite seconde zone de filtration, une source de carbone exogène pouvant être amenée dans ledit réacteur. Dans une telle configuration, la zone de filtration constituée de particules en un matériau moins dense que l'eau permet à la fois d'affiner la filtration, d'éliminer les excédents de source de carbone exogène (par exemple méthanol) et d'éliminer les dernières traces d'ammoniaque
Selon une variante de l'invention, le procédé consiste à envoyer dans le réacteur également au moins un gaz oxygéné. Préférentiellement, l'eau à traiter et la gaz oxygéné sont envoyés à co-courants ascendants.Thus, according to one variant of the invention, the process consists in carrying out a denitrification, in particular a tertiary denitrification, of said water in said first structured packing filtration zone and in said second filtration zone, an exogenous carbon source which can be fed into said reactor. In such a configuration, the filtration zone consisting of particles made of a material that is less dense than water makes it possible at the same time to refine the filtration, to eliminate the surplus of exogenous carbon source (for example methanol) and to eliminate the last traces of ammonia
According to a variant of the invention, the process consists of sending to the reactor also at least one oxygenated gas. Preferably, the water to be treated and the oxygenated gas are sent to ascending co-currents.

Selon une variante de l'invention, ledit gaz oxygéné est injecté entre la première et la deuxième zone de filtration. Ainsi, le procédé peut être mis en oeuvre selon deux autres configurations:
Le procédé peut consister à effectuer une dénitrification dans ladite première zone de filtration à garnissage structuré et une nitrification dans ladite seconde zone de filtration, une partie de l'eau traitée étant recyclée dans ledit réacteur.According to a variant of the invention, said oxygenated gas is injected between the first and the second filtration zone. Thus, the method can be implemented according to two other configurations:
The method may include denitrifying in said first structured packing filtration zone and nitrification in said second filtration zone, a portion of the treated water being recycled to said reactor.

Le procédé peut aussi consister à effectuer une dégradation anaérobie de la pollution carbonée dans ladite première zone de filtration à garnissage structurée et une nitrification biologique dans ladite seconde zone de filtration, l'eau traitée n'étant pas recirculée dans ledit réacteur. The method may also include performing anaerobic degradation of carbon pollution in said first structured packing filtration zone and biological nitrification in said second filtration zone, wherein the treated water is not recirculated into said reactor.

Selon une autre variante, le procédé consiste à injecter ledit gaz au-dessous de ladite première zone de filtration. Ainsi, le procédé peut être mis en oeuvre selon encore deux autres configurations:
Le procédé peut alors consister à effectuer une dégradation aérobie de la pollution carbonée dans ladite première zone de filtration à garnissage structurée et une nitrification biologique dans ladite seconde zone de filtration, l'eau traitée n'étant pas recirculée dans ledit réacteur.According to another variant, the process consists in injecting said gas beneath said first filtration zone. Thus, the method can be implemented according to two other configurations:
The method can then consist in carrying out an aerobic degradation of the carbon pollution in said first structured packing filtration zone and a biological nitrification in said second filtration zone, the treated water not being recirculated in said reactor.

Le procédé peut également consister à effectuer une nitrification tertiaire dans les deux zones dudit réacteur, l'eau traitée n'étant pas recirculée dans ledit réacteur. The method may also consist of carrying out a tertiary nitrification in the two zones of said reactor, the treated water not being recirculated in said reactor.

Dans toutes les configurations, le procédé selon l'invention permet de dédier une fonction à chacune des zones de filtration sans échange de matériau support entre ces zones. Ainsi, après chaque lavage, les particules dédiées avant le lavage à la nitrification sont obligatoirement dédiées de nouveau à cette fonction. Le rétablissement de la flore autotrophe est donc plus rapide que dans le cas des réacteurs ou un reclassement des particules s'effectue après chaque lavage, ces particules étant donc amenées à servir de support tantôt à des bactéries hétérotrophes, tantôt à des bactéries autotrophes. In all configurations, the method according to the invention makes it possible to dedicate a function to each of the filtration zones without exchange of support material between these zones. Thus, after each washing, the particles dedicated before the nitrification washing are obligatorily dedicated to this function again. The restoration of the autotrophic flora is therefore faster than in the case of the reactors or a reclassification of the particles is carried out after each wash, these particles being thus made to serve as a support sometimes to heterotrophic bacteria, sometimes to autotrophic bacteria.

