Brevet FR2183605A1 — publié le 19731221

La présente invention concerne un procédé de traitement des eaux usées brutes ou traitées, destiné à libérer un effluent pratiquement dépourvu de phosphore et renvoyé dans les réserves naturelles d'eaux. Dans un dispositif classique aux boues activées utilisé actuellement, les eaux usées sont soumises au filtrage habituel et/une sédimentation préliminaire, puis mélangées avec des boues activées recyclées d'un réservoir de sédimentation, de manière à former une liqueur mélangée soumise à une aération. Au cours de cette opération, les organismes présents provoquent la décomposition aérobie des solides et assurent un retrait important de la demande biologique en oxygène. Les phosphates, qui sont présents dans les détergents et dans les matières organiques de déchets, échappent au traitement classique des eaux usées et sont libérés avec effluent dans les réserves naturelles d'eaux, c'est-à-dire les lacs, les rivières et les fleuves. Ces phosphates assurent une fertilisation ou une eutrophication trop importante des eaux, si bien qu'il se forme des touffes d'algues peu agréables à la vue, posant de sérieux problèmes de pollution. On sait que l'aération de la liqueur mélangée dans un traitement des eaux usées aux boues activées provoque initialement le prélèvement de phosphates par les micro-organismes. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 236 766 décrit un procédé mettant en oeuvre ce phénomène pour l'élimination des phosphates des eaux usées. Selon ce procédé, le pH des eaux brutes est réglé le cas échéant de manière qu'il soit compris entre environ 6,2 et 8,5, puis les eaux sont mélangées avec des boues activées de manière à former une liqueur mélangée qui est aérée de manière que la teneur en oxygène dissous soit au moins égale à 0,3 mg/l dans la liqueur, une boue enrichie en phosphatesktant séparée de la liqueur qui libère ainsi un effluent pratiquement dépourvu de phosphates. boue enrichie en phosphatesFst traitée de manière que sa teneur en phosphateslsoit réduite avant le recyclage et le mélange avec les eaux usées non traitées. Cette opération peut être réalisée par maintien des boues activées enrichies en phoSphateqtll condition anaérobie pendant plusieurs heures ou à un pH inférieur à 6,5 pendant 10 a 20 minutes. Les conditions anaérobies et le pH acide assurent le passage de quantités considérables de phosphates intracellulaires de la boue à la phase liquide. On a proposé plusieurs autres procédés pour réduire la teneur en phosphates boues activées enrichies en phosphate, après l'aération,au cours dsun procédé de traitement des eaux usées aux boues-activées. Ainsi, les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 385 785 et 3 390 077 décrivent le réglage du pH de boues activées enrichies en phosphates entre environ 3,5 et 6,0, et l'agitation des boues au contact d'une solution aqueuse à faible teneur en phosphate pendant le temps suffisant pour que la matière phosphatée soluble dans 11 eau soit transférée de la boue à la phase aqueuse. Cette dernière est séparéjde la boue épuisée et celle-ci est recyclée de manière à former la liqueur mélangée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 522 171 décrit un procédé de traitement de boues destiné à la réduction de la teneur en phosphates,avant le recyclage dans la zone d'aération du dispositif de traitement des eaux usées aux boues activées. Le procédé comprend une acidification initiale dlun premier concentré de boues, formé dans un séparateur, puis la séparation d'un second concentré. Ce dernier est dilué par une solution aqueuse à faible teneur en phosphates et un troisième concentré est séparé, et il constitue le concentré de micro-organismes à teneur réduite en phosphates destiné à être recyclé. On a suggéré de combiner un traitement de précipitation chimique de phosphateslavec le retrait biologique des phosphates dans un procédé de traitement d'eaux usées. Ainsi, le g revets des Etats-Unis d'Amérique no 3 409 545 et 3 386 911 décrivent des procédés selon lesquels les eaux usées brutes sont d'abord traitées à la chaux qui précipite une partie des phosphates. L'effluent est alors mélangé aux boues activées et aéré de manière que les micro-organismes consomment par métabolisme les phosphates. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 480 144 décrit l'addition d'une matière destinée à faire précipiter directement les phosphates dans la zone d'aération, au cours d'un procédé de traitement d'eaux usées aux boues activées. Comme la matière présente dans le réservoir aération a un très grand volume et comme la teneur en phosphates est relativement faible, il faut utiliser un excès de matière de précipitation, correspondant à peu près au double par exemple de la quantité stoechiométrique. L'invention concerne un procédé de réduction de la teneur en phosphate et de réduction importante de la demande biologique en oxygène, mis en oeuvre lors d'un traitement des eaux usées aux boues activées. Ce procédé peut être mis en oeuvre dans des appareillages classiques de traitement d'eaux usées. Plus précisément, il concerne une amélioration des caractéristiques de sédimentation de la boue et un accroissement du rendement de la réduction de la demande biologique en oxygène et des solides en suspension. Plus précisément, ltinvention concerne le mélange des eaux usées introduites avec des boues activées, sous forme d'une liqueur mélangée. Celle-ci passe vers une zone d'aération où elle est aérée, si bien que sa demande biologiquelen oxygène est réduite, les micro-organismes présents consommant les phosphates. Une boue enrichie en phosphates est séparée de la liqueur et donne un effluent pratiquement dépourvu de phosphates.Les boues enrichies passent dans une zone dssex- traction des phosphates et elle est traitée de manière que les micro-organismes de la boue libèrent lesephosphates dans la phase liquide. On ajoute aux boues une matière qui précipite les phosphates solubles dans l'eau. La boue contenant les particules de phosphates précipitéiest recyclée de manière à etre mélangée avec les eaux usées introduites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est un diagramme synoptique illustrant le procédé de retrait de phosphate de l'invention. Sur la figure, un courant 1 d'eaux usées brutes pénè- tre dans les ensembles classiques de tamisage et de retrait de sable, et est éventuellement soumis à une sédimentation primaire dans un réservoir 2, d'où des boues primaires sont retirées par la canalisation 3. Les eaux sont ensuite mélangées avec un mélange de boues activées recyclées et de phosphates pi'e'cipite',comme décrit dans la suite du présent mémoire, de manière à former une liqueur mélangée qui passe par la canalisation 4 vers le réservoir 5 d'aération.Dans celui-ci, la liqueur est aérée à un taux suffisant pour qu'elle reste en condition aérobie, c'est-'a-dire qu'il existe une quantité mesurable dXoxyèène présent dans la liqueur, dans au moins une partie du réservoir d'aération pendant une période comprise entre 1 et 8 heures. Au cou#rs de l'aération, les bactéries présentes prélèvent fs phosphates et consomment les matières organiques des eaux u#sées. Les particules de phosphates précipitées qui sont ajoutées dans le réservoir avec les boues recyclées présentent une grande surface spécifique qui fixe les micro-organismes et les matières nutritives nécessaires à l'entretien et à la croissance des micro-organismes, et accroît le prélèvement des phosphates par les micro-organismes. On obtient ainsi au cours de l'aération une réduction importante de la demande biologique en oxygène. Après aération, la liqueur passe dans un second réservoir 6 de sédimentation. Dans celui-ci, un mélange de boues enrichies en phosphateit de particules de précipité de phosphates se dépose, et se sépare ainsi de la liqueur. La présence de phosphates précipités est supérieur à celui de sédimentation des boues, car le poids spécifique du mélange de boues et de phosphatesprécipitésest supérieur à celui de la boue seule. Cette dernière comprend une partie notable du phosphates présents dans les eaux usées. L'effluent pratiquement dépourvu de phosphate est évacué de manière à etre jeté de manière classique par la canalisation 7. Le mélange de boues enrichies en phosphates et de particules de précipité de phosphates est retiré du réservoir 6 par une canalisation 8. Une partie du mélange, par exemple 5 # environ, peut être jetée, le reste passant dans un dispositif 9 dsex-traction de phosphate. Dans celui-ci, le mélange de la boue et des particules est traité de manière que les microorganismes des boues libèrent les phosphates.Ce traitement peut être réalisé par maintien du mélange en conditions anaérobies, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 236 766, par aération du mélange, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 654 146, ou par réglage convenable du pH, ctest-à-dire réglage à une valeur inférieure à 6,5 et maintien à cette valeur pendant 10 minutes au moins. Ce traitement provoque la libération des phosphates, prélevés dans le réservoir 5, par les organismes des boues. Les phosphates passent de la boue à la phase liquide. Une matière de précipitation des phosphates, par exemple un sel d'aluminium ou de fer ou une base, par exemple de la chaux, est ajoutée depuis la réserve 10 dans l'extracteur 9 en quantité suffisante pour la précipitation des phosphates solubles des boues. La matière de précipitation peut être introduite