Brevet FR2358362A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne ltépuration biologique des eaux d'égouts. L'epuration hiologique des eaux d'égouts est actuellement effectuée presque exclusivement au moyen des boues actives. L'épuration à l'aide de ce système est longue et onéreuse. Les eaux usées d'une autre nature et en particulier les eaux industrielles ont pu être épurées dans certains cas de façon plus ou moins satisfaisante par percolation en conditions aérobies à travers un lit de charbon actif, dont les pores avaient été pourvus, de façon appropriée, de colonies de bactéries permettant le métabolisme ou la dégradation des impuretés contenues dans 1 t eau à épurer. Ce procédé est basé de façon fondamentale sur l'adsorption des impuretés au moyen du charbon actif et sur la dégradation successive des impuretés adsorbées. Selon le brevet britannique 1.296.233, il serait possible d'obtenir de cette façon des réductions du COD de plus de 90 %, avec des débits de lteau usée correspondant à 30D litres/heure/dm2, ctest-à-dir à une vitesse linéaire apparente de 3D mètres/heure à travers le lit. Cependant, en appliquant le procédé ci-dessus aux eaux d'égouts urbaines, il n'a pas été possible jusqu'à présent d'obtenir dss résultats acceptables, même en utilisant trois ou plus de trois lits (colonnes) d'épuration en série.Une certaine amélioration a été obtenue en utilisant des lits constitués par un mélange de granules de charbon actif et de boues actives et en introduisant de façon continue un courant de boues actives dans le courant dteau usée à épurer; avec cette procédure, cependant, l'installation globale d'épuration devient substantiellement plus complexe, puisqu'il est nécessaire de prévoir un dispositif important de décantation pour la récupération des boues de lteffluent, sans compter les dispositifs permettant la régénération et le recyclage de ces dernières. I1 est bon de noter que dans les procédés connus, l'air d'oxygénation est injecté sous le lit de charbon, ou bien, de façon alternative, l'eau usée est aérée immédiatement avant son passage à travers le lit. La présente invention fournit un procédé pour ltépuration biologique des eaux d'égouts par percolation à travers un lit submergé et fixe de charbon actif en conditions aérobies, qui permet d'obtenir un degré d'épuration (exprimé en tant que réductions du COD et du B0D) incomparablement supérieur à ceux qui étaient obtenus jusqu'à présent.Ce procédé est caractérisé de la manière suivante : (a) la dimension des grains du charbon actif est de 1,5 à 8mm; (b) l'air d'oxygénation est injecté dans le lit de charbon à un niveau intermédiaire, de façon à oxygéner directement uniquement la masse de charbon se trouvant au-dessus de ce niveau intermédiaire; (c) la vitesse linéaire de l'eau à travers le lit (c'est-3-dire le rapport du débit en m3/heure par la section du lit en m2) ne dépasse pas 2 m/heure; (d) le temps de contact de Liteau avec la masse de charbon située au-dessus du niveau intermédiaire est d'au moins 3D minutes;; (e) le niveau intermédiaire est choisi de façon à ce que, dans les conditions indiquées, une couche de la masse de charbon située au-dessous dudit niveau intermédiaire et partant du fond de cette dernière soit substentiellement dépourvue de colonies actives de bactéries. Si on le désire, d'autres quantités d'air peuvent être introduites dans le lit de charbon à un ou plusieurs points situés audessus dudit niveau iintermédiaire. L'expression "temps de contact, comme employée dans la présente description, indique le rapport entre la moitié du volume de la masse de charbon située au-dessus du niveau intermédiaire et le débit horaire de l'eau à épurer. En fait, on peut estimer avec une excellente approximation que le volume occupé par l'eau dans ladite masse est substantiellement égal à la moitié du volume de la masse elle-même. Comme on peut le déduire facilement de la définition indiquée ci-dessus, le procédé de 11invention fait abstraction complète de l'activité adsorbante du ch-arbon actif. Les pores du charbon sont importants dans la mesure où ils fournissent de larges surfaces pour la formation de colonies de bactéries, dont la densité est maximale au-dessus du niveau intermédiaire mentionné auparavant.Avec la gra nulométrie et la vitesse linéaire indiquées, les colonies de bactéries forment une sorte de tissu connectif entre les différents grains ou particules de charbon; ce tissu contribue de fanon substantielle à l'Epuration et des vitesses linéaires supérieures à 2m/heure nuiraient de façon sensible à son existence et à son efficacité. Ce tissu connectif sert en outre 3 retenir les particules qui sont