Différents types de lavages pourront être mis en oeuvre dans le cadre du procédé selon l'invention. Dans tous les cas, ces lavages feront intervenir une chasse gravitaire d'eau. Ce lavage à l'eau pourra être combiné avec un lavage avec de l'air envoyé concomitamment à l'eau de lavage ou en alternance avec celleci. Different types of washes may be implemented in the context of the process according to the invention. In all cases, these washes will involve a gravity flush of water. This washing with water may be combined with a washing with air sent concomitantly with or alternating with washing water.

L'invention concerne également un réacteur biologique pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ledit réacteur comprenant des moyens d'alimentation de l'eau à traiter, au moins une première zone de filtration, au moins une seconde zone de filtration, et des moyens d'évacuation de l'eau traitée, et étant caractérisé en ce que ladite première zone de filtration est constituée par un garnissage structuré et en ce que ladite seconde zone de filtration est constituée par un lit de particules en un matériau présentant une densité inférieure à celle de l'eau. The invention also relates to a biological reactor for carrying out the method described above, said reactor comprising means for supplying the water to be treated, at least a first filtration zone, at least a second filtration zone. , and means for discharging the treated water, and being characterized in that said first filtration zone is constituted by a structured packing and in that said second filtration zone consists of a bed of particles made of a material having a density lower than that of water.

Outre les avantages mentionnés ci-dessus à l'égard du procédé, un tel réacteur présente aussi l'avantage de faciliter les prélèvements d'échantillons d'eau à la sortie de la première zone de filtration incluant le garnissage structuré, ce qui est recherché au stade industriel pour vérifier l'efficacité du traitement pouvant être effectué dans cette zone (dégradation anoxique du carbone ou dénitrification). In addition to the advantages mentioned above with regard to the process, such a reactor also has the advantage of facilitating the taking of water samples at the outlet of the first filtration zone including the structured packing, which is sought after. at the industrial stage to verify the effectiveness of the treatment that can be carried out in this zone (anoxic degradation of carbon or denitrification).

Selon une variante de l'invention, le réacteur comprend également des moyens d'injection d'au moins un gaz oxygéné. According to a variant of the invention, the reactor also comprises means for injecting at least one oxygenated gas.

A ce sujet, on notera que l'invention permet de n'utiliser qu'une seule rampe d'aération pour la zone de nitrification, aucune rampe supplémentaire d'injection d'air n'étant nécessaire sous la zone de dénitrification. En effet, le garnissage structuré est beaucoup plus facile à nettoyer et seule l'eau de lavage suffit pour ce faire. En ce qui concerne la zone de nitrification, le gaz oxygéné du procédé dispensé par l'unique rampe peut aussi être utilisé pour le lavage des particules la constituant afin d'assister l'eau de lavage pour la régénération de ces particules. In this regard, it should be noted that the invention makes it possible to use only one air ramp for the nitrification zone, no additional air injection ramp being necessary under the denitrification zone. Indeed, the structured packing is much easier to clean and only the washing water is sufficient to do this. As regards the nitrification zone, the oxygenated process gas dispensed by the single ramp may also be used for washing the particles constituting it to assist the washing water for the regeneration of these particles.

Préférentiellement, lesdits moyens d'alimentation de l'eau à traiter sont prévus en pied de réacteur, et lesdits moyens d'évacuation de l'eau traitée sont prévus en haut du réacteur, l'eau à traiter et le gaz oxygéné étant envoyés en co-courants ascendants. Preferably, said means for supplying the water to be treated are provided at the bottom of the reactor, and said means for discharging the treated water are provided at the top of the reactor, the water to be treated and the oxygenated gas being sent to the reactor. ascending co-currents.

