FR3123066A1 - Procédé pour le traitement biologique des eaux usées - Google Patents
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Abstract
Procédé, réacteur biologique et installation pour le traitement biologique d’eaux usées comprenant de la matière organique ou assimilable par des microorganismes dans un réacteur mélangé, formant un mélange complet. Figure de l’abrégé : Figure 3
Description
La présente invention se rapporte à un procédé pour le traitement biologique des eaux usées, à un réacteur biologique et à une installation permettant tous deux la mise en œuvre de ce procédé.
Un traitement biologique permet le traitement d’eaux usées comprenant des composés dégradables biologiquement à l’aide d’une boue activée munie de microorganismes. La boue activée est formée par des microorganismes assemblés en flocs lâches flottant librement dans l’eau, appelés flocs bactériens.
Pendant le traitement, les microorganismes, qui sont majoritairement des bactéries, vont consommer du carbone, de l’azote et du phosphore qui sont présents dans les eaux usées.
Pour permettre cette consommation de carbone, d’azote et de phosphore par les microorganismes, les conditions de traitement alternent entre conditions anaérobiques et conditions aérobiques. En effet, cette alternance entre les conditions anaérobiques, aérobiques et anoxiques permet à la fois de réaliser la déphosphatation, la nitrification (transformation de l’ammonium en nitrites et transformation des nitrites en nitrates) et la dénitrification (transformation des nitrites et des nitrates en azote).
Malheureusement, en cas de prolifération de bactéries filamenteuses, ces flocs bactériens ne permettent pas un rejet d’eaux traitées de qualité car ils peuvent se retrouver dans les eaux traitées et nécessitent des traitements parfois agressifs tels que le chlore pour éviter leur prolifération.
Il est bien connu de l’état de la technique le document WO2004024638 qui divulgue un procédé pour le traitement biologique d’eaux usées comprenant de la matière organique ou assimilable par des microorganismes comprenant les étapes de :
une première alimentation en eaux usées en conditions anaérobiques d’au moins un réacteur appelé réacteur biologique comprenant une zone supérieure, une zone inférieure et une zone centrale, ledit au moins un réacteur biologique comprenant une boue munie de microorganismes,
un mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions anaérobiques dans ledit au moins un réacteur biologique, formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse,
Une initiation d’une aération de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz dans ledit au moins un réacteur biologique avec obtention d’une quantité d’oxygène dissous suffisante pour oxyder de 50 à 100 % de la matière organique et de 50 à 100 % de la matière minérale,
une poursuite dudit mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques ou en alternance en conditions aérobies et anaérobies dans ledit au moins un réacteur biologique formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse,
une décantation de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées sensiblement déplétées en matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et contenant éventuellement une première partie de microorganismes et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes,
un soutirage d’au moins une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées.
Pratiquement, un régime de festin-famine est mis en œuvre dans un (ou plusieurs) réacteur(s) biologique(s). Le réacteur biologique est alimenté en eaux usées qui sont mélangées à une boue granulaire, aussi appelées granules de boue qui comprend des microorganismes comme des bactéries. Ce mélange forme une suspension de matières solides comprenant la boue, les microorganismes, la matière organique ou assimilable par des microorganismes dans une phase aqueuse. Le régime festin-famine comprend une alternance de phases festins et phases famine.
En conditions anaérobiques, on initie la phase festin qui permet aux microorganismes de se nourrir de la matière organique mais aussi de la matière assimilable par les microorganismes telle que de la matière à base de phosphore ou d’azote.
Ensuite, la suspension de matière solide dans la phase aqueuse est aérée par l’injection d’un gaz qui permet d’obtenir une quantité d’oxygène dissous suffisante pour oxyder de 50 à 100 % de la matière organique et de 50 à 100 % de la matière minérale pour former les conditions aérobiques.
En conditions aérobiques, on initie la phase famine lors de laquelle les microorganismes ont déjà consommé la matière organique ou de la matière assimilable par les microorganismes. Lorsque les conditions aérobiques sont mises en place, la phase festin se termine en début desdites conditions aérobiques. Il y a donc un reliquat de la phase festin en conditions aérobiques avant que la phase famine ne soit initiée.
En conditions aérobiques, la concentration d’oxygène présente dans ledit au moins un réacteur biologique est de 1 mg/l à 2,5 mg/l.
Une décantation de la boue est ensuite réalisée (pendant laquelle le réacteur biologique n’est plus mélangé) et permet d’obtenir, d’une première part, des eaux traitées formées des eaux usées sensiblement déplétées en matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et contenant éventuellement une première partie de microorganismes et, d'une seconde part, un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes.
Cette décantation est suivie d’un soutirage d’au moins une partie desdites eaux traitées qui forme un rejet d’eaux traités en dehors du réacteur biologique.
Il est décrit dans le document WO2004024638 que l’alimentation en eaux usées du réacteur est lente et est effectuée par la zone inférieure de ce dernier. De plus, le document décrit aussi que la vitesse de décantation de la boue est supérieure à 10 m/h et que cette valeur est représentative d’une boue granulaire de qualité.
Malheureusement, ce procédé présente l'inconvénient de dépendre de la géométrie du réacteur dans lequel il est réalisé. En effet, il est mis en œuvre par la formation d’un écoulement piston dans le réacteur. Par conséquent, selon ce document, c’est l’espace qui est utilisé pour mettre en œuvre les différentes étapes du procédé. De plus, pour obtenir des eaux traitées de qualité, une étape supplémentaire de filtration des eaux traitées est réalisée après le traitement biologique des eaux.
