Brevet FR2005041A1 — publié le 19691205

i 20050-11 La présente invention concerne un procédé de traitement d'eaux résiduaires organiques destiné à réduire la DBO (demande biologique en oxygène) d'eaux résiduaires organiques telles que les eaux d'égout, les effluents liquides sur-5 nageant dans les digesteurs de boues et les eaux résiduaires industrielles. Si l'on considère le traitement des eaux résiduaires organiques, telles que des eaux d'égout, des effluents liquides surnageants provenant de digesteur de boues et des eaux rési-10 duaires industrielles, on connaît bien le procédé classique des boues activées qui consiste à réaliser une aération après mélange des eaux résiduaires avec la boue activée. Dans ledit procédé cependant il est nécessaire de recourir à un procédé de répartition de l'air qui consiste à introduire 15 l'air destiné à 1'aération, et par conséquent le réglage de la quantité d'air à répartir pour maintenir le traitement des eaux résiduaires dans des conditions appropriées constitue l'une des conditions les plus importantes de l'opération. En outre, les variations de charge de l'eau résiduaire ou 20 les changements de type de matières organiques contenues dans ces eaux résiduaires exercent une influence sur les microbes qui se trouvent dans la boue activée, et entraînent en général ce que l'on appelle la "prise en masse"; et par conséquent il devenait impossible de traiter les eaux résiduaires et on avait 25 des variations de qualité de l'eau après traitement; il s'avérait donc difficile de stabiliser les conditions de traitement. L'invention concerne un procédé pour décomposer-les matières organiques contenues dans les eaux résiduaires ; on prépare à cet effet une boue activée consistant en bactéries 30 de type absolument différent de celles contenues dans les boues activées classiques, à savoir des bactéries dénitrifiantes, et on laisse respirer lesdites bactéries avec le nitrate ou le nitrite qui constitue la source d'alimentation en l'oxygène. En d'autres termes, l'invention concerne un pro-35 cédé de traitement des eaux résiduaires organiques, caractérisé en ce que l'on mélange aux eaux résiduaires organiques en prtsence d'ions nitrate ou nitrite de la boue activée contenant des bactéries dénitrifiantes comme constituant prin- 69 09;:62 2005041 cipal, et l'on maintient le mélange ainsi obtenu dans un état d'anaérobie de manière à décomposer et à éliminer les matières organiques contenues dans lesdites eaux résiduaires organiques. A ce propos, l'expression "en présence d'ions nitrate ou 5 nitrite", implique par exemple le mélange de nitrate ou de nitrite aux eaux résiduaires organiques ; ou encore lesdites eaux résiduaires organiques contiennent elles-mêmes au départ des ions nitrate ou nitrite, ou bien on mélange des eaux résiduaires organiques à des eaux résiduaires contenant du 10 nitrate ou du nitrite ; en bref il existe des . ions nitrate ou nitrite dans un mélange liquide contenant des eaux résiduaires et de la boue dénitrifiante. Si l'on considère le système pour amener les eaux résiduaires organiques en contact avec la boue dénitrifiante 15 de l'invention, on peut également adopter, en plus de l'opération de mélange des deux constituants à l'intérieur d'un réservoir, des dispositifs par exemple qui consistent à préparer une couche de boue dénitrifiante à l'intérieur d'un réservoir cylindrique, puis à procéder à l'infiltration 20 dans ladite couche de boue dénitrifia""te des eaux résiduaires organiques contenant des ions nitrate ou nitrite en opérant dépuis le fond jusqu'à la surface. Léo bactéries dénitrifiantes sont ce que l'on appelle des bactéries anaérobies occasionnelles qui utilisent exclusivement l'oxygène dissous pour 25 leur respiration, s'il existe une quantité suffisante d'oxygène dissous disponible, alors que dans le cas où il n'y a pas d'oxygène dissous disponible, elles agissent pour réduire le nitrate ou le nitrite et utilisent l'oxygène chimique ainsi obtenu ; elles décomposent de ce fait par oxydation 