dans l'extracteur 9 soit avec les boues soit séparément. Dans une variante, cette matière peut etre ajoutée à la boue dans un réservoir séparé après ltopération d'extraction. Du fait du volume relativement faible de boues comparé à celui de la liqueur mélangée dans le réservoir d'aération, il faut une quantité de matière de précipitation qui est bien inférieure à celle qu'il faudrait ajouter dans le réservoir d'aération. Le mélange des boues activées et des particules préci des pitées /phosphates est retiré de l'extracteur 9 et il circule dans la canalisation 11 de manière à être mélangé avec les eaux brutes qui pénètrent dans le réservoir 5. Selon l'invention, les phosphates insolubles précipités sont retenus avec les boues activées et éventuellement retirés du dispositif sous forme d'une boue enrichie en phosphates. Cette opération est réalisée par les procédés classiques de traitement, et ne nécessite pas un appareillage supplémentaire. De plus, puisqu'un réservoir d'épaississement et de sédimentation dont on retire un liquide qui surnage et qui nécessite une commande particulière n'est pas nécessaire, l'appa- reillage existant dans une installation de traitement des eaux usées est utilisable. De plus, lorsqu'on sépare un liquide surnageant enrichi en phosphates des boues, et que le liquide est ensuite traité avec une matière de précipitation des Ùlosphates,iuie partie des PhosphatessolubleSreste dans les boues activées. Selon lin- vention, pratiquement la totalité des phosphates solubles est retirée des boues, et non pas uniquement la partie qui peut être décantée. De cette manière, le rendement du procédé est accru et l'aération nécessaire pour que les micro-organismes du réservoir 5 prélèvent les phosphates est réduite. Exemple qu'on décrit maintenant concerne un mode de réalisation particulier de l'invention. Le pH d'eaux usées brutes est réglé à 7 ou 8 et les eaux circulent dans les ensembles classiques de tamisage et de retrait de sable. Les eaux brutes (3800 m3/j > contenant 100 ppm de matières solides, sont mélangées avec des boues activées recyclées (720 m3/j) contenant 500 ppm de précipité de phosphates.La liqueur mélangée pénètre dans une zone aération dans laquelle circulent 37 litres d'air par litre d'eau usée pendant 6 heures. La liqueur effluente de la zone d'aération pénètre dans un réservoir de sédimentation secondaire. Le liquide clarifié pratiquement dépourvu de phosphates est évacué après chloration à raison de 3800 m31j. Le mélange sédimenté de boues et de particules de phosphatesprécipitées est retiré du réservoir de sédimentation secondaire à raison de 760 m3/j. Une partie (38 m3/j) est jetée et le reste passe dans l'extracteur daphosphatesen conditions anaérobies, et y reste pendant plusieurs heures. Les conditions qui règnent dans l'extracteur assurent le passage de quantités considérables de phosphates#ntracellulaires dans la phase liquide. On ajoute la quantité stoechiométrique d'alun nécessaire à la précipitation des phosphates solubles dans les boues, et on recycle le mélange de boues et dc-phosphates précipité qui est mélangé aux eaux usées brutes. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'a titre exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement aux boues activées des eaux usées, caractérisé en ce qu'on mélange les eaux usées avec des boues activées contenant des particules précipitées de phosphates,de manière à former une liqueur mélangée, on fait circuler celle-ci vers une zone d'aération où elle est aérée de manière que sa demande biologique en oxygène soit réduite et que les micro-organismes présents prélèvent les phosphates, on sépare les boues enrichies en phosphatesde la liqueur de manière à former un effluent pratiquement dépourvu de phosphates,on fait circuler les boues enrichies vers une zone d'extraction des phosphates et on les traite de manière que les micro-organismes des boues libèrent des phosphates à la phase liquide, on ajoute aux boues une matière destinée à faire précipiter les phosphates solubles dans l'eau, et on recycle ces boues qui contiennent des particules précipitées de phosphates de manière à les mélanger avec les eaux usées à traiter. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boues enrichies en phosphates qui sont séparées de la liqueur sont maintenues dans des conditions anaérobies de manière que les micro-organismes des boues libèrent des phosphates dans la phase liquide. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liqueur est aérée de 1 à 8 heures. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière de précipitation des phosphates est introduite dans les boues en quantité à peu près stoechiométrique, correspondant à la précipitation des phosphates solubles dans l'eau.