dispersées dans l'eau à épurer et qui autrement, échapperaient b l'ac- tion des bactéries. La formation des colonies de bactéries ne présente pas de difficultés. Avec une charge fraîche de charbon actif, il suffit de faire circuler l'eau à épurer (en cycle fermé ou ouvert) à travers le lit, en injectant simultanément de l'air, jusqu'a ce que -lteffluent soit substantiellement clair, c'est-G-dire dépourvu de turbidité colloldale; cette phase préliminaire de queLques heures, au maximum 12 heures. Dans la masse de charbon actif située au-dessous du niveau d'injEotion de l'air, la population bactérielle est réduite pro- sressivement, en direction du bas, avec un grauient relativement élevé, en partie à cause de l'absence d'élements nutritifs dans le flux d'eau desoendan4, et en partie à cause du manque d'oxygène dissous dans ledit flux.La masse de charbon située au-dessous du dit niveau intermédiaire fonctionne donc comme une sorte de colonne d'épurement et en meme temps comme filtre. En particulier, les colonies de bactéries entrantes vers le bas hors de 13 masse située en dessus, sous forme de flocons ou de micro-ficcons, sont retenues par la masse située en-dessous et minéralisées par ltoxyg~ne diffus entraîné par l'eau. Après environ une semaine de fonctionnement, le lit de charbon doit être nettoyé. Pour cela, il suffit de le laver à l'aide d'un courant ascendant d'eau épurée, de préférence à l'aide d'un courant ayant une intensité telle (vitesse linéaire de 30 m/heure ou plus3 que tout le lit puisse être remélangé. On élimine de cette façon toutes les bourbes, qui sont désormais pratiquement complètement minéralisées et sans effet, et on reforme ensuite les colonies de bactéries de la fanon qui a été décrite. De préférence, la granulométrie du charbon est de 3 à 5 mm. En outre, de préférence, la vitesse linéaire de percolation est de 0,5 à 1 m/heure et le temps de contact est de 40 à 70 minutes. Le procédé de l'invention peut être effectué de façon avantageuse à l'aide d'un lit de charbon dont la partie située au-dessus du niveau d'injection a une hauteur allant de 1 m à 1,5 m et dont la partie située au-dessous dudit niveau a une hauteur d'au moins 10 cm, et de préférence 15-2D cm (des hauteurs supérieures à 20 cm, oien que possibles, ne donneraient aucune amélioration). En termes pratiques, pour épurer 1 m3/heure dteau d'égouts, il faut 1-1,5 m3 de charbon actif, ce qui permet de réduire le COD de plus de 90 % et le BOD de plus de 95 %. Dans les dessins annexés : la Figure 1 représente en section verticale un appreil pour la mise en oeuvre du procédé, et la Figure 2 reprÉsente une section transversale de la fisure 1, suivant la ligne II-II. En 10, est indiqué un récipient cylindrique vertical d'une hauteur de 1,9 m et d'un diamètre interne de 0,6 m, ouvert vers le haut et se terminant vers le bas par un fond conique 10A. A l'inté- rieur, entre le fond et la partie cylindrique du récipient, est interposée une plaque perforée 12, qui soutient un lit fixe 13 formé par 370 litres de charbon actif ayant une granulométrie de 3,3 à 4,7 mm (6 à 4 mesh). A un niveau A, situé à une hauteur h = 20 cm par rapport à la plaque 12, pénètre diamétralement dans le récipient un tube 14 d'adduction d'air, sur lequel s'embranchent en direction horizontale une pluralité de tubes perforés 16. Le tube 14 est relié au moyen du conduit 13 à un compresseur 20. Les tubes perforés 16 sont immergés dans le lit 13. La masse M de charbon située au-dessus du niveau A à une hauteur H d'environ 1,1 m et un volume d'environ 0,310 m3, le volume de la masse M1 située au-dessous du niveau A étant d'environ 0,060 m3.Dans la partie supérieure du récipient 10 débouche un tube 24 d'alimentation de l'eau usée, dont le débit est contrôlé par une vanne 26 de façon à ce que, en cours de fonctionnement, l'eau usée submerge le lit 13 d'une hauteur h' d'environ 4D cm. Le récipient 10 est muni au-dessus du niveau de l'eau d'une ouverture 23 pour le trop-plein. Du fond du récipient sort un tube 30 qui se subdivise en trois embranchements 32, 34, 36 contrôlés respectivement par les vannes 33, 40, 42. L'embranchement 36 débouche dans le tube 24 en un point situé entre la vanne 26 et le récipient, et la communication entre ces deux tubes est contrôlée au moyen d'une vanne 44 interpo- sée dans le'tube 36. Entre les vannes 44 et 42 est interposée sur le tube 36 une pompe de circulation P, à débit variable et de préférence réversible.Immédiatement au-dessus de la plaque perforée 12, le récipient 10 est muni d'une ouverture latérale, fermée hermétiquement au moyen d'un couvercle 46, à travers laquelle peut être déchargée (si on le désire) la masse