30 les matières organiques. Lesdites bactéries dénitrifiantes, qui existent en abondance dans le sol, les eaux résiduaires et les boues activées, sont des bactéries hétérotrophiques qui sont capables non seulement de décomposer par oxydation des substances organiques en matières minérales, mais aussi 35 de produire une boue de synthèse et de proliférer. La boue de dénitrification à mettre en oeuvre selon i '.Invention permet par exemple d'utiliser de la boue recyclée obtenue dans l'installation d'épuration à la suite du procédé 69 09062 3 2005041 de boue activée pour 3e traitement d'effluent surnageant de digesteur enanaérobie, dans le cas où l'on épure des matières de vidange, des eaux d'égout et autres eaux résiduaires industrielles ou encore un sol très azoté ; on mélange à cette boue 5 une solution contenant des matières organiques , on y ajoute également du nitrate ou du nitrite et on maintient ladite boue à l'état anaérobie. Comme types de bactéries contenues dans l^f? boues dénitrifiantes ainsi préparées on peut citer des bactéries dénitrifiantes telles que Bacillus dénitrificans, 10 Bacterium dénitrificans, Pseudomonas dénitrlficans, Pseudomonas stutzfri, Spirillum, et analogues. Comme nitrate on peut utiliser du nitrate de sodium, du nitrate de potassium, du nitrate d'ammonium, et analogues. D'autres objets et avantages de l'invention seront 15 mieux compris à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe transver-20 sale d'un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un exemple de. l'appareil de traitement des eaux résiduaires qui consiste à mélanger des eaux résiduaires organiques avec de la boue dénitrifiante en opérant à l'intérieur d'un réservoir qui permet de mettre en 25 contact l'un avec l'autre ces deux éléments. Pour traiter des eaux résiduaires organiques, on envoie au préalable de la boue dénitrifiante dans ledit appareil, et on réalise ensuite le procédé de traitement des eaux résiduaires. On envoie dans le réacteur 1 de la boue activée 30 obtenue dans le traitement d'eauxd'égout ou de matières de vidange, air.si que des eaux résiduaires organiques ; on effectue leur mélange. La quantité de matières solides en suspension dans le mélange mixte (M S S M) à l'intérieur dudit réacteur doit être dans ces conditions de 1000 à 4000 ppm, et la DBV 5 35 ajoutée doit être plusieurs fois ladite 1VSSM. De plus, il est nécessaire d'ajouter audit mélange du nitrate ou du nitrite comme source d'alimentation d'oxygène dans la mesure où la quantité dudit nitrate ou nitrite à ajouter est supérieure 69 09062 2005041 à 0,5 kg exprime en oxygène par kg de DBO _ de ladite eau 5 résiduaire organique. On agite ensuite le mélange ainsi traité à l'aide de l'agitateur 2 et on laisse ainsi proliférer les bactéries dénitrifiantes pendant une semaine. La vitesse de 5 ladite agitation doit être de 2 à 5 tours/minute, ce qui est suffisant pour éviter la précipitation de la boue au fond du réacteur tout en accroissant le contact entre lalite eau résiduaire et la boue dénitrifiante. Une agitation intense constitue un inconvénient car elle entraîne la dissolution 10 de l'air dans ledit mélange ce qui gêne la respiration des bactéries. A la fin de l'opération ci-dessus, on alimente respectivement en continu les eaux résiduaires organiques par la conduite d'alimentation k et la solution de nitrate 15 ou de nitrite par la conduite d'alimentation d'agents chimiques 5.» et on les mélange . ensemble à la boue ainsi traitée; on maintient le mélange liquide à l'intérieur du réacteur dans un état d'anaérobie en opérant de la même manière que • pendant l'opération de prolifération dans la boue dénitri-20 . fiante; on décompose dans ces conditions les matières organiques contenues dans lesdites eaux résiduaires organiques en utilisant le phénomène de respiration des bactéries dénitri-fiantes (nitrate). On sépare le mélange liquide se trouvant dans le réacteur 1 en boue et en liquide surnageant dans la 25 chambre de précipitation 3, et l'on évacue