Brevet FR2364184A1 — publié le 19780407

L'invention concerne un procédé de purification d'eaux usées ayant une teneur élevée en substances organiques par un procédé microbiologique combiné anaérobie et aérobie. Les eaux usées ayant une teneur élevée en impuretés organiques, c'est-à-dire, en règle générale les eaux dont la D B O est supérieure à 3 kg par m3 sont surtout traitées par des procédés anaérobies, suivis, le cas échéant, d'une postpurification aérobie. Les procédés anaérobies les plus connus, sont la fermentation acide, la fermentation sulfurée ou la fermentation méthanique ou une combinaison de ces divers procédés. Ces procédés sont en une ou deux étapes. Les procédés de purification connus possèdent toute une série d'inconvénients. Par exemple, dans le procédé de putréfaction classique en une seule étape et dans un seul récipient, 11 effet de purification est, en particulier, gêné par les produits réactionnels se formant dans la fermentation anaérobie. Le produit principal de la réaction de la fermentation acide, notamment du composant saccharidique du substrat, donne lieu à la formation d'acides organiques qui abaissent le pH et conduisent à une limitation ou à un arrêt complet de la fermentation méthanique. On connu un procédé dans lequel la fermentation acide et la fermentation méthanique se déroulent séparément aussi bien dans le temps que dans l'espace. Cependant, dans ce procédé, il est nécessaire de neutraliser les acides organiques avant la fermentation méthanique.On neutralise habituellement à l'aide de chaux ou d'un autre alcali, Mais l'addition de la chaux nta pas un effet favorable sur le processus de fermentation proprement dit. En outre, avec l'utilisation de chaux, il se forme plus de boues dont on doit ensuite disposer de façon la plus rentable possible. La chaux occasionne aussi des difficultés lors de la purification aérobie des eaux usées à laquelle on procède ensuite, un précipité de sels de chaux se séparant alors. L'inconvénient de la fermentation sulfurée est l'instabilité du processus. En effet, pour maintenir son bon déroulement, il est nécessaire d'injecter en continu une culture de microorganismes spécialement cultivés.Il faut, en outre, résoudre le proBlème de la combustion des gaz d'échappement contenant de l'hydrogène sulfuré, qui en bruyant donne de l'anhydride sulfureux qui pollue 1' environnement et entratne de la corrosion. Dans les installations très importantes, on pourrait envisager de récupérer le soufre, mais ceci ne s'est pas encore avéré rentable. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients et de créer un procédé de purification des eaux usées ayant une teneur élevée en matières organiques qui soit à la fois économique et simple à mettre en oeuvre. A cet effet, l'invention concerne un procédé de purification d'eaux usées ayant une teneur élevée en matières organiques par l# association d'un processus anaérobie et d'un processus aérobie, caractérisé en ce que lion agit sur les eaux usées dans la première étape anaérobie avec une culture microbienne se formant spontanément à une température de 20 à 500C en milieu acide et avec un temps de séjour spécifique de 0,1 à 0,8 d.kg#1.m3 de la D C O à éliminer, ce qui transforme les substances organiques initialement présentes en un mélange d'acides organiques qui sont métabolisés par la culture microbienne formée spontanément dans la première étape aérobie avec un temps de séjour spécifique de 0,03 d.kg#1.m3 de la D C O à éliminer et ensuite, dans une deuxième étape anaérobie, on soumet le mélange provenant de la première étape aérobie à une fermentation méthanique d'une durée de 6 à 15 jours à l'aide de la culture anaérobie de microorganismes formée spontanément et on procède encor le cas échéant, à une postpurification dans une deuxième étape aérobie conçue par exemple comme le processus d'activation connu en soi. Selon une autre caractéristique de l'invention, on recycle la masse biologique en excès provenant de la deuxième étape aérobie dans la première et/ou dans la deuxième étape anaérobie. Dans le processus aérobie extrêmement intensif, intercalé entre l'étape de fermentation acide et l'étape de fermentation alcaline, les acides organiques sont éliminés physiologiquement par la culture de microorganismes croissant spontanément avant l'entrée dans la fermentation alcaline et l'on évite ainsi d'avoir à régler le pH avant la deuxième étape anaérobie. Dans la première étape aérobie, il se produit une transformation des acides organiques et, le cas échéant, aussi des autres matières organiques dissoutes dans la masse biologique. Il en résulte une diminution sensible de la teneur en matières organiques dissoutes et aussi, une diminution partielle de la D C O de l'ensemble du mélange à cause de l'action de l'oxydation biochimique en cours. La deuxième étape anaérobie de la fermentation méthanique est effectuée après cette première étape.Pour la fermentation méthanique anaérobis, le temps