de charbon. Avec l'appareil illustré ci-dessus, fraîchement rempli de charbon actif, le procédé de l'invention se déroule comme suit : Les vannes 38 et 40 sont fermées, le récipient 10 est rempli d'eau usée à l'-aide du conduit 24, la vanne 26 est fermée et la pompe P est mise en route en régulant son débit de façon à faire passer dans le lit 13, un courant descendant (flèche F) d'eau usée H une vitesse inférieure à 2 m/heure et de préférence inférieure à 1 m/heure.Le compresseur 20 est mis en marche et sa puissance est régulée de façon à ce que des petites bulles d'air apparaissent à la surface du liquide dans le récipient, sans altérer la compacité du lit de charbon. Ces conditions sont maintenues jusqu'à ce que l'eau recyclée soit substantiellement dépourvue de turbidité collol- dale. Le lit 13 est alors biologiquement actif. En conséquence, la pompe P est arrêtée, les vannes 42 et 44 sont fermées et les vannes 40 et 26 sont ouvertes à nouveau, le débit de ces dernisres état régulé de façon G établir dans le récipient un débit d'eau usée d'environ 0,250 m /heure. Etant donné que la section transversele du récipient est de G,282 m, alors que la moitié du volume de la masse M de charbon actif est de 0,155 m3 environ, la vitesse linéaire de percolation est donc de 0,9 m/heure et le temps de contact est d'en- viron 37 minutes.L'eau épurÉe est déchargée en continu au moyen du tube 34. L'effet dépuratif typique peut être résumé au moyen de la table suivante : Eau usée Eau épurée RévKuction COD (mg/l) 330 26 92% BOD (mg/l) 220 7 97% NH3 (mg/l) 40 12 70% Nitrites (mgJl) G,6 D,06 9G; Turbidité (SiO2 mg/l) 70 5 93; Produits en suspension (cône Imhoff) 3 cc nOn détectables Lorsque après une certaine période de fonctionnement la perte de charge à travers le lit devient importante, atteignant par exemplE 70 cm de colonne d'eau, on effectue une régénération. Pour cela, on ferme la vanne d'alimentation 26 et la vanne de décharge 40, on augmente pendant quelques minutes le débit d'air du compresseur 20 et on arrête le compresseur. Ensuite, la vanne 38 étant ouverte, on envoie dans le conduit 32 un courant ascendant d'eau épurée, à un débit tel (par exemple 10 m3/heure) que le lit 13 soit fluidisé. De cette façon, les boues sont déchargées au moyen du courant d'eau qui s'écoule à travers le trop-plein 28 dans un canal d'écoulement (non illustré). De préférence, une fois effectuée une première élimination des boues de cette façon, on ferme la vanne 3E, on ouvre à nouveau les vannes de circulation 42 et 44 et on remet en marche la pompe P dans le sens inverse (flèche F') et au débit maximum, de façon à maintenir le lit 13 "en ébullition" pendant une dizaine de minutes, et on effectue ensuite un rinçage final en ouvrant à nouveau la vanne 38 et en déchargeant la turbidité b travers le trop-plein 28. Le lit 13 est alors réactivé par circulation d'eau usée en cycle fermé ou ouvert, de la façon qui a déjà été décrite auparavan~t. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour ltépuration biologique des eaux d'égouts par percolation a travers un lit submergé et fixe de charbon actif en conditions aérobies, caractérisé en ce que : (a) la granulométrie du lit de charbon actif est de 1,5 à S mm; (b) l'air d'oxygénation est injecté dans le lit de charbon actif à un niveau intermédiaire, de façon à oxygéner directement uniquement la masse de charbon située au-dessus dudit niveau intermédiai- re; (c) la vitesse linéaire de l'eau à travers le lit ne dépasse pas 2 m/heure; (d) le temps de contact de l'eau avec la masse de charbon située au-dessus du niveau intermédiaire est d'au moins 30 minutes;; (e) le niveau intermédiaire est choisi de façon à ce que, sous les conditions indiquées, une couche de la masse de charbon située au-dessous dudit niveau intermédiaire et partant òu fond de cette dite masse soit substantiellement dépourvue de colonies actives de bactéries. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la granulométrie du charbon est de 3 à 5 mm. 3.- Frocédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la vitesse linéaire est de 0,5 à 1 m/heure et le temps de contact de 40 à 70 minutes. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le lit épuisé est régénéré par lavage au moyen d'un courant ascendant d'eau épurée. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant ascendant a une intensité telle que le lit soit remélangé. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le lavage à l'aide d'eau épurée est suivi par une percolation de l'eau à épurer à travers le lit, en cycle fermé ou ouvert, jusqu'à ce que l'effluent sortant du lit soit substantiellement dépourvu de turbidité.