Pour pallier ces inconvénients, il est prévu suivant la présente invention un procédé qui permette de traiter les eaux dans des réacteurs ou installations de stations d’épuration tout en permettant une économie énergétique ainsi que le traitement d’une plus grande charge polluante tout en étant adaptable à des installations préexistantes.
Plus particulièrement, il est prévu selon l’invention un procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que ledit au moins un réacteur appelé réacteur biologique est un réacteur à mélange intégral muni de moyens d’agitation de manière à former un mélange complet et en ce que la décantation de ladite boue est effectuée à une vitesse de décantation des matières solides dans la phase aqueuse comprise entre 1,2 et 5 m/h.
Par les termes « réacteur à mélange intégral », on entend, suivant l’invention, un réacteur biologique qui présente des moyens d’agitation dimensionnés pour former un mélange dit « complet » dans le réacteur biologique, pour que toutes les zones du réacteur biologique subissent une agitation c’est-à-dire un réacteur biologique dont le contenu présente en tout point des concentrations relativement identiques en microorganismes, oxygène dissous et matière organique ou assimilable par des microorganismes (minimisation des zones mortes).
Bien qu’il soit généralement proscrit dans les procédés à boues granulaires d’utiliser des réacteurs à mélange intégral, la présente invention a permis d’obtenir un traitement d’eaux usées optimal dans lequel une économie énergétique est réalisée, qui permette le traitement d’une grande charge polluante tout en étant adaptable à des installations préexistantes, et donc de manière indépendante à la géométrie du réacteur biologique.
En effet, la formation d’un mélange complet dans le réacteur biologique favorise généralement une population de bactéries filamenteuses, considérée comme incompatible avec les procédés de traitement de boue par voie granulaire et considérée souvent comme nécessitant une ou plusieurs étapes en aval pour l’obtention d’une eau « propre ». Pourtant, selon la présente invention, il a été mis en évidence qu’une alternance appropriée des conditions anaérobiques/aérobiques, en combinaison avec un mélange complet ainsi que le contrôle de la vitesse de décantation entre 1,2 m/h et 5m/h permettaient ensemble d’atteindre un équilibre entre une population de bactéries granulaires et une population de bactéries filamenteuses pour former des boues granulaires ou des boues granulaires avec une population de bactéries filamenteuses.
Les boues granulaires ou les boues granulaires avec une population de bactéries filamenteuses formées permettent un gain énergétique par leur métabolisme. En effet, chaque granule comprend une zone anaérobique et une zone aérobique ce qui permet à chaque granule d’agir comme une « mini station d’épuration ». Les boues granulaires avec une population de bactéries filamenteuses comprennent des granules de boues sur lesquels sont venus s’agréger des bactéries filamenteuses.
De manière particulièrement avantageuse, ce procédé permet de s’affranchir des épisodes de prolifération de bactéries filamenteuses ce qui permet d’éviter une étape subséquente de filtration et, cela, sans dépendre de la géométrie du réacteur.
Selon l’invention, les eaux usées sont directement dispersées dans le réacteur biologique lors de leur alimentation et sont mélangées à la boue comprise dans le réacteur biologique. L’avantage du mélange intégral est sa résistance aux charges polluantes très élevées ainsi qu’à d’éventuels chocs toxiques de courte durée.
Comme expliqué plus haut, ce procédé présente l’avantage d’obtenir un équilibre entre deux populations de boue granulaire, de la boue granulaire telle que la boue décrite dans le brevet WO2004024638 mais aussi de la boue granulaire avec une population de bactéries filamenteuses. Cet équilibre contribue à un traitement optimal des eaux usées et donc aussi, à éviter une étape subséquente de filtration. En effet, la présence de bactéries filamenteuses dans les granules permet de capter des éventuelles bactéries libres encore présentes dans l’eau clarifiée. Cet équilibre est obtenu par un contrôle de la vitesse de décantation de la boue qui est comprise entre 1,2 m/h et 5 m/h. Cette vitesse de décantation relativement lente permet une décantation des bactéries libres qui vont venir s’agréger à la boue granulaire.
Ce procédé permet donc un traitement biologique des eaux usées de qualité, économiquement viable et exploitable à échelle industrielle.
De plus, l’utilisation d’un réacteur (biologique) à mélange intégral permet de traiter une plus grande charge polluante et le procédé, comme déjà cité ci-dessus, n’est pas dépendant de la géométrie du réacteur biologique utilisé. En effet, selon la présente invention, le procédé mis en œuvre comprend une succession temporelle de différentes étapes dans un même réacteur à mélange intégral, ce qui permet de s’affranchir de contraintes géométriques et ne nécessite pas différentes zones dans lesquelles se succèdent certaines étapes de traitement par déplacement de la matière à traiter, mais au contraire, ces étapes ont lieu au même endroit, mais de manière successives ou alternées. Cela présente aussi l’avantage de pouvoir utiliser le procédé selon la présente invention pour toute installation ou réacteur biologique de station d’épuration déjà existante tout en assurant un traitement des eaux usées de qualité.
De préférence, les moyens d’agitation comprennent au moins une pale.
Avantageusement, l’alimentation en eaux usées du réacteur biologique est réalisée dans la zone supérieure de ce dernier. Ledit mélange peut être effectué en continu ou de manière discontinue.
De préférence, ladite poursuite dudit mélange peut avoir lieu pendant ladite initiation de ladite aération ou pendant ladite aération ou après ladite aération. Ladite aération peut être effectuée en continu ou de manière discontinue (par salve).
Avantageusement, le procédé selon l’invention, comprend une purge d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone centrale dudit au moins un réacteur biologique, avant ou pendant la décantation, ladite partie de la boue purgée étant effectuée par soutirage de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse. Cette purge est parfois appelée purge homogène et permet d’obtenir une population relativement uniforme de bactéries comprenant des bactéries filamenteuses et des granules.