ledit liquide surnageant par le tuyau de vidange 6, alors que la boue précipitée retourne dans le réacteur 1. On doit noter cependant que dans le cas où ladite chambre de précipitation 3 doit être installée indépendamment du réacteur 1, il est 30 nécessaire d'avoir une conduite de retour pour renvoyer la boue précipitée dans le réacteur 1. On règle l'alimentation d'eaux résiduaires dans le réacteur pour stabiliser la charge de DBO dans l'intervalle de 3-^kg/n^c i et la quantité de nitrate ou de nitrite à 35 utiliser est supérieure à 0,5 kg exprimé en oxygène par kg de DBO de l'eau résiduaire à traiter. Le réacteur de l'invention est conçu de manière à pouvoir décomposer par les bactéries dénitrifiantes les produits organiques en matières minérales 69 09062 5 2005041 à l'aide de l'oxygène du nitrate ou du nitrite et en même temps à pouvoir gazéifier l'azote nitrique ou l'azote nitreux qui se dégage à l'extérieur du système sous forme d'azote gazeux. 5 Quant aux valeurs de température et de pH du mélange liquide à l'intérieur du réacteur, on a avantage à maintenir la température dans l'intervalle de 20 à 30°C et le pH dans l'intervalle de 7 à 9 ; mais il n'est pas besoin de les régler spécialement. 10 Dans la mesure où le procédé de traitement de l'in vention ne nécessite pas de répartition d'air, il n'est pas besoin d'utiliser de soufflante ou de tuyaurerie de répartition d'air, et il suffit juste de mélanger le nitrate ou le nitrite à la boue et ensuite d'agiter. L'invention permet de perfection-15 ner le procédé de boue activée classique qui présente l'inconvient de propager des gaz ayant de mauvaises odeurs du fait de la répartition de l'air et de faire du bruit (bruit de soufflante). La boue dénitrifiante de l'invention est une boue anaérobie, et il faut non seulement qu'il ne se produise 20 jamais de prise en'Vnasse", mais que cette boue soit capable de maintenir des conditions normales convenant au traitement et que par conséquent il ne soit pas nécessaire de faire appel à une opération particulière. De même, par rapport au procédé de boue activée classique, on peut accroître la char-25 ge de DBO par capacité du réacteur (dans le procédé.classique cette charge de DBO est comprise entre 1 et 2 kg/m2„ j de DBO), et il est possible d'effectuer un traitement à grande vitesse avec un réacteur de capacité relativement faible. D'ailleurs,dans le cas où l'on utilise des eaux rési-30 duaires contenant des- ions nitrate ou nitrite au lieu d*ajouter du nitrate ou du nitrite dans le traitement précédent, il.devient possible d'effectuer un traitement simultané des eaux résiduaires organiques et des eaux résiduaires contenant du nitrate ou du nitrite. De plus, dans certaines installations 35 dans lesquelles les eaux résiduaires contiennent à-la fDis les matières organiques et les ions nitrate ou nitrite, il peut se présenter des cas dans lesquels le traitement des eaux résiduaires est possible sans utiliser de nitrate supplémentaire , 09062 2005041 Ensuite, comme procédé de traitement des eaux résiduaires organiques, on décrit ci-dessous le procédé consistant à préparer au préalable la couche de boue dénitrifiante à l'intérieur d'un réacteur spécifique et ensuite à laisser s'infiltrer des eaux résiduaires organiques contenant des ions nitrate et nitrite dans ladite couche de boue dénitrî-fiante du fond vers la partie supérieure. On a avantage à ce que le réacteur à utiliser dans le procédé de l'invention soit du type"tour cylindrique" mais on ne se limite pas à ce type de réacteur. Selon l'invention on charge d'abord le réacteur de type 'tour cylindrique"avec des produits de garnissage « tels que de la pierre broyée, du gravier, et on laisse ensuite la boue adhérer sur la surface dudit produit de garnissage de manière à former une couche de boue. On alimente ensuite de bas en haut les eaux résiduaires organiques contenant des ions nitrate ou nitrite à partir du fond dudit réacteur ; on utilise à cet effet une pompe ou un réservoir en charge, on met ainsi