Préférentiellement, ladite première zone de filtration constituée par un garnissage structuré est prévue au-dessous de ladite seconde zone de filtration constituée par un lit de particules en un matériau présentant une densité inférieure à celle de l'eau. Preferably, said first filtration zone constituted by structured packing is provided below said second filtration zone consisting of a bed of particles of a material having a density lower than that of water.

Egalement préférentiellement, lesdits moyens d'injection d'au moins un gaz oxygéné sont installés entre ladite première zone de filtration constituée par un garnissage structuré et ladite seconde zone de filtration constituée par un lit de particules en un matériau présentant une densité inférieure à celle de l'eau. Also preferably, said means for injecting at least one oxygenated gas are installed between said first filtration zone consisting of a structured packing and said second filtration zone constituted by a bed of particles made of a material having a density lower than that of the water.

Selon une autre variante, lesdits moyens d'injection d'au moins un gaz oxygéné sont installés au-dessous de ladite zone de filtration constituée par un garnissage structure. According to another variant, said means for injecting at least one oxygenated gas are installed below said filtration zone constituted by a structure packing.

Avantageusement, ledit garnissage structuré présente une surface spécifique comprise entre 100 et 400 m2 / m3 et un pourcentage de vide supérieur à 90 %. Advantageously, said structured packing has a specific surface area of between 100 and 400 m 2 / m 3 and a void percentage of greater than 90%.

Egalement avantageusement, ledit garnissage structuré montre des alvéoles. Also advantageously, said structured packing shows cells.

En ce qui concerne les particules en matériau présentant une densité inférieure à celle de l'eau, elles pourront notamment être constituées de matières plastiques expansées, à cellules fermées issues de polyoléfines, de polystyrène ou d'autres polymères mais aussi de matières minérales légères telles que l'argile, le schiste... Ces particules pourront se présenter sous diverses formes telles que billes, lentilles cylindriques ou autres. Leur diamètre sera préférentiellement compris entre 1 et 15mu. With regard to the particles made of material having a density lower than that of water, they may in particular consist of expanded plastics, with closed cells from polyolefins, polystyrene or other polymers, but also light mineral materials such as clay, shale ... These particles may be in various forms such as beads, cylindrical lenses or others. Their diameter will preferably be between 1 and 15mu.

Préférentiellement, ces particules seront constituées par des billes de polystyrène expansé.Preferably, these particles will be constituted by expanded polystyrene beads.

Avantageusement, ledit réacteur comprend des moyens de recirculation d'au moins une partie de l'eau traitée. De tels moyens de recirculation seront avantageusement utilisés pour recycler une partie de l'eau nitrifiée en dénitrification. Advantageously, said reactor comprises means for recirculating at least a portion of the treated water. Such recirculation means will advantageously be used for recycling part of the nitrified water to denitrification.

Egalement avantageusement, lesdits moyens d'alimentation en eau à traiter comprennent au moins une colonne de mise en charge. Also advantageously, said water supply means to be treated comprise at least one loading column.

Egalement avantageusement, ladite première zone de filtration et ladite deuxième zone de filtration sont espacées d'une distance juste nécessaire à l'expansion du lit de particules constituant la seconde zone de filtration, expansion nécessaire pour obtenir un lavage efficace. Une telle séparation permet de positionner les moyens d'injection d'au moins un gaz oxygéné au-dessous de la seconde zone de filtration et ainsi d'améliorer les opération de lavage en permettant un meilleur brassage à l'air. Also advantageously, said first filtration zone and said second filtration zone are spaced a distance just necessary for the expansion of the bed of particles constituting the second filtration zone, expansion necessary to obtain an efficient washing. Such a separation makes it possible to position the means for injecting at least one oxygenated gas below the second filtration zone and thus to improve the washing operations by allowing better mixing with air.