Dans d’autres réalisations, le procédé selon l’invention, comprend une purge d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone centrale dudit au moins un réacteur biologique, après la décantation. Cette purge est alors appelée purge sélective et permet d’obtenir une population relativement uniforme de bactéries filamenteuses.
Comme on peut le constater, selon le moment du procédé où la purge est appliquée, on sera face à une purge homogène ou à une purge sélective pour le soutirage dans une zone centrale dudit réacteur biologique.
Parfois, le procédé comprend une purge d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone inférieure dudit au moins un réacteur biologique, après la décantation, ladite partie de la boue purgée étant effectuée par soutirage d’une partie du lit de boue. Cette purge est alors appelée purge homogène car elle permet d’obtenir une population relativement uniforme de bactéries comprenant des bactéries filamenteuses et des granules.
Lors de la purge, soit un mélange de granules et de bactéries filamenteuses est soutiré, soit les bactéries filamenteuses sont soutirées. Ce choix dépend de la zone du réacteur biologique par laquelle la purge est effectuée et/ou du moment du soutirage.
Si la purge est effectuée dans la zone centrale du réacteur biologique et que la purge est effectuée avant ou pendant la décantation, des bactéries filamenteuses et des granules sont soutirées. Si la purge est effectuée dans la zone centrale du réacteur biologique mais après la décantation, les bactéries filamenteuses sont préférentiellement soutirées.
Si la purge est effectuée dans la zone inférieure du réacteur biologique, les granules et les bactéries filamenteuses sont sorties et cette purge est effectuée après la décantation. Cela permet de maintenir par la teneur en bactéries filamenteuses et granules, un équilibre.
La purge permet un ajustement de la concentration en boue par rapport à la charge carbonée (DCO) entrante. Cet ajustement régulier permet de contrôler la qualité et le taux de granulation de la boue granulaire, c’est-à-dire le taux de formation de granules. Cet ajustement se fait en adaptant la purge de la boue. Si la purge est sélective, on favorise la granulation et donc les performances de décantation et la qualité des eaux traitées. Si la purge est homogène, on favorise la stabilité de la boue et la qualité des eaux traitées.
De manière avantageuse, lesdites matières solides dans ledit procédé, sont formées par lesdits microorganismes et ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes, lesdits microorganismes formant avec ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes des boues granulaires ou des boues granulaires avec une population de bactéries filamenteuses.
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé comprend, en outre, une étape de contrôle de la vitesse de décantation, au moyen d’une deuxième alimentation en eaux usées de ladite zone supérieure dudit au moins un réacteur biologique en conditions aérobiques par des moyens d’alimentation agencés pour être actionnés par un moyen de contrôle lorsque le réacteur biologique met en œuvre ladite initiation de ladite aération ou après celle-ci, avant ou pendant ladite poursuite dudit mélange, ladite étape de contrôle de la décantation étant suivie d’une étape additionnelle de mélange de manière à ralentir la vitesse de décantation des matières solides dans la phase aqueuse.
Ladite deuxième alimentation permet d’introduire une nouvelle charge polluante et de rétablir un équilibre entre la boue granulaire et la boue granulaire avec une population de bactéries filamenteuses lorsque l’équilibre ne permet plus d’obtenir un traitement optimal des eaux usées et que des flocs bactériens commencent à se retrouver dans le rejet.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le procédé comprend, en outre, une étape d’acidogenèse en amont de ladite première alimentation en eaux usées dudit au moins un réacteur biologique.
Ladite étape d’acidogenèse améliore la scission des molécules à longue chaine carbonée et favorise la production de petites molécules très facilement biodégradables, comme par exemple, les acides gras volatiles. Cette étape est réalisée à l’aide de bactéries en conditions anaérobiques.
Avantageusement, lesdites eaux usées du procédé selon l’invention sont choisies parmi des eaux industrielles, des eaux urbaines, ou un mélange de celles-ci.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé selon l’invention, comprend, en outre, une étape initiale d’adaptation d’une installation existante pour la mise en œuvre du procédé dans ladite installation existante adaptée.
Cela permet de pouvoir utiliser des installations existantes sans les modifier et représente un gain économique.
D’autres formes de réalisation du procédé suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.
L’invention a aussi pour objet un réacteur appelé réacteur biologique pour le traitement biologique d’eaux usées à utiliser suivant le procédé selon l’invention, ledit réacteur biologique étant un réacteur de type SBR (Sequential Batch Reactor) agencé pour recevoir les eaux usées et une boue munie de microorganisme, lesdites eaux usées et ladite boue munie de microorganismes formant un contenu, ce réacteur biologique comprend une entrée pour les eaux usées en communication fluidique avec la zone supérieure, une sortie pour les eaux traitées en communication fluidique avec la zone supérieure et des moyens d’agitation dudit contenu, formant un réacteur de type à mélange intégral.
Il est apparu de manière particulièrement avantageuse qu’un réacteur biologique avec une entrée pour les eaux usées en communication fluidique avec la zone supérieure permet une alimentation “turbulente” pendant que le mélange desdites eaux usées et de ladite boue est effectué par des moyens d’agitation formant un réacteur biologique de type à mélange intégral. De plus, le réacteur biologique présente en tout point des concentrations relativement identiques en microorganismes, oxygène dissous du milieu et matière organique ou assimilable par des microorganismes.
