Brevet FR2077786A1 — publié le 19711105

La présente invention est relative à un procédé continu de traitement d'eaux chargées de matières organiques, en vue de les épurer au moyen de boues activées en aérobiose. les problèmes d'épuration des. eaux résiduaires sont infini mer!t variés, aussi les procédés utilisés à cet effet sont-ils très breux et souvent fort différents les uns des autres ; parmi ceux-ci #iurent ceux qui utilisent les boues activées, c'est-à-dire ceux dans lesquels on développe des colonies microbiennes par fermentation aérobie, ces colonies formant des boues que l'on peut, après décantation, recycler en tout ou en partie ; ces procédés sont souvent conduits de manière qu'une partie de la colonie soit maintenue en couche sur laquelle ruisselle le liquide ; dans d'autres cas, on s'attache à maintenir dans le liquide qui fermente, des suspensions d'agglomérats de microorganismes et de matières organiques appelées "flocs". La présente invention trouve son application dans le traitement des eaux résiduaires des industries agricoles et alimentaires, cette mention n'étant pas limitative. Elle a pour objet un procédé permettant de rendre plus actives et plus rapides les opérations d'épuration des eaux résiduaires en les soumettant dans un fermenteur approprié à une aération et à une agitation beaucoup plus intenses que dans les procédés de boues activées actuellement connus, et, notamment, en maintenant en suspension les microorganismes épurateurs qui, ainsi, sont plus efficaces, et en supprimant, au cours du travail d'épuration, tout dépôt ou toute agglomération même faible de boues activées et, en particulier, toute apparition de "floc" qui, dans les procédés courants, sont recherchés comme avantageux. A cet effet, le procédé suivant la présente invention de traitement des eaux chargées de matières organiques en vue de les épurer au moyen de boues activées soumises à une fermentation aérobie, est caractérisé en ce que le jus à épurer est introduit en continu dans un fermenteur avec un débit constant, que l'on introduit, en continu cu ton, les ingrédients organiques et minéraux qui seraient nécessaires pour améliorer les métabolismes des divers microorganismes, que l'on souffle en continu de l'air dans ce fermenteur, en quantité suffisante, de préférence comprise entre 0,2 et 2 m3/mn/par m3 de liquide non expansé pour maintenir dans tout le liquide une homogénéité pratique solides, des liquides et des gaz, dispersant en particulier au imum les microorganismes, que cette aération est déterminée pour les conditions de circulation et reste constante lorsque la composition du milieu vient à changer, que l'on maintient dans le fermenteur des conditions de milieu constantes, particulièrement la température, que l'on transforme dans le fermenteur le volume de liquide en un volume constant de liquide expansé par l'aération, que l'on élève le taux de la teneur en matières organiques vivantes par un apport de matières organiques semblables jusqu'à un taux choisi que l'on maintient constant, et enfin que l'on soutire du fermenteur le liquide, plus ou moins chargé de matières organiques telles que les boues activées, selon un débit theoriquement constant, de façon à maintenir constante la masse en travail dans le fermenteur. Par ce procédé, les microorganismes sont dispersés le plus complètement possible dans toute la masse, ainsi que l'oxygène et les autres gaz ; l'aération est donc particulièrement intense, ce qui permet de diminuer le temps des contacts nécessaires ; malgré les inévitables irrégularités de l'écologie du système, il est possible de maintenir un développement constant et suffisamment régulier des souches en travail en réglant, automatiquement ou non, les paramètres dont on dispose, pour maintenir un travail continu et permanent, dans un milieu pratiquement homogène, dans lequel l'oxygène dissous reste partout à un taux suffisant pour obtenir une destruction continue, régulière et rapide de la plus grande partie des impuretés. Parmi les paramètres que l'on doit régler, automatiquement ou non, figure principalement, avec les débris d'alimentation, aération comprise, et les poids de liquide en travail, le poids de la bio-masse. Celle-ci peut être maintenue dans le fermenteur à un taux de concentration convenable, d'abord par le maintien des conditions biochimiques, mais aussi par l'addition, dont le taux peut être choisi et réglé, automatiquement ou non, de boues activées séparées du liquide de soutirage ; cette séparation peut être effectuée par tous moyens connus, tels que la décantation naturelle, la centrifugation, la filtration, ces moyens n'étant mentionnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Une des caractéristiques de la présente invention réside en ce que l'on peut maintenir un taux de concentration beaucoup plus élevé que celui qui résulterait du développement naturel des colonies microbiennes dans un temps donné ; il a été trouvé en effet, qu'en augmentant