L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre, d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en référence aux dessins dans lesquels
- la figure 1 représente une vue schématique d'un réacteur selon l'invention;
- la figure 2 représente une vue en coupe d'un premier type de garnissage structuré pouvant être utilisé dans le réacteur montré à la figure 1;
- la figure 3 représente une vue en coupe d'un deuxième type de garnissage structuré pouvant être utilisé dans le réacteur montré à la figure 1.The invention, as well as the various advantages that it presents, will be more easily understood thanks to the description which follows, of a non-limiting embodiment thereof, with reference to the drawings in which
FIG. 1 represents a schematic view of a reactor according to the invention;
FIG. 2 represents a sectional view of a first type of structured packing that can be used in the reactor shown in FIG. 1;
FIG. 3 represents a sectional view of a second type of structured packing that can be used in the reactor shown in FIG.

En référence à la figure 1, le réacteur selon l'invention comprend une cellule de réaction 1 munie dans sa partie inférieure de moyens d'amenée 2 de l'eau à traiter et dans sa partie supérieure de moyens d'évacuation 3 de l'eau traitée, l'eau connaissant donc un courant ascendant au cours de son traitement. With reference to FIG. 1, the reactor according to the invention comprises a reaction cell 1 provided in its lower part with feed means 2 for the water to be treated and in its upper part for evacuation means 3 of the treated water, the water thus experiencing an updraft during its treatment.

Plus précisément, les moyens d'amenée 2 de l'eau à traiter incluent une colonne de mise en charge 4 accueillant de l'eau brute acheminée par une pompe 5. Le réacteur comprend par ailleurs une boucle de recyclage 6 équipée d'une pompe 6a. More specifically, the feed means 2 for the water to be treated include a loading column 4 accommodating raw water conveyed by a pump 5. The reactor also comprises a recycling loop 6 equipped with a pump 6a.

Conformément à l'invention, le réacteur présente deux zones de filtration distinctes constituées de matériaux différents servant de support à une biomasse. According to the invention, the reactor has two distinct filtration zones made of different materials serving to support a biomass.

La première zone de filtration 7 est constituée par un garnissage structuré modulaire en PVC rigide avec une structure croisée ayant les caractéristiques suivantes:
Surface spécifique : 400/m2/m3
Pourcentage de vide : 96 %
Poids à sec moyen : 58 kg/m3. The first filtration zone 7 is constituted by a rigid structured modular packing made of rigid PVC with a crossed structure having the following characteristics:
Specific surface area: 400 / m2 / m3
Percentage of void: 96%
Average dry weight: 58 kg / m3.

Le matériau plastique constituant ce garnissage structuré est chimiquement inerte et résistant aux substances dissolvantes pouvant être contenues dans les eaux à traiter. Il est insensible aux développement des bactéries et des champignons
La seconde zone de filtration 8, prévue au-dessus de la première zone de filtration, est constituée de billes de polystyrène expansé.The plastic material constituting this structured packing is chemically inert and resistant to dissolving substances that may be contained in the water to be treated. It is insensitive to the development of bacteria and fungi
The second filtration zone 8, provided above the first filtration zone, consists of expanded polystyrene beads.

Par ailleurs, une rampe unique d'injection d'air 9 est prévue entre les deux zones de filtration 7 et 8. Furthermore, a single air injection ramp 9 is provided between the two filtration zones 7 and 8.

Dans le cadre du présent mode de réalisation, le réacteur présente un diamètre de 300 mm, la première zone de filtration en garnissage structuré présentant une hauteur de 1,10 et la seconde zone de filtration en billes de polystyrène expansé présentant une hauteur de 1,65 m avec une taille de bille de 2,0 mm. In the context of the present embodiment, the reactor has a diameter of 300 mm, the first structured packing filtration zone having a height of 1.10 and the second filtration zone made of expanded polystyrene beads having a height of 1, 65 m with a ball size of 2.0 mm.

Enfin, on notera que ladite première zone de filtration 7 et ladite deuxième zone de filtration 8 sont espacées d'une distance (a) juste nécessaire à l'expansion du lit de particules constituant la seconde zone de filtration 8, expansion nécessaire pour obtenir un lavage efficace. Finally, it will be noted that said first filtration zone 7 and said second filtration zone 8 are spaced a distance (a) just necessary for the expansion of the bed of particles constituting the second filtration zone 8, expansion necessary to obtain a effective washing.