L’alimentation turbulente facilite le mélange complet réalisé dans le réacteur biologique alors que le document WO2004024638 décrit une alimentation lente réalisée par une entrée en communication fluidique avec la zone inférieure pour éviter un mélange des eaux usées avec les eaux traitées et travailler sur un écoulement piston, à savoir un réacteur avec différentes zones ayant un rôle différent.
Dans une forme de réalisation avantageuse, le réacteur biologique selon la présente invention, comprend en outre, des moyens de soutirage d’au moins une partie de ladite boue en communication fluidique avec ladite zone inférieure ou centrale, agencés pour permettre la purge d’au moins une partie de ladite boue.
Dans une forme de réalisation préférée, le réacteur biologique selon la présente invention comprend, en outre des moyens d’alimentation en communication fluidique avec ladite zone supérieure agencés pour alimenter ledit réacteur biologique en eaux usées. Par exemple, les moyens d’alimentation amènent les eaux usées dans le réacteur biologique en conditions anaérobiques lorsqu’il s’agit de la première alimentation du procédé selon la présente invention ou amènent les eaux usées dans le réacteur biologique en conditions aérobiques lorsqu’il s’agit de la deuxième alimentation, lesdits moyens d’alimentation étant agencés pour être actionnés par un moyen de contrôle lorsque le réacteur biologique met en œuvre ladite aération ou après celle-ci, avant ladite poursuite du mélange.
Dans une autre forme de réalisation préférée, le réacteur biologique comprenant une entrée pour l’injection de gaz en communication fluidique avec ladite zone centrale ou ladite zone inférieure dudit réacteur biologique.
D’autres formes de réalisation du réacteur biologique suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.
L'invention a en outre pour objet une installation comprenant au moins un réacteur biologique selon la présente invention, comprenant, en outre, une cuve tampon ou un bassin biologique, éventuellement un bassin biologique tampon, en communication fluidique avec ledit au moins un réacteur biologique.
De préférence, l’installation selon la présente invention, comprend en outre une cuve acidogène en communication fluidique avec ledit au moins un réacteur biologique via ladite cuve tampon ou ledit bassin biologique, éventuellement le bassin biologique tampon.
Avantageusement, l’installation, comprend un deuxième réacteur biologique, agencé en parallèle à co-courant ou à contrecourant ou encore en alternance avec ledit au moins un réacteur biologique.
De manière préférée, ledit deuxième réacteur biologique et ledit au moins un réacteur biologique de l’installation selon l'invention, sont en communication fluidique avec une cuve tampon ou un bassin biologique, éventuellement un bassin biologique tampon.
D’autres formes de réalisation de l'installation suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
La est une coupe longitudinale d’une représentation schématique d’une forme de réalisation du réacteur biologique selon la présente invention.
La est une coupe longitudinale d’une représentation schématique d’une autre forme de réalisation du réacteur biologique selon la présente invention.
La est une représentation schématique d’une forme de réalisation d’une installation selon la présente invention.
La est un schéma expliquant les principales étapes d’un mode de réalisation préféré du procédé de traitement biologique des eaux usées selon la présente invention.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
Le réacteur biologique 8 est représenté en et 2. Le réacteur biologique 8 illustré à la est un réacteur biologique de type SBR (Sequential Batch Reactor) qui comprend une zone supérieure 9 qui s’étend de la surface du haut du réacteur biologique 8 à la partie supérieure d’une zone centrale 11, une zone inférieure 10 qui s’étend de la surface du bas du réacteur biologique 8 à la partie inférieure de la zone centrale 11 et la zone centrale 11 comprise entre la zone supérieure 9 et la zone inférieure 10.
Ce réacteur biologique 8 comprend une entrée 12 pour les eaux usées (non représentées) en communication fluidique avec la zone supérieure 9 et est agencé pour recevoir les eaux usées via l’entrée 12 pour les eaux usées et une boue munie de microorganismes. Il comprend, une sortie 13 pour les eaux traitées (non représentées) en communication fluidique avec la zone supérieure 9 et des moyens d’agitation 14 agencés pour mélanger les eaux usées et la boue munie de microorganismes (non représentée). Le réacteur biologique 8 est un réacteur de type à mélange intégral qui permet, de manière particulièrement avantageuse, de former un mélange complet à l’aide des moyens d’agitation 14 et de former une suspension de matières solides dans une phase aqueuse.
Le réacteur biologique 8 illustré comprend une entrée agencée pour injecter du gaz 15, par exemple du dioxygène est en communication fluidique avec ladite zone inférieure 10 dudit réacteur biologique 8. Dans une autre forme de réalisation non illustrée, l’entrée agencée pour injecter du gaz 15 est en communication fluidique avec ladite zone centrale 11.
Le réacteur biologique 8 comprend des moyens de soutirage 16 d’au moins une partie de ladite boue en communication fluidique avec ladite zone centrale 11 dudit réacteur biologique 8 agencés pour permettre la purge d’au moins une partie de ladite boue, plus particulièrement des bactéries filamenteuses.
Dans une autre forme de réalisation illustrée à la , les moyens de soutirage 16 d’au moins une partie de ladite boue sont en communication fluidique avec ladite zone inférieure 10 dudit réacteur biologique 8 et l’entrée agencée pour injecter du gaz 15 est en communication fluidique avec ladite zone supérieure 9 dudit réacteur biologique 8.
Dans une autre forme de réalisation non illustrée, les moyens de soutirage 16 sont en communication fluidique avec ladite zone centrale 11 pour permettre la purge d’au moins une partie de ladite boue, plus particulièrement des bactéries filamenteuses et autres bactéries dont la vitesse de décantation est inférieure à 2m/h.