en contact ladite eau résiduaire avec la boue dénitrifiante fixée sur la matière de garnissage à l'intérieur de la tour de réaction, et on provoque la gazéification des ions nitrate et nitrite. On décompose simultanément le composé organique dans ladite eau résiduaire ; la boue nouvellement produite se fixe sur la matière de garnissage et la boue dénitrifiante adhère à cette dernière. L'eau traitée qui s'écoule de la partie supérieure du réacteur ne contient pas de boue dénitrifiante, et on peut l'évacuer telle quelle De plus, pour évacuer tout excès de boue adhérant à la matière de garnissage, on peut prévoir un orifice de sortie au milieu ou au fond du réacteur de manière à laisser évacuer automatiquement l'excès de boue du fait de la pression d'eau chaque fois que l'on suspend l'alimentation d'eau résiduaire et que ledit orifice de sortie est ouvert. Autre possibilité ; on peut charger le réacteur cylindrique avec de la boue à la place de la matière de garnissage^, telle quelle pour former une couche. Comme la bo e dénîtrifiante est relativement épaisse, on peut obtenir une couche stable de boue. Il s'agit du procédé de traitement 69 09062 7 2005041 de type à nappe de boue qui consiste à alimenter de l'ear résiduaire contenant des ions nitrate ou nitrite à partir du fond du réacteur à l'aide d'une pompe ou d'un réservoir en charge pour mettre ainsi en contact la boue avec l'eau 5 résiduaire et permettre de réduire les ions nitrate ou nitrite. Selon ce procédé, en raison du poids spécifique | important de la boue dénitrifiante, le courant ascendant a'eau résiduaire à vitesse fixe permet d'obtenir une couche de boue à l'intérieur du réacteur» Etant donné que des changements 10 considérables dans le débit de l'eau résiduaire peut perturber la couche de boue, il est nécessaire de laisser l'eau résiduaire s'écouler dans le réacteur à une vitesse convenable. En général, la boue activée dont le principal cons-15 tituant est la boue dénitrifiante, est relativement épaisse ; dans ces conditions, dans le cas où les eaux résiduaires sont entraînées vers le haut, la suspension de boue à l'intérieur de ladite eau à tendance à adhérer à la matière de garnissage, et il en résulte qu'il peut se former une couche 20 stable de boue. Au contraire, dans le cas où les eaux résiduaires sont entraînées■vers le bas, la boue est capable de se déccllar de la matière de garnissage, et il est difficile d'obtenir une couche stable de boue, et, par conséquent, ce procédé n'est pas intéressant. De même, dans le cas du 25 procédé de traitement du type à nappe de boue, le courant descendant d'eau résiduaire peut provoquer la formation de dépôt très dense de boue à la partie inférieure du réacteur et il exige d'appliquer une pression d'eau élevée pour accélérer le courant d'eau résiduaire et par conséquent 30 il ne convient pas. Dans le cas où l'on utilise des matières de garnissage, même si le poids spécifique de la boue dénitrifiante est relativement faible, on peut maintenir la couche de boue sous une forme stable par suite de l'adhérence de la boue 35 sur la matière de garnissage, et on n'élimine pas par lavage la boue même dans le cas où l'on accroît la vitesse d'eau \ résiduaire qui s'écoule dans le réacteur, ce qui assure ainsi une qualité uniforme de leau traitée. Dans le cas où 69 09062 8 2005041 l'on n'utilise pas de matière de garnissage , la zone effective, dans laquelle la boue dénitrifiante et l'eau résiduaire entre en conoact l'une avec l'autre, augmente du volume qu'occupe la matière s garnissage lorsqu'elle est utilisée, ce qui per-5 met d'utiliser efficacement la totalité du réacteur et d'accroître le rendement du traitement d'eau résiduaire. Selon l'invention, les ions nitrate ou nitrite con-1 tenus dans l'eau résiduaire permettent la respiration (nitrate) des bactéries dénitrifiantes qui se trouvent à 1'in-10 térieur de la boue activée ; on décompose ainsi les matières organiques à l'intérieur de ladite eau résiduaire, et on les élimine finalement sous forme