Le réacteur tel que décrit peut être configuré de façon que la zone de filtration 7 constituée d'un garnissage structuré soit affectée à la dénitrification de l'eau ou encore à la dégradation anoxique de la pollution carbonée contenue dans celle-ci. En effet, le courant d'eau traversant cette zone étant ascendant et la rampe d'aération 9 étant prévue au-dessus de celle-ci, il y règne des conditions d'anoxie. La zone de filtration supérieure 8 est quant à elle toujours dédiée à la nitrification de l'effluent. La zone 7 accueillera donc une flore hétérotrophe et la zone 8 une flore autotrophe
Lorsque l'on souhaitera utiliser le réacteur en configuration dénitrification (dans la zone 7) et nitrification (dans la zone 8), il conviendra de recycler une partie de l'eau traitée sortant du réacteur, par la canalisation 6.Par contre, lorsque l'on souhaitera utiliser le réacteur en configuration dégradation anaérobie du carbone (dans la zone 7) et nitrification (dans la zone 8), il sera inutile de recycler une partie de l'eau traitée.The reactor as described can be configured so that the filtration zone 7 consisting of a structured packing is assigned to the denitrification of water or to the anoxic degradation of the carbon pollution contained therein. Indeed, the flow of water passing through this zone is ascending and the aeration ramp 9 is provided above it, there are conditions of anoxia. The upper filtration zone 8 is still dedicated to the nitrification of the effluent. Area 7 will therefore host a heterotrophic flora and zone 8 an autotrophic flora
When it is desired to use the reactor in the denitrification (in zone 7) and nitrification (in zone 8) configuration, it will be necessary to recycle a portion of the treated water leaving the reactor via line 6. By cons, when it is desired to use the reactor in anaerobic degradation of carbon (in zone 7) and nitrification (in zone 8), it will be useless to recycle a portion of the treated water.

De nombreux types de garnissages structurés peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. La figure 2 montre le garnissage utilisé dans le présent exemple. Ce garnissage est composé de plaque en PVC 11 disposées de façon à former des alvéoles 10. Many types of structured packings can be used in the context of the present invention. Figure 2 shows the packing used in this example. This lining is composed of PVC plate 11 arranged so as to form cells 10.

La figure 3 montre un autre type de garnissage pouvant également être utilisé constitué de plaques ondulées 1 1 disposées parallèlement entre elles et également constituées en PVC. FIG. 3 shows another type of lining that can also be used consisting of corrugated plates 1 1 arranged parallel to each other and also made of PVC.

Le réacteur décrit ci-dessus a été testé en configuration nitrification-dénitrification, la première zone de filtration 7 constituée d'un garnissage structurée étant dédiée à la dénitrification et la seconde zone de filtration constituée de billes en polystyrène à la nitrification. The reactor described above was tested in a nitrification-denitrification configuration, the first filtration zone 7 consisting of a structured packing being dedicated to denitrification and the second filtration zone consisting of polystyrene beads at nitrification.

Plus particulièrement, les tests ont porté sur les mesures de pertes de charge et sur les durées de cycle autorisées grâce au réacteur selon l'invention. More particularly, the tests focused on the pressure drop measurements and on the cycle times allowed by the reactor according to the invention.

Ces résultats ont été comparés à ceux obtenus avec un réacteur Biostyr classique mis en oeuvre également en configuration nitrification-dénitrification et présentant les mêmes dimensions que le réacteur décrit ci-dessus et ayant pour matériau de filtration des billes de polystyrène de la même taille que les billes constituant la seconde zone de filtration du réacteur selon l'invention. These results were compared with those obtained with a conventional Biostyr reactor also used in the nitrification-denitrification configuration and having the same dimensions as the reactor described above and having as filtration material polystyrene beads of the same size as the beads constituting the second filtration zone of the reactor according to the invention.

Plus précisément, le réacteur selon l'invention et le réacteur Biostyr classique ont été mis en oeuvre avec les conditions de fonctionnement suivantes:
Alimentation en eau décantée tamponnée: lm/h
Recirculation: 300 %
Température comprise entre 23 et 26"C
Alimentation en air à 20 Nm/h.More specifically, the reactor according to the invention and the conventional Biostyr reactor were operated with the following operating conditions:
Buffered decanted water supply: lm / h
Recirculation: 300%
Temperature between 23 and 26 "C
Air supply at 20 Nm / h.