de séjour dans les différentes étapes en relation avec la cinétique du procédé est donné par ce que l'on appelle le temps de séjour spécifique TS/d.kg-1 . m3/ qui dépend principalement de la nature de la purification, de la nature et de l'activité physiologique de la culture de microorganismes utilisée et de la température de la réaction.Le volume réactionnel nécessaire est alors donné par l'équation suivante t V=T .S.Q s dans laquelle : Y est le volume réactionnel en m T8 est le temps de séjour spécifique - d.kgl m3 5 est la concentration en impuretés - kg.m 3 Q est le débit d'eau - m3 . d 1 Le temps de séjour dans la fermentation méthanique anaérobie est indiqué en jours (d). L'invention sera mieux comprise à l'aide de exemple non limitatif suivant : EAPEB On fait passer des eaux usées concentrées chargées de matières organiques dans une première étape anaérobie où la fermentation acide a lieu à une température de 20 à 500C et avec un temps de séjour spécifique ES égal à 0,1 à 1,8 d.kg#1.m3 de la D C O à éliminer. Le mélange provenant de la première étape anaérobie est amené dans la première étape aérobie que l'on réalise le plus souvent sous forme de chemostat ou de turbidistat. Sinon, on fait passer dans la première étape aérobie la boue activée-en excès provenant de la deuxième étape aérobie. L'oxygène nécessaire pour l'entretien du milieu aérobie est introduit sous forme d'air ou sous forme pure. Le temps de séjour spécifique dans la première étape aérobie Ts est égal à environ 0,03 à 0,3 d.kg 3.m) de la D C O à éliminer. Dans la première étape aérobie, il se produit une élimination physiologique rapide des acides organiques et aussi, en partie, des autres substances organiques dissoutes avec transformation en masse biologique et en produits d'oxydation correspondants, c'est-à-dire en dioxyde de carbone et en eau. On parvient ainsi à ,un abaissement de la DCO et de l'acidité. Par suite, il n'est plus nécessaire de neutraliser le mélange avant son entrée dans l'étape anaérobie suivante; qui, d'une part, simplifie le fonctionnement et, d'autre part, économise la chaux. On évite aussi la formation d'incrustations et l'on peut se dispenser de manipuler la boue de chaux. On fait passer le mélange ge provenant de la première étape aérobie dans la deuxième étape aérobie qui est menée comme une fermentation méthanique alcaline à une température de 20 à 500C et avec un temps de séjour de 6 à 15 jours. Pour obtenir une purification complète des eaux usées, on les fait passer dans la deuxième étape aérobie qui se déroule comme une activation classique avec recirculation de la boue activée. La boue activée en excès peut être introduite avant la première étape aérobie, ce qui permet d'obtenir un relèvement de la concentration de la masse biologique dans cette étape et donc un effet de purification plus important pour le m#me temps de séjour. Chacune des quatre étapes indiquées ci-dessus peut se dérouler dans un ou plusieurs récipients0 Le procédé suivant l'invention garantit; une bonne stabilité de fonctionnement et une bonne efficacité de la purification. Par exemple, lors de la purification d'eaux usées provenant de la fabrication de l'acide citrique ayant une concentration en impuretés organiques de 20 kg.m#3 de DBO et 20 kg.m 3 de DCO, on parvient à abaisser la D B O à moins de 0,1 kg.m3 et la D C O à moins de 2 kg. m . Les déchets de ce procédé sont constitués d'une boue fermentée utilisable comme engrais. Suivant les conditions, on peut même utiliser la boue provenant de l'étape aérobie comme aliment pour le bétail. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple deréalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICÂT IONS 1.- Procédé de purification d'eaux usées ayant une teneur élevée en matières organiques par l'association d'un processus anaérobie et d'un processus aérobie, caractérisé en ce que l'on agit sur les eaux usées dans la première étape anaérobie avec une culture microbienne se formant spontanément à une température de 20 à 500C en milieu acide et avec un temps de séjour spécifique de 0,1 à 0,8 d0kg#1.m3 de la DCO à éliminer, ce qui transforme les substan- ces organiques initialement présentes en un mélange d'acides organiques qui sont métabolisés par la culture microbienne formée spontanément dans la première étape aérobie avec un temps de séjour spécifique de 0,03 d,kgl,m3 de la D C O à éliminer et ensuite, dans une deuxième étape anaérobie, on soumet le mélange provenant de la première étape aérobie à une fermentation méthanique d'une durée de 6 à 15 jours à l'aide de la culture anaérobie de microorganismes formée spontanément et on procède encore, le cas échéant, à une postpurification dans une deuxième étape aérobie conçue par exemple comme le processus d'activation connu en soi. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recycle la masse biologique en excès provenant de la deu zième étape aérobie dans la première et/ou dans la deuxième étape anaérobie.