d'azote gazeux, de NO gazeux et analogues. En d'autres termes , on gazéifie l'azote nitreux ou nitrique contenu dans 1 1 eau résiduaire, et on 1' éli-15 rn^ne pour neutraliser ainsi lalite eau résiduaire et en même temps on élimine les matières organiques De plus, selon l'invention, on peut effectuer le traitement d'eau résiduaire sans aération à l'intérieur d'un réservoir ou d'un réacteur ; on peut ainsi mettre en prati-20 que ce traitement en négligeant les conditions restrictives, telles que l'emplacement du bac de décantation, et en utilisant des procédés très simples ne nécessitant pas d'appareillage spécial ; et par conséquent, ce traitement est extrêmement économique. 25 Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemgle_l On part d'une eau résiduaire brute - contenant 7100 ppm 30 de DBOçy dont on a séparé les matières solides ; on envoie cette eau résiduaire dans un réacteur comme le montre la figure 1; en y ajoutant une solution de nitrate de sodium et la boue activée obtenue par traitement d'eaux dégoût, on "bonditionne" la boue dénitrifiante. On effectue le traitement en envoyant 35 successivement lalite eau résiduaire brute et la solution de nitrate de sodium. Après traitement à l'aide d'un procédé comprenant une période de rétention de 24 heures, 1* quantité de nitrate de sodium ajoutée est de 13 000 ppm, le MSSM est de 69 09062 9 2005041 3700 ppm, et la charge de DBO,_ est de 3,6 kg/m2, j, la DBO ae l'eau traitée est de 520 ppm. La plupart de la DBO de ladite eau traitée comprend des solides en suspension. on peut la séparer par un procédé de séparation centrifuge, 5 et l'on obtient une DBO résiduelle de 50 ppm. De plus, dans le cas où l'on effectue le traitement en utilisant 20 000 ppjjj-de nitrite de sodium au lieu de nitrate de sodium sans chajEtgev les autres conditions, on obtient une DBO résultante de 530 ppm. 10 Exemgle_2 Dans ce cas, on effectue le traitement en utilisant l'appareil de la figure 2 et à l'aide du procédé mettant en oeuvre une matière de garnissage. Le dessin représente respectivement la tour 1, l'orifice d'entrée 2 de l'eau résiduaire, 15 l'orifice de sortie 3 de l'eau traitée, le système de séparation de gaz 4, la matière de garnissage 5 qui remplit l'intérieur de la tour et la pompe 6 d'alimentation de l'eau résiduaire. L'appareil de traitement consiste en une tour cylindrique de 15 cm de diamètre et de 170 cm de haut qui est remplie de fragments 20 de pierre de 3 à 7 cm depuis le bas jusqu'en haut de la colonne; cet appareil a une capacité effective de 19,5 1 (avec un rapport volumétrique de 6l 7%). Quant à l'eau résiduaire à traiter, on opère de la façon suivante : on prépare une solution en dissolvant 1 g 25 de lait écrémé que l'on trouve dans le commerce dans 1 litre d'eau du robinet, et on ajoute au mélange ainsi obtenu 2 g de nitrate de sodium. Au début on énvoie à la partie supérieure de la tour 1 à l'aide d'une pompe de la boue activée (de la boue 30 recyclée obtenue dans l'installation d'épuration et résultant du procédé de boue activée pour le traitement des effluents surnageants provenait du digesteur en anaérobfe traitant les matières de vidange); on fait ainsi adhérer la boue à la surface de la matière de garnissage 5, et l'on envoie ensuite en 35 continu l'eau résiduaire dans la tour par la conduite 2 après l'avoir fait passer dans l'échangeur de chaleur 7 ; on utilise à cet effet la pompe 6 dont le débit est de 57 litres/jour. On utilise le nitrate de sodium contenu dans l'eau résiduaire 69 09062 10. 