L'eau d'alimentation utilisée présentait une teneur en azote ammoniacal moyenne de 43 mgll, une DCO moyenne de 344 mg/l et une teneur moyenne en matières en suspensions de 92 mg/l. The feed water used had an average ammonia nitrogen content of 43 mgll, an average COD of 344 mg / l and an average suspended solids content of 92 mg / l.

Le protocole de lavage suivant a été adopté tant pour le réacteur selon l'invention que pour le réacteur classique Biostyr:
Le cycle consistant à envoyer de l'eau pendant une minute à un débit de 80 m/h puis à envoyer un mélange d'eau et d'air également pendant une minute, l'air étant envoyé à un débit de 20 Nm/h) a été répété huit fois et suivi d'un rinçage de 2 minutes à l'eau à un débit de 80 m/h.The following washing protocol has been adopted both for the reactor according to the invention and for the conventional Biostyr reactor:
The cycle of sending water for one minute at a rate of 80 m / h and then to send a mixture of water and air also for one minute, the air being sent at a rate of 20 Nm / h ) was repeated eight times and followed by a 2 minute rinse with water at a rate of 80 m / h.

Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau ci-après:

The results obtained are shown in the table below:

<tb> <SEP> Durée <SEP> de <SEP> cycle <SEP> Perte <SEP> de <SEP> Charge <SEP> Prise <SEP> de <SEP> perte <SEP> de
<tb> <SEP> moyenne <SEP> (h) <SEP> initiale <SEP> moyenne <SEP> charge <SEP> moyenne
<tb> <SEP> (cm) <SEP> (cmlh) <SEP>
<tb> Réacteur <SEP> de <SEP> 56 <SEP> 18 <SEP> 2,6
<tb> l'invention
<tb> <SEP> BIOSTYR <SEP> 26 <SEP> 10 <SEP> 5,9
<tb>
Ces résultats indiquent que, dans les mêmes conditions de fonctionnement, les durées de cycle sur le réacteur selon l'invention sont doublées par rapport à celle du
Biostyr, pour des pertes de charge initiale cependant plus fortes sur le réacteur selon 1' invention. <tb><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP> Loss Time of <SEP><SEP><SEP> Load <SEP><SEP> Loss
<tb><SEP> average <SEP> (h) <SEP> initial <SEP> average <SEP> average load <SEP>
<tb><SEP> (cm) <SEP> (cmlh) <SEP>
<tb> Reactor <SEP> of <SEP> 56 <SEP> 18 <SEP> 2,6
<tb> the invention
<tb><SEP> BIOSTYR <SEP> 26 <SEP> 10 <SEP> 5.9
<Tb>
These results indicate that, under the same operating conditions, the cycle times on the reactor according to the invention are doubled compared with that of the
Biostyr, for initial but higher pressure drops on the reactor according to the invention.

11 a été notamment observé que le garnissage structuré ne prenait que 8 à 10 cm de perte de charge sur un cycle de plus de 48 h, et permettait ainsi d'obtenir une eau moins chargée en MES transitant dans la seconde zone de filtration constituée de billes de polystyrène ce qui permettait à celles-ci de s'encrasser beaucoup moins vite. In particular, it was observed that the structured packing took only 8 to 10 cm of pressure loss over a cycle of more than 48 h, and thus made it possible to obtain a water less loaded with MES passing through the second filtration zone consisting of polystyrene beads which allowed them to clog much less quickly.

On notera par ailleurs que les rendements des deux réacteurs sur l'abattement de la pollution ammoniacale et de la DCO se sont révélés comparables. It should be noted that the yields of the two reactors on the abatement of ammonia pollution and COD were comparable.

Le mode de réalisation de l'invention ici décrit n'a pas pour objet de réduire la portée de l'invention. 11 pourra donc y être apporté de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celleci. The embodiment of the invention described here is not intended to reduce the scope of the invention. Many modifications can therefore be made without departing from the scope of this.