Avantageusement, le réacteur biologique 8 peut comprendre des moyens d’alimentation (non illustrés) en communication fluidique avec ladite zone supérieure 9 agencés pour alimenter ledit réacteur biologique 8 en eaux usées en conditions aérobiques. Lesdits moyens d’alimentation sont agencés pour être actionnés par un moyen de contrôle lorsque le réacteur biologique 8 met en œuvre une aération 3 ou après celle-ci, avant la poursuite du mélange 4, cela selon les circonstances.
La représente une installation comprenant un premier réacteur biologique 8, un bassin tampon biologique 8’ et un deuxième réacteur biologique 8’’. Le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’ comprennent chacun une entrée 12 pour les eaux usées en communication fluidique avec la zone supérieure 9. Les deux réacteurs biologiques 8 et 8’’ sont agencés pour recevoir les eaux usées via l’entrée 12 pour les eaux usées et une boue munie de microorganismes. Le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’ comprennent aussi, une sortie 13 pour les eaux traitées en communication fluidique avec la zone supérieure 9.
Dans ce mode de réalisation, le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’ fonctionnent simultanément ou en alternance. Ceci signifie que des eaux usées peuvent être alimentées en parallèle dans le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’ ou bien, les étapes du traitement qui sont mises en œuvre dans le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’ sont décalées dans le temps.
Le bassin biologique tampon 8’ en communication fluidique avec le premier réacteur biologique 8 et le deuxième réacteur biologique 8’’.
Le premier réacteur biologique 8, le deuxième réacteur biologique 8’’, ainsi qu’éventuellement le bassin tampon biologique 8’ comprennent, chacun, des moyens d’agitation 14, ainsi qu’une entrée pour injecteur de l’air 15, tandis que l’entrée pour les eaux usées 12 et les moyens de soutirage 16 ne sont nécessairement présents que sur le premier et le deuxième réacteur biologique 8, 8’’.
Selon l’effet recherché, lesdits réacteurs biologiques 8, 8’’ sont agencés en parallèle à co-courant ou à contrecourant ou encore en alternance.
Une cuve tampon et/ou une cuve acidogène (non représentée(s)) peu(ven)t être en communication fluidique avec ledit premier réacteur biologique 8 ou ledit deuxième réacteur biologique 8’’. La cuve tampon et/ou la cuve acidogène sera ainsi en amont du réacteur biologique par rapport au flux du procédé selon la présente invention. Dans le réacteur biologique 8 illustré à la ou 2, le procédé comprend, de manière courante, une alimentation en eaux usées 1, par exemple des eaux usées industrielles et/ou des eaux usées urbaines tel qu’illustré dans la , qui comprend de la boue munie de microorganismes est effectuée en conditions anaérobiques.
Les étapes décrites ci-dessous sont décrites dans le contexte du réacteur biologique 8, mais s’appliquent mutatis mutandis pour le réacteur biologique 8’’ lorsqu’il est présent comme par exemple dans la forme de réalisation illustrée à la .
Toujours en conditions anaérobiques, un mélange 2 des eaux usées avec la boue dans le réacteur biologique 8 est réalisé. Ce mélange 2 forme une suspension de matières solides dans une phase aqueuse. Les matières solides sont par exemple, de la charge polluante, des microorganismes dont des bactéries, la boue, … Le mélange 2 peut être effectué de manière continue ou discontinue selon les circonstances.
Un gaz, par exemple du dioxygène, est ensuite injecté dans ledit réacteur biologique 8 par l’entrée 15 mettant en œuvre une initiation d’une aération 3 de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse dans ledit réacteur biologique 8. L’injection du gaz peut être réalisée de manière continue ou discontinue (en pulse ou salve).
La poursuite du mélange 4 desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques dans ledit réacteur biologique 8 est réalisée pour garder la suspension de matières solides dans la phase aqueuse. Cette poursuite du mélange 4 est réalisée jusqu’à épuisement de l’air dans ledit réacteur biologique 8 et que des conditions anaérobiques ou anoxiques soient de nouveau présentes. La poursuite du mélange 4 peut avoir lieu pendant l’initiation de ladite aération 3 ou pendant l’aération 3 elle-même. La poursuite du mélange 4 est avantageusement effectuée en continu mais peut aussi être effectuée de manière discontinue.
De préférence, une purge (non illustrée) d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone centrale 11 dudit réacteur biologique 8, est effectuée avant ou pendant ou après la décantation 5 qui suit la poursuite du mélange 4. Ladite partie de la boue purgée est effectuée par soutirage 6 de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par des moyens de soutirage 16.
Ensuite, la décantation 5 de ladite boue est effectuée (et le mélange du réacteur biologique est arrêté) et permet d’obtenir des eaux traitées formées desdites eaux usées sensiblement déplétées en matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et contenant éventuellement une première partie de microorganismes et permet d’obtenir aussi un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes.
De manière particulièrement avantageuse, la vitesse de décantation 5 de ladite boue est comprise entre 1,2 m/h et 5m/h et permet d’obtenir, en combinaison avec le réacteur biologique 8 à mélange intégral, une boue granulaire ou une boue granulaire avec une population de bactéries filamenteuses.
Lorsque des bactéries filamenteuses s’agrègent sur les granules de la boue granulaire, elles ne se déplacent pas librement et permettent un meilleur traitement de la charge polluante en augmentant la surface d’adhésion des granules aux bactéries libres. De manière encore plus avantageuse, cela permet de s’affranchir d’épisodes de prolifération des bactéries filamenteuses qui ont, normalement tendance, lorsqu’elles ne s’agrègent pas aux granules, à être soutirées avec les eaux traitées.
