Brevet FR2163762A1 — publié le 19730727

La présente invention concerne un procédé pour le traitement d'eaux résiduaires contenant des matières décomposables par voie biologique en les aérant avec des gaz contenant de l'oxygène et qui ne contiennent prati quement pas de dioxyde de carbone en présence de matières # activité biolo- gique. On connait de nombreux composés dans lesquels on décompose des matières décomposables par voie biologique contenues dans des eaux résiduaires industrielles ou domestiques, en utilisant des matières à action biologique par aération avec des gaz contenant de l'oxygène. Le gaz utilisé pour l'aération dans ces procédés est, soit de l'air, soit de l'air enrichi en oxygène (voir par exemple tehrbuch und Handbuch der Abwassertechnick, volume 2, publié par Verlag W. Ernst u. Sohn, Berlin-Nunich 1969, pages 348-436). On sait également que dans la purification biologique de ces eaux résiduaires, comme c'est le cas avec toutes les activités bactériennes, la vitesse du processus de décomposition augmente avec la quantité d'oxygène fournie à la matière à activité biologique, si bien qu'il est très important d'apporter suffisamment d'oxygène à l'intérieur de la matière bactérienne. Pour que cette condition soit remplie, il est nécessaire que des quantités relativement importantes d'oxygène dissous soient présentes. Dans les procédés précédemment proposés pour la purification des eaux résiduaires avec de l'oxygène pur ou de l'air enrichi en oxygène, on a tenté d'obtenir l'utilisation optimale de l'oxygène, en disposant une série de stades à boue activée sous forme d'une cascade. Ces procédés reposent sur le principe cjrtune boue à activité biologique pratiquement épuisée est ajoutée au milieu nitritif (eau résiduaire) de façon à adsorber les substances organiques contenues, puis les décomposer par voie biologique à une vitesse dépendant de l'alimentation en oxygène et les éliminer partiellement par processus respiratoire. La matière activité biologique du dernier stade est suffisamment régénérée pour constituer une boue très active qu'on peut réutiliser dans le premier stade. Dans ce procédé, le gaz utilisé pour aération est conduit successivement dans les stades séparés. Sa teneur en oxygène est donc considérablement réduite, tandis que sa teneur en dioxyde de carbone stélève progressivement de stade en stade paF suite du dioxyde de carbone produit dans les processus de décomposition. Ce n'est qu'après le dernier stade que le gaz, fortement enrichi en dioxyde de carbone, est dégagé dans l'atmosphère. Cependant, le dioxyde de carbone formé dans le processus inhibe considé rablement la décomposition, tout d'abord parce qu'il diminue la solubilité de l'oxygène dans l'eau (en fonction des pressions partielles) et ensuite, parce qu'il inhibe l'activité métabolique des bactéries. La demanderesse a découvert un procédé selon lequel on traite une eau résiduaire contenant une matière décomposable par voie biologique avec des matières à activité biologique et des gaz contenant de l'oxygène, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on sépare le gaz contenant de l'oxygène utilisé pour l'aération de la matière à activité biologique après aération et qu'on le débarrasse au moins partiellement du dioxyde de carbone et des autres produits de la respiration et qu'on le réutilise pour l'aération. Selon le procédé de l'invention, le gaz qui traverse le stade d'aération et contient essentiellement du dioxyde de carbone comme produit de respiration en plus de l'oxygène non utilisé, est conduit dans un appareil où le dioxyde de carbone est éliminé du gaz. On peut ensuite réutiliser le gaz obtenu pour l'aération, s'il est nécessaire, après remplacement de l'oxygène utilisé par addition d'oxygène frais. On peut en principe appliquer le procédé de l'invention à tout procédé de purification d'eaux résiduaires, utilisant des matières à activité biologique. Le procédé s'applique particulièrement aux procédés d'aération où les gaz d'aération ont une teneur élevée en oxygène (voir par exemple les demandes DOS n0 2.032.189, n0 2.032.440, n0 2.032.480, n0 2.032.528 et n0 2.032.535 déposées en République Fédérale d'Allemagne). On peut éliminer le dioxyde de carbone des gaz contenant de l'oxygène, soit par adsorption, soit par absorption. On peut citer comme exemples de procédés d'absorption : l'absorption par des amines telles que la méthanolamine ou l'éthanolamine; l'absorption avec des solutions aqueuses de carbonate telles que des solutions de carbonate de sodium ou de carbonate de potassium ou des solutions ammoniacales. Des procédés d'absorption de ce type sont décrits dans "Absorptionsprozesse dans der Chem. Technik" de W.M. Ràmm, publié par VEB-Verlag Technik, pages 309-329, seconde édition. On peut également éliminer le dioxyde de carbone par adsorption, par exemple en utilisant des masses de zéolite. On peut régénérer les zéolites, soit par chauffage, soit par variation de la pression. Des procédés d'adsorption de ce type sont décrits par exemple dans les demandes DAS n0 1.217.349 et no 1.259.844 déposées en République Fédérale d'Allemagne et dans "bander, Bleche, Rohre", 10, pages 5 à 10 (1969). Comme le procédé de l'invention s'applique à tous les procédés habituels de la technologie du traitement des eaux résiduaires utilisant des gaz contenant de l'oxygène et des matières à activité biologique, il n'est pas nécessaire, comme dans les procédés antérieurs, de respecter les conditions particulières concernant la nature de la boue, la température et la pression, le pH ou les durées de contact, et le nombre de stades de la purification biologique n'a pas de limite stricte, bien qu'on préfère conduire le procédé dans des installations n'utilisant qu'un petit nombre de stades car l'efficacité de l'utilisation de l'oxygène dans le procédé de l'invention est alors encore plus importante. On peut conduire l'aération sous pression atmosphérique ou sous pression élevée, en utilisant l'un quelconque des procédés classiques d'aération en surface ou d'aération par air comprimé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant à la figure unique annexée qui illustre un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention. Sur cette figure, les références représentent 1) un stade de traitement par boue activée, 2) une cuve de reclarification, 3) un dispositif d'élimination du dioxyde de carbone, 4) l'entrée d'oxygène, 5) l'entrée d'eau résiduaire, 6) l'évacuation du gaz d'aération enrichi en dioxyde de carbone, 7) le retour du gaz d'aération débarrassé du dioxyde de carbone, 8) l'entrée de la boue recyclée, 9) la sortie de la boue recyclée de la cuve de reclarification, 10) l'évacuation de l'excès de boue activée, 11) l'évacuation de l'eau résiduaire purifiée. On introduit l'eau résiduaire en 5 dans la cuve 1 qui contient la matière biologique activée (boue activée). La cuve est suffisamment grande pour permettre à l'eau résiduaire d'y séjourner pendant une durée suffisante pour que la décomposition des impuretés qu'elle contient par la matière à activité biologique soit pratiquement complète. On consomme ainsi une partie de l'oxygène injecté dans la cuve. Dans le processus biologique, une partie de la teneur en matière organique de l'eau résiduaire est oxydée en dioxyde de carbone. On pompe le dioxyde de carbone avec l'oxygène inutilisé dans l'espace gazeux surmontant la cuve fermée à boue activée, et on l'introduit dans un dispositif 3 d'absorption ou d'adsorption et on pompe l'oxygène débarrassé du dioxyde de carbone pour le renvoyer dans la cuve à boue activée.On remplace alors l'oxygène consommé par addition de la quantité nécessaire d'oxygène frais. EXEMPLE On traite les eaux d'égout d'une installation chimique dans une installation de purification à deux stades (durée de séjour dans le premier stade : 6 h et dans le second stade :3 h). En plus d'alcools, cétones et hydrocarbures chlorés et aromatiques, ces eaux résiduaires contiennent des substances de procédés de fabrications pharmaceutiques qui sont très difficiles à décomposer. Dans la première expérience, on aère l'eau résiduaire avec un gaz contenant 99,5 volumes % d'oxygène. Dans la seconde expérience, le gaz d'aération contient 50 volumes % d'oxygène et 50 volumes % de dioxyde de carbone. On utilise pour l'aération dans les deux expériences, la même quantité d'oxygène par unité de temps#. La quantité de boue activée est de 7,5 g en matière sèche par litre dans le premier stade et de 5,0 g de matière sèche par litre dans le second stade pour les deux expériences. Expérience 1 Teneur en oxygène du gaz d'aération :99,5 volumes %. ler stade 2e stade Décomposition % DB05 (entrée) 1 700 mg/l 223 mg/l 86,5 (stade 1) DBO (sortie) 223 mg/l 35 mg/l 98,0 (stades1+2) DCO (entrée) 3 100 mg/l 790 mg/l 74,0 (stade 1) DCO (sortie 790 mg/l 350 mg/l 89,0 (stades 1+2) Charge volumique (DBO5kg/m3.jour) 6,8 1,75 Charge de boue (OB05 kg par kg de matière sèche de la boue.jour) 0,9 0,35 02 dissous 7,0 mg/l 9,0 mg/l Expérience 2 Teneur en oxygène du gaz d'aération : 50 volumes 70 Teneur en C02 du gaz d'aération : 50 volumes %. ler stade 2e stade Décomposition % DB05 (entrée) 1 700 mg/l 533 mg/l 69 (stade 1) DB05 (sortie) 533 mg/l 235 mg/l 86 (stades 1+2) DCO (entrée) 3 200 mg/l 1 200 mg/l 61 (stade 1) DCO (sortie) 1 200 mg/l 730 mg/l 76 (stades 1+2) Charge volumique (DBO5kg/m3.jour) 6,8 4,26 Charge de boue (DB05 kg par kg de matière sèche de la boue.jour) 0,9 0,85 O, dissous 3,0 mg/l 5,0 mg/l Les valeurs de la DB05 (demande biologique en oxygène pour 5 jours) et de la DCO (demande chimique en oxygène) sont déterminées selon les procédés décrits dans "Deutsche Einheitsverfahren zur Wasseruntersuchung" publié par Verlag Chemie, Weinheim/Bergstrasse, 3e édition, chapitres H4 et H5. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Procédé de traitement d'eaux résiduaires contenant des matières décomposables par voie biologique où on mélange l'eau résiduaire avec une matière à activité biologique et on fait passer de l'oxygène à travers le mélange, caractérisé en ce qu'on recueille le gaz quittant le mélange, on élimine au moins une partie du dioxyde de carbone de ce mélange et on recycle le gaz appauvri en dioxyde de carbone pour le faire passer à travers le mélange.