Claims

1. A method for the biological purification of a water by sending the water to be treated in a reactor or biological filter characterized in that it consists in associating within said reactor a structured packing constituting at least a first filtration zone and at least one bed of particles of a material less dense than water constituting at least a second filtration zone.

2. Method according to claim 1 characterized in that it consists in sending to the reactor also at least one oxygenated gas ascending co-currents with the water to be treated.

3. Method according to claim 2 characterized in that it comprises injecting said oxygenated gas between said first and said second filtration zone.

4. Method according to claim 2 characterized in that it consists in injecting said gas below said first filtration zone.

5. Method according to one of claimsl to 4 characterized in that it consists in recycling in the reactor at least a portion of the treated water.

6. Method according to one of claims 1 to 5 characterized in that an exogenous carbon source is fed into said reactor.

7. The method of claim 1 characterized in that it consists in performing a denitrification in said first and said second filtration zones.

8. Method according to one of claims 3, 5 or 6 characterized in that it consists in performing a denitrification substantially in said first structured packing filtration zone and substantially nitrification in said second filtration zone.

9. Method according to one of claims 3 or 5 characterized in that it consists in performing anaerobic degradation of the carbon pollution substantially in said first structured packing filtration zone and a biological nitrification substantially in said second filtration zone.

10. A method according to the claims 3 or 5 characterized in that it consists in performing a tertiary denitrification substantially in said first structured packing filtration zone and refining the degradation of carbon pollution and a complement of nitrification essentially in said second filtration zone.

11. The method of claim 4 characterized in that it consists in performing an aerobic degradation of the carbon pollution substantially in said first structured packing filtration zone and a biological nitrification substantially in said second filtration zone.

12. The method of claim 4 characterized in that it consists in performing a tertiary nitrification in the two zones of said reactor.

13. Biological reactor for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, comprising means for supplying the water to be treated (2), at least a first filtration zone (7), at least a second filtration zone (8), and means (3) for evacuating the treated water, characterized in that said first filtration zone (7) is constituted by structured packing and in that said second zone of Filtration (8) consists of a bed of particles of a material having a density lower than that of water.

14. Biological reactor according to claim 13 characterized in that it comprises means for injecting at least one oxygenated gas (9), 15. Biological reactor according to claim 13 or 14 characterized in that said means (2) supplying the water to be treated are provided at the bottom of the reactor, and said means (3) for discharging the treated water are provided at the top of the reactor.

16. Biological reactor according to claim 15 characterized in that said first zone (7) for filtration consisting of a structured packing is provided below said second filtration zone (8) consisting of a bed of particles made of a material having a density lower than that of water.

17. Biological reactor according to claim 16 characterized in that said means (9) for injecting at least one oxygenated gas are installed between said first zone (7) of filtration constituted by a structured packing and said second zone (8). filtration consisting of a bed of particles of a material having a density lower than that of water.

18. Biological reactor according to claim 17 characterized in that said means (9) for injecting at least one oxygenated gas are installed in said first zone (7) of filtration constituted by a structured packing.

9. Biological reactor according to one of claims 13 to 18 characterized in that said structured packing has a specific surface area of between 100 and 400 m2 / m3 and a percentage of vacuum greater than 90%.

20. Biological reactor according to one of claims 13 to 19 characterized in that said structured packing consists of corrugated plates (11).

1. Biological reactor according to one of claims 13 to 20 characterized in that said particles are constituted by expanded polystyrene beads.

2 was. Biological reactor according to one of claims 13 to 21 characterized in that it comprises means for recirculation (6) of at least a portion of the treated water.

23. Biological reactor according to one of claims 13 to 22 characterized in that said supply means (2) for water to be treated comprise at least one loading column (4).

24. Biological reactor according to one of claims 1 to 23 characterized in that said first filtration zone (7) and said second filtration zone (8) are spaced a distance (a) just necessary for the expansion of the bed of particles constituting the second filtration zone, expansion necessary to obtain an effective washing.