Eventuellement, une étape de contrôle (non illustrée) de la décantation 5 est effectuée, au moyen d’une deuxième alimentation en eaux usées de ladite zone supérieure 9 dudit réacteur biologique 8 en conditions aérobiques par les moyens d’alimentation agencés pour être actionnés par un moyen de contrôle. Cette étape peut être réalisée soit, lorsque le réacteur biologique met en œuvre ladite initiation de ladite aération 3 soit après celle-ci, soit avant ou pendant ladite poursuite dudit mélange 4, ladite étape de contrôle de la décantation 5 étant suivie d’une étape additionnelle de mélange 2 de manière à ralentir la vitesse de décantation 5 des matières solides dans la phase aqueuse.
Avantageusement, une purge (non illustrée) d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone inférieure 10 dudit réacteur biologique 8 est réalisée après la décantation. Ladite partie de la boue purgée est effectuée par soutirage d’une partie du lit de boue par les moyens de soutirage 16.
Un soutirage 6 d’au moins une partie desdites eaux traitées est ensuite réalisé et permet de former un rejet d’eaux traitées de qualité.
Eventuellement, une étape d’acidogenèse (non illustrée) est réalisée avant la première alimentation 1 en eaux usées du réacteur biologique 8. Cette étape permet de couper les longues chaines carbonées des molécules tels que les acides gras.
Le procédé selon la présente invention peut être mis en œuvre sur des installations existantes comprenant au moins un réacteur biologique 8 de type SBR en prenant le contrôle de l’installation existante à l’aide d’un automate par exemple.
Exemples. -
Exemple 1 : Traitement des eaux usées provenant de l’industrie laitière.
Des eaux usées provenant d’une industrie laitière ont été traitées par une installation selon la présente invention, qui comprend en séquence, un bassin acidogène d’une capacité de 4 m³, une cuve tampon d’une capacité de 3,5 m³ et un réacteur biologique selon la présente invention d’une capacité de 4,5 m³. On a alimenté, en conditions anaérobiques, le réacteur biologique comprenant une boue munie de microorganismes, avec des eaux usées provenant de l’industrie laitière à un débit de 7 m³/h. La concentration en pollution carbonée des eaux usées à l’entrée dans le réacteur biologique était 665 mg/L. La concentration en phosphore était de 4 mg/L et la concentration en azote était de 31 mg/L. Le volume journalier d’eaux usées provenant de l’industrie laitières qui sont traitées est de 1,3 m³/j.
On a ensuite mélangé ces eaux usées avec ladite boue, toujours en conditions anaérobiques avec un agitateur à pales, à une vitesse de 32 tours par minutes dans le réacteur biologique selon la présente invention qui est un réacteur à mélange intégral formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse.
On a ensuite initié une aération de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz de manière à avoir 1,2 à 2 mg/l d’O2 dans le réacteur biologique selon l’invention. La quantité d’oxygène dissous indiquée ci-dessus est régulée et suffisante pour dégrader 89,63 % de la matière organique et 60,28 % de la matière minérale (62,5 % de phosphore et 58,07 % d’azote).
On a poursuivi le mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques dans le réacteur biologique formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse.
On y a ensuite effectué une décantation de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées dont la concentration en pollution carbonée est descendue à 69 mg/L, la concentration en phosphore est descendue à 1,2 mg/L et la concentration en azote est descendue à 13 mg/L et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes. La vitesse de décantation de ladite boue était comprise entre 2,5 et 5 m/h.
On a ensuite soutiré une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées dont la concentration en pollution carbonée est était de 69 mg/L, la concentration en phosphore était de 1,5 mg/L et la concentration en azote était de 13 mg/L
Exemple 2 : Traitement des eaux usées provenant d’une filière d’extraction de phospholipides contenus dans les œufs.
Des eaux usées provenant d’une filière d’extraction de phospholipides ont été traitées par une installation selon la présente invention, qui comprend en séquence, un bassin acidogène d’une capacité de 4 m³, une cuve tampon d’une capacité de 3,5 m³ et un réacteur biologique selon la présente invention d’une capacité de 4,5 m³. On a alimenté, en conditions anaérobiques, le réacteur biologique comprenant une boue munie de microorganismes avec les eaux usées provenant d’une filière d’extraction de phospholipides. La concentration en pollution carbonée des eaux usées à l’entrée dans le réacteur biologique était comprise entre 9000 et 13000 mg/L. La concentration en phosphore était de 30 mg/L et la concentration en azote était de 120 mg/L. Le volume journalier d’eaux usées qui sont traitées est de 0,9 m³/j.
On a ensuite mélangé ces eaux usées avec ladite boue, toujours en conditions anaérobiques avec un agitateur à pales, à une vitesse de 32 tours par minutes dans le réacteur biologique selon la présente invention qui est un réacteur à mélange intégral formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse.
On a ensuite initié une aération de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz de manière à avoir 1,2 à 2 mg/l d’O2 dans le réacteur biologique selon l’invention. La quantité d’oxygène dissous indiquée ci-dessus est régulée et suffisante pour dégrader 98 à 99 % de la matière organique et 81,25 % de la matière minérale (95,8 % de l’azote et 66,7 % du phosphore).
On a poursuivi le mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques dans le réacteur biologique formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse.
On a ensuite effectué une décantation de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées dont la concentration en pollution carbonée est descendue à 105 mg/L, la concentration en phosphore est descendue à 10 mg/L et la concentration en azote est descendue à moins de 5 mg/L et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes. La vitesse de décantation de ladite boue était de 2 m/h.
On a ensuite soutiré une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées dont la concentration en pollution carbonée est était de 105 mg/L, la concentration en phosphore était de 10 mg/L et la concentration en azote était inférieure à 5 mg/L.