2005041 comme source d'oxygène pour les bactéries dénitriliantes, et par conséquent, le nitrate de sodium utilisé est réduit en gaz qui se dégage vers le haut à travers les ouvertures ménagées dans la matière de garnissage conjointement avec l'eau 5 résiduaire pour gagner la cuve de séparation gaz liquide 4 par l'intermédiaire de la conduite 3 ; on effectue ainsi la séparation du gaz et de l'eau traitée. Dans ce cas le D0O de l'eau résiduaire utilisée est en moyenne ue 1200 ppm et celle du nitrate de sodium est 10 en moyenne de 1500 ppm. Le tableau I donne les résultats de l'analyse à savoir le DCO de l'eau traitée et l'azote nitrique sont respectivement de 210 et de 40 ppm, et le taux d'élimination de DCO est de 83# environ. L'eau traitée ainsi obtenue contient 75 ppm de matières 15 solides en suspension et elle est relativement claire. TABLEAU I Matière analysée PH DCO SS Azote nitrique DBO eau résiduaire 7* 1200ppm Oppm 250ppm 1020 ppm eau traitée 7,9 210ppm 75ppni 40ppm 100 ppm 25 Exemgle_3 Dans ce cas, on effectue le traitement selon le procédé du type à nappe de boue. On utilise la même tour que dans l'exemple 2, mais à la place de la matière de garnissage» on introduit dans la tour 13 litres de boue activée intacte. 30 La qualité de l'eau résiduaire et la quantité de cette eau utilisée sont les mêmes que dans l'exemple 2. L'alimentation de bas en haut de l'eau résiduaire fait gonfler la boue de 20$ environ de son volume à l'état stationnaire, mais la nappe de boue résultante est stable. Le gaz produit par la ■•■é-35 duction des ions nitrate a une tra.iectoire ascendante linéaire et s'infiltre dans la nappe de boue pour s'en échapper finalement. La moitié supérieure de la tour est conçue de manière à permettre une précipitation naturelle des matières solides en 69 09062 ii 2005041 suspension après passage à travers la nappe de boue, mais au cours de la période de traitement dans cet exemple on n'observe pas de quantité de boue suffisamment grande pour effectuer une décantation naturelle. r Le tableau suivant II donne les résultats analytiques du traitement. On doit noter que la DCO de l'eau traitée résultante est de 96,4 ppm et la DBO de 17*0 t>pm; et par conséquent, l'eau obtenue est limpide. Il y a 60,0;- 8,3 ppm de matières solides en suspension (SS) ; cette valeur est stable. TABLEAU_II Matière analysée PH DCO • SS Azote nitrique DBO eau résiduaire 7,2 1200ppm Oppm 250ppm 1020ppm eau traitée 7,9 96,4ppm 60ppm l4ppm 17,Oppm 69 09062 2005041 5JLY_?_O_I_Ç_A_T_I_0_N_S 1°- Procédé de traitement d'eau résiduaire orga-,nique, caractérisé en ce que l'on met en contact avec l'eau 5 résiduaire organique de la boue activée comprenant principalement des bactéries dénitrifiantes, en présence d'au moins ' l'un des ions nitrate ou nitrite et l'on maintient ladite solution mixte à l'état anaérobie»ce qui permet ainsi de décomposer les matières organiques contenues dans.ladite 10 eau résiduaire organique. 2°- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mélange l'eau résiduaire organique à du nitrate,et on la met en contact avec de la boue activée. 3°- Procédé selon la revendication 1, dans lequel 15 on mélange l'eau résiduaire organique à de l'eau résiduaire contenant du nitrate ou du nitrite et pn la met en contact avec de la boue activée. 4°- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met en contact avec de la boue activée de l'eau résiduaire 20 organique contenant initialement des ions nitrate (nitrite). 5°- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on maintient le pH de ladite solution à 7-9, ce qui permet de traiter ainsi l'eau résiduaire organique. 6°- Procédé tel que spécifié dans les revendications 25 1,2, 3 et 4, dans lequel on réalise le contact entre la boue activée et l'eau résiduaire organique en mélangeant dans un réservoir de l'eau résiduaire organique à de la boue activée. 7°- Procédé tel que spécifié dans les revendications 1, 2^ 3 et 4, dans lequel on réalise le contact entre la boue 30 activée et l'eau résiduaire organique en faisant passer l'eau • résiduaire organique à travers une couche de boue activée formée à l'intérieur du réacteur, ce passage s'effectuant de la partie inférieure à la partie supérieure de ladite couche. 8°- Procédé selon la revendication 7, dans lequel 35 la couche de boue activée consiste en une matière de garnissage dont la surface est enduite de boue activée. 9°- Procédé selon la revendication 7, dans lequel - la couche de boue activée consiste en une nappe de boue.