progressivement le taux de reprise des boues par recyclage, la teneur en boues activées de la masse en travail dans le fermenteur tend vers un maximum, lequel est fonction des conditions de travail dans le fermenteur, en particulier la composition des eaux à épurer, les conditions de milieu, les taux d'aération et de circulation. A partir de ce maximum, l'auto-consommation partielle des boues permet d'augmenter le taux de l'épuration et sa rapidité, ce qui aboutit aux meilleurs rendements de l'installation et réduit considérablement le volume des boues résiduaires à évacuer. Le fermenteur utilisé peut, de préférence, être choisi de façon que le liquide à épurer reste soumis, et grâce à des surfaces directrices, à une circulation permanente, régulière, dirigée convenablement, accélérée ou non par un dispositif mécanique, circulation au cours de laquelle les cycles des métabolismes restent aussi constants que possible, et telle que le liquide se maintienne, gråce à l'aération constante, à un taux d'expansion élevé et constitue une masse divisée ayant des surfaces d'échange considérables et pratiquement permanentes. Un exemple de réalisation de l'invention est donné ci-dessous à titre purement indicatif et nullement limitatif, concernant le trai talent des eaux boueuses de sucrerie de betteraves en référence à la figure unique du dessin annexé qui montre un schéma d'installation. Ces eaux sont débourbées au préalable dans un bassin l de décantation et "dégrillées". Elles sont ensuite envoyées par une pompe 2 à débit ccnstant dans un fermenteur 3 de type connu, à circulation dirigée, après passage dans un échangeur de température 4, cet échangeur étant réglé automatiquement pour maintenir la température que l'on a choisie pour la fermentation des eaux à épurer. Un compresseur 5 insuffle de l'air dans le fermenteur 3, dans l'axe d'un cylindre 6, et y maintient une circulation constante d'eaux résiduaires expansées par l'aération. Le jus aéré, chargé de boues, est soutiré en continu dans un décanteur 7, le soutirage étant réglé automatiquement par un organe 8 qui maintient constant le poids de liquide en travail dans le fermenteur. Les boues décantées dans le décanteur 7 sont recyclées en partie dans le fermenteur 3, par la pcmpe 9, l'excédent pouvant être rejeté par la tuyauterie 10. Une sortie 13, avec une vanne d'arrêt, permet de purger, en continu ou en discontinu, des excédents de boues minérales. le jus épuré et clarifié sort par 11 et peut être encore avantageusement clarifié à nouveau en 12, l'effluent concentré étant recyclé. Dans une installation semi-industrielle dont le fermenteur a une hauteur de 8m, et un diamètre de i ,60m, on a traité de 200 à 800 litres/heure d'eaux boueuses de sucrerie. le tableau ci-après montre jusqu'à quels résultats on peut arriver. D.C.O. des eaux Concentration D.C.O. des eaux Epuration Taux d'é- à épure# en boues acti- épurées2 en D2C.O. puration en mg O /l vées en gr. en mg O /l kg O /h mat.sèches/l 5.740 16,8 190 0,91 97 6.780 27,1 110 1,33 97 9.600 21,6 340 1,65 86 La fermentation a démarré avec 3 g/l de boues activées et est montée à 27 g/l. La température était maintenue à 200C ; le taux d'aération était de 0,55 m3/min/par m3 de liquide non expansé. On peut éventuellement épurer un peu moins les eaux résiduaires par le procédé suivant la présente invention, qui entraîne une certaine dépense de force motrice, et dans ce but diminuer le temps de travail, donc les frais, et laisser à un appareillage complémentaire le soin de parachever l'épuration par un procédé connu. Par exemple, on pourrait arrêter l'épuration par le système suivant la présente invention à un chiffre en DCO ou DBO de l'ordre de 500 à 1000, en laissant à une sorte de finisseur le soin d'atteindre un taux compris entre 50 et 100, l'obtention de ce dernier résultat au mcyen de la présente invention pouvant, dans les cas envisagés, être moins rentable. On conçoit que le procédé d'-épuration suivant la présente invention permette une grande rapidité d'épuration pour un faible volume de matériel ; ses dispositifs de fonctionnement peuvent être entièrement automatisés et on obtient un taux d'épuration très élevé avec diminution très sensible du volume des boues activées résiduaires. Un autre avantage du procédé selon l'invention est que l'on peut facilement et sans aucun inconvénient l'intercaler dans un autre circuit de traitement d'eaux résiduaires en vue d'en améliorer le fonctionnement. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer le cas d'usines ayant besoin de rentrer en fabrication leurs eaux polluées. On voit que l'insertion du procédé selon l'invention dans le circuit d'utilisation des eaux permettra, gracie à une épuration des eaux recyclées, de simplifier et de rendre plus econosique l'ensemble du circuit de réutilisation des eaux que l'on recycle. Cet exemple se réfère en particulier à l'épuration des eaux boueuses de sucrerie, lesquelles peuvent être ainsi immédiatement recyclées sans stockage. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de traitement d'eaux chargées de matières organiques en vue de les épurer au moyen de boues activitées en aérobiose caractérisé en ce que l'on introduit les eaux à épurer en continu $;i un fermenteur avec un débit constant, que l'on souffle de 3.?air en continu dans ce fermenteur, de manière à maintenu. dans tout le lloui- de une homogénéité pratique des solides, des liquides et des gaz et a assurer au maximum la dispersion des microorganismes, que l'on maintient dans le fermenteur des conditions de milieu constantes, particulièrement la température, que l'insufflation d'air transforme le liquide contenu dans le fermenteur en un volume constant de liquide expansé ne variant pas avec les variations de composition du liquide, que l'on élève la teneur or matières organiques vivantes par un apport de matières organiques semblables jusqu à ta taux choisi que Iton maintient constant, et que l'on soutire en continu du ferzetlteur le liquide lus ou moins chargé de matières organiques telles que les boues activées de façon à maintenir constante la masse en travail dans le fermenteur 2~- Procédé procrD suivant la revendication enractêrisé en ce que les boss activitées issues de la fermentation sont séparées, en to taluté ou en partie, du liquide et sont recyclées, en totalité ou en partie,dans le fermenteur où elles sont mélangées au liquide en travail. .- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en se que les boues activées sont séparées par simple décantation et sont ensuite totalement ou partiellement réintroduites dans le fermenteur. 4.- Procédé suivant les revendications 2 ou 3, caractérisé on ce que les boues sortant du fermenteur sont soumises à deux opérations successives de séparation et recyclées, en tout ou en partie, dans le fermenteur avant que le jus épuré et clarifié soit évacué. 50- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième séparation de boues est plus poussée grâce à des procédés de séparation utilisant des moyens mécaniques. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que l'on élève dans la masse en fermentation la teneur en matières organiques vivantes au maximum compatible avec les conditions de travail dans le fermenteur, en particulier la composition des eaux à épurer, les conditions de milieu, les taux d'aération et de circulation, ledit maximum étant obtenu par recyclage de tout ou partie des boues activées récupérées dans les séparations ultérieures. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de liquide est soumise dans un fermenteur à une aération comprise entre 0,2 et 2 m3/mn par m3 de liquide non expansé, que l'on maintient dans ce fermenteur, par tout moyen connu, un circuit permanent et régulier, se refermant sur lui-même, de toute la masse en travail, la vitesse de circulation étant suffisante pour que toutes les parties solides, liquides ou gazeuses ne se séparent pas par gravité aussitôt l'excès de gaz expulsé et qu'au cours du circuit ce taux d'expansion reste sensiblement constant en poids. 8.- Procédé suivant les revendications l ou 7, caractérisé en ce que la circulation dans iW ou les fermenteurs travaillant en aérobiose est assurée principalement par l'insufflation de l'air, accélérée ou non par un dispositif mécanique, et que les différentes phases de la circulation sont canalisées dans le fermenteur par des surfaces, en vue de limiter les mélanges. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on dirige la multiplication des microorganismes, monocellulaires ou non, en ajoutant les ingrédients nécessaires pour favoriser et pour maintenir au degré voulu tous les paramètres de la fermentation, de façon que le milieu soit aussi voisin que possible de celui qui assure le meilleur développement des microorganismes en travail. 10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisé en ce que tout le système est réglé automatiquement, évitant pratiquement toute intervention manuelle. 11.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications .1 à 10, caractérisé en ce que pour l'épuration des eaux polluées issues d'une sucrerie, on souffle de l'air à raison de 0,5 à 0,6 m3/mn par 3 m de liquide non expansé, que l'on maintient la concentration des boues activées dans le fermenteur entre 25 et 50 g/l en sec, et la température dans la cuve entre 15 et 250C. 12.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on arrête l'opération avant qu'el le ne soit parachevée, par exemple lorsqu'elle atteint un chiffre en DBO ou DCO de l'ordre de 500 à 1 000 et qu'on la termine éventuellement par tout autre moyen. 13. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu 111 est inséré dans un circuit de réutilisation#d'oaux résiduaires, permettant ainsi de traiter tout ou partie de ces eaux résiduaires pour en abaisser la teneur en matières organiques. 14.- Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le circuit de réutilisation est celui des eaux boueuses de sucrerie.