Exemple 3 : Traitement des eaux usées provenant d’une industrie d’embouteillage de boissons sucrées et aromatisées.
Des eaux usées provenant d’une industrie d’embouteillage de boissons sucrées et aromatisées ont été traitées selon la présente invention. L’agencement utilisé comprend un bassin tampon en amont d’une capacité totale de 600 m³, suivi d’une installation comprenant un premier réacteur biologique selon l’invention et un deuxième réacteur biologique selon l’invention, chacun d’une capacité de 500 m³. Les deux réacteurs biologiques de 500 m³ sont séparés par un bassin biologique tampon d’une capacité de 400 m³. L’installation présente ainsi une capacité totale de 1400m³.
On a alimenté, en conditions anaérobiques, le premier réacteur biologique et le deuxième réacteur biologique, chacun comprenant une boue munie de microorganismes, avec des eaux usées à un débit entre 130 et 230 m³/h en alternance et à contre-courant, de telle manière que lorsque l’un est alimenté, l’autre est en vidange. (L’eau envoyée dans le premier réacteur pousse l’eau du deuxième réacteur vers la sortie du deuxième réacteur). La concentration en pollution carbonée des eaux usées à l’entrée dans le premier réacteur biologique ainsi que dans le deuxième réacteur biologique était comprise entre 200 et 1200 mg/L. La concentration en phosphore était de 1 mg/L et la concentration en azote était de 7 mg/L. Le volume journalier d’eaux usées qui sont traitées est compris entre 500 et 1500 m³/j.
On a ensuite mélangé ces eaux usées avec ladite boue, toujours en conditions anaérobiques avec un agitateur à pales, à une vitesse de 475 tours par minutes dans le premier réacteur biologique et dans le deuxième réacteur biologique selon la présente invention.
Chacun des premier et deuxième réacteurs biologiques est un réacteur à mélange intégral formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse.
On a ensuite initié une aération de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz de manière à avoir 1,2 à 2 mg/l d’O2 dans chaque réacteur biologique selon l’invention. La quantité d’oxygène dissous indiquée ci-dessus est régulée et suffisante pour dégrader 97 % de la matière organique et 83,95 % de la matière minérale (82,9 % d’azote et 85 % de phosphore).
On a poursuivi le mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques dans lesdits réacteurs biologiques formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse.
On a ensuite effectué une décantation de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées dont la concentration en pollution carbonée est descendue à 35 mg/L, la concentration en phosphore est descendue à 0,15 mg/L et la concentration en azote est descendue à moins de 1,2 mg/L et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes. La vitesse de décantation de ladite boue était comprise entre 1,8 et 2,5 m/h.
On a ensuite soutiré une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées dont la concentration en pollution carbonée est était de 35 mg/L, la concentration en phosphore était de 0.15 mg/L et la concentration en azote était inférieure à 1,2 mg/L.
Exemple 4 : Traitement des eaux usées municipales.
Des eaux usées municipales ont été traitées par une installation selon la présente invention, qui comprend en séquence une cuve tampon d’une capacité de 3,5 m³ et un réacteur biologique selon la présente invention d’une capacité de 4,5 m³. On a alimenté, en conditions anaérobiques, ledit réacteur biologique comprenant une boue munie de microorganismes avec des eaux usées municipales à un débit de 7 m³/h. La concentration en pollution carbonée des eaux usées municipales à l’entrée dans ledit réacteur biologique était de 400 mg/L. La concentration en phosphore était de 2 mg/L et la concentration en azote était de 25 mg/L. Le volume journalier d’eaux usées qui sont traitées est de 5,5 m³/j.
On a ensuite mélangé ces eaux usées municipales avec ladite boue, toujours en conditions anaérobiques avec un agitateur à pales, à une vitesse de 32 tours par minutes dans le réacteur biologique selon la présente invention qui est un réacteur à mélange intégral formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse. On a ensuite initié une aération de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz de manière à avoir 1,2 à 2 mg/l d’O2 dans le réacteur biologique selon l’invention. La quantité d’oxygène dissous indiquée ci-dessus est régulée et suffisante pour dégrader 91,25 % de la matière organique et 56 % de la matière minérale (52 % de l’azote et 60 % du phosphore).
On a poursuivi le mélange desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques dans ledit réacteur biologique formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse,
On a ensuite effectué une décantation de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées dont la concentration en pollution carbonée est descendue à 35 mg/L, la concentration en phosphore est descendue à 0.8 mg/L et la concentration en azote est descendue à 12 mg/L et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes. La vitesse de décantation de ladite boue était comprise entre 1,3 et 1,8 m/h.
On a ensuite soutiré une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées dont la concentration en pollution carbonée est était de 35 mg/L, la concentration en phosphore était de 0.8 mg/L et la concentration en azote était de 12 mg/L.
Il est bien entendu que la présente invention n’est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
Claims (16)
- Procédé pour le traitement biologique d’eaux usées comprenant de la matière organique ou assimilable par des microorganismes comprenant les étapes de :
- une première alimentation (1) en eaux usées en conditions anaérobiques ou anoxiques d’au moins un réacteur (8) appelé réacteur biologique comprenant une zone supérieure (9), une zone inférieure (10) et une zone centrale (11), ledit au moins un réacteur biologique (8) comprenant une boue munie de microorganismes,
- un mélange (2) desdites eaux usées avec ladite boue en conditions anaérobiques ou anoxiques dans ledit au moins un réacteur biologique (8) formant une suspension de matières solides dans une phase aqueuse,
- Une initiation d’une aération (3) de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse par une injection de gaz dans ledit au moins un réacteur biologique (8) avec obtention d’une quantité d’oxygène dissous suffisante pour dégrader 50 à 100 % de la matière organique et de 50 à 100 % de la matière minérale,
- une poursuite dudit mélange (4) desdites eaux usées avec ladite boue en conditions aérobiques ou en alternance en conditions aérobies et anoxiques dans ledit au moins un réacteur biologique (8) formant la suspension de matières solides dans la phase aqueuse,
- une décantation (5) de ladite boue avec obtention (i) d’eaux traitées formées desdites eaux usées sensiblement déplétées en matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et contenant éventuellement une première partie de microorganismes et (ii) d’un lit de boue formé de ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes résiduelle et d’une deuxième partie de microorganismes,
- un soutirage (6) d’au moins une partie desdites eaux traitées pour former un rejet d’eaux traitées,
- Procédé selon la revendication 1, comprenant une purge d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone centrale dudit au moins un réacteur biologique (8), avant ou pendant la décantation (5), ladite partie de la boue purgée étant effectuée par soutirage (6) de ladite suspension de matières solides dans la phase aqueuse.
- Procédé selon la revendication 1, comprenant une purge d’au moins une partie de ladite boue à partir de ladite zone inférieure dudit au moins un réacteur biologique (8), après la décantation (5), ladite partie de la boue purgée étant effectuée par soutirage (6) d’une partie du lit de boue.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites matières solides sont formées par lesdits microorganismes et ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes, lesdits microorganismes formant avec ladite matière organique ou assimilable par des microorganismes des boues granulaires ou des boues granulaires avec une population de bactéries filamenteuses.
- Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre une étape de contrôle de la vitesse de décantation (5), au moyen d’une deuxième alimentation (1) en eaux usées de ladite zone supérieure dudit au moins un réacteur biologique (8) en conditions aérobiques par des moyens d’alimentation agencés pour être actionnés par un moyen de contrôle lorsque le réacteur biologique met en œuvre ladite initiation de ladite aération (3) ou après celle-ci, avant ou pendant ladite poursuite dudit mélange (4), ladite étape de contrôle de la décantation (5) étant suivie d’une étape additionnelle de mélange (2) de manière à ralentir la vitesse de décantation (5) des matières solides dans la phase aqueuse.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, une étape d’acidogenèse en amont de ladite première alimentation (1) en eaux usées dudit au moins un réacteur biologique (8).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites eaux usées sont choisies parmi des eaux industrielles, des eaux urbaines, ou un mélange de celles-ci.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, une étape initiale d’adaptation d’une installation existante pour la mise en œuvre du procédé dans ladite installation existante adaptée.
- Réacteur biologique pour le traitement biologique d’eaux usées à utiliser suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ledit réacteur biologique (8) étant un réacteur (8) de type SBR (Sequential Batch Reactor) agencé pour recevoir les eaux usées et une boue munie de microorganisme, lesdites eaux usées et ladite boue munie de microorganismes formant un contenu, caractérisé en ce qu’il comprend une entrée pour les eaux usées (12) en communication fluidique avec la zone supérieure (9), une sortie pour les eaux traitées (13) en communication fluidique avec la zone supérieure (9) et des moyens d’agitation (14) dudit contenu, formant un réacteur biologique (8) de type à mélange intégral.
- Réacteur biologique (8) selon la revendication 9, comprenant, en outre, des moyens de soutirage (16) d’au moins une partie de ladite boue en communication fluidique avec ladite zone inférieure (10) ou centrale (11), agencés pour permettre la purge d’au moins une partie de ladite boue.
- Réacteur biologique (8) selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre des moyens d’alimentation en communication fluidique avec ladite zone supérieure (9) agencés pour alimenter ledit réacteur biologique (8) en eaux usées.
- Réacteur biologique (8) selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant une entrée pour l’injection de gaz (15) en communication fluidique avec ladite zone centrale (11) ou ladite zone inférieure (10) dudit réacteur biologique (8).
- Installation comprenant au moins un réacteur biologique (8) selon les revendications 9 à 12, comprenant, en outre, une cuve tampon ou un bassin biologique, éventuellement un bassin biologique tampon, en communication fluidique avec ledit au moins un réacteur biologique (8).
- Installation selon la revendication 13, comprenant en outre une cuve acidogène en communication fluidique avec ledit au moins un réacteur biologique (8) via ladite cuve tampon ou ledit bassin biologique, éventuellement le bassin biologique tampon.
- Installation selon la revendication 13 ou 14, comprenant un deuxième réacteur biologique (8), agencé en parallèle à co-courant ou à contrecourant ou encore en alternance avec ledit au moins un réacteur biologique (8).
- Installation selon la revendication 15, dans laquelle ledit deuxième réacteur biologique (8) et ledit au moins un réacteur biologique (8) étant en communication fluidique avec une cuve tampon ou un bassin biologique, éventuellement un bassin biologique tampon.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2105185A FR3123066A1 (fr) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | Procédé pour le traitement biologique des eaux usées |
| PCT/EP2022/062645 WO2022243114A1 (fr) | 2021-05-18 | 2022-05-10 | Procédé et réacteur pour le traitement biologique des eaux usées |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2105185 | 2021-05-18 | ||
| FR2105185A FR3123066A1 (fr) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | Procédé pour le traitement biologique des eaux usées |
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|---|---|
| FR3123066A1 true FR3123066A1 (fr) | 2022-11-25 |
Family
ID=77180127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2105185A Pending FR3123066A1 (fr) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | Procédé pour le traitement biologique des eaux usées |
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Citations (5)
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2021
- 2021-05-18 FR FR2105185A patent/FR3123066A1/fr active Pending
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