Brevet FR2414025A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un procédé de traitement de l'eau destinée à la consommation publique et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce traitement ; elle concerne plus particulièrement un procédé de destruction et d'élimination des composés ammoniacaux au moyen de bactéries nitrifiantes en présence d'oxygène. Selon l'invention, il est possible d'augmenter l'efficacité d'un tel traitement en l'effectuant en vase clos sous une pression d'oxygène supérieure à la pression partielle de celui-ci dans l'air atmosphérique. Le dispositif selon l'invention permettant de mettre en oeuvre le procédé comprend une enceinte de traitement close et a) d'une part des moyens permettant de faire circuler l'eau sous pression Ces moyens peuvent être composés par une disposi tion judicieuse de l'entrez et de la sortie de l'enceinte de traitement de telle sorte que l'eau puisse circuler sous pression par simple gravi tation à partir d'un réservoir. Ces moyens peuvent être aussi composés par une pompe ou tout autre dispositif équivalent. b) d'autre part, des moyens pour introduire le gaz contenant l'oxygène sous une pression telle que la pression partielle d'oxygène soit supérieure à celle de l'air atmosphérique, Ces moyens peuvent être notamment composés par un compresseur d'air atmosphérique. Cette circulation de l'eau sous pression en vase clos permet non seulement de maintenir une pression partielle d'oxygène supérieure à ce qu'elle serait autrement (par exemple supérieure à ce qu'elle serait dans le cas d'une circulation à l'air libre en présence de l'air atmosphérique), elle permet encore selon toutes combinaisons possibles - d'une part d'augmenter la vitesse de circulation de l'eau et ce faisant, de réduire le diamètre de l'enceinte de traitement, ce qui a pour effet de diminuer le prix et l'encombrement - et, d'autre part, d'accroître la hauteur de la cellule de traitement et ce faisant d'accroître son efficacité qui est liée également à l'épaisseur de la couche de matériau-support sur lequel prolifère la colonie bactérienne. Le fait de traiter l'eau en vase clos présente un autre avantage ; il tient au fait qu'il n'y a aucune sortie de phase gazeuse et en particulier aucune sortie de gaz carbonique ; dans ces conditions, l'équilibre calcocarbonique de l'eau à traiter ne change pratiquement pas ; on élimine ainsi les risques d'entartrage par précipitation. Par contre, dans les installations de traitement à la pression atmosphérique où l'air traverse l'eau pour finalement revenir à l'atmosphère, en réalise inévitablement un balayage au cours duquel une partie du gaz carbonique présent dans l'eau est éliminée. On va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif une variante de réalisation de l'invention en se référant aux figures qui représentent Figure 1 : une vue en perspective d'une installation de traitement. Figure 2 : un graphique représentatif de l'efficacité du traitement en fonction de la hauteur de la cellule de traitement (l'épaisseur de la couche). Figure 3 : un graphique représentatif de l'efficacité du traitement en fonction de la pression effective. Sur la figure 1 a été représentée une cellule de traitement (cellule d'oxydation) cylindrique verticale ayant environ 40 cm de diamètre et 4,50 m de hauteur ; cette cellule de traitement contient comme support matériel des bactéries nitrifiantes, un produit inerte (chimiquement, physiquement, biologiquement), mais présentant par sa nature même une grande porosité et une forte dimension interfaciale de manière que les bactéries puissent s'y développer ; un matériau tel que le pouzzolane convient ; la hauteur de la couche du matériau support est d'environ 4 m. L'eau brute à traiter est introduite à la base de la cellule de traitement par une canalisation 2 au moyen d'une pompe 3 ; l'eau traitée sort de la cellule 1 à sa partie supérieure par une canalisation 4. Un compresseur d'air 5 associé à une cuve d'air comprimé 6 permet d'alimenter au moyen d'une canalisation 7 la cel lule de traitement 1 en air comprimé. L'air comprimé pénètre dans la cellule par sa partie inférieure à proximité de l'entrée d'eau, sous une pression effective de préférence comprise entre 0,4 bar et 3 bar légèrement supérieure à celle de l'eau ; un dispositif répartiteur (non représenté) permet d'injecter l'air comprimé sous forme d'un grand nombre de petites bulles ayant une surface de contact propice à l'amélioration de la dissolution de l'air dans l'eau. Cet air, plus exactement l'oxygène qu'il contient, est nécessaire à la vie et à la prolifération des bactéries nitrifiantes qui transforment les composes ammoniacaux en nitrites puis en nitrates. De préférence un ciel gazeux 8 est ménagé à la partie supérieure de la cellule de traitement ; la présence de ce ciel gazeux assure que la quantité d'air comprimé introduite atteint une valeur déterminée et simplifie ce faisant les régulations ou les mesures à effectuer sur les différents débits de fluides entrant dans l'appareil. A la sortie supérieure de la cellule de traitement 1 est prévue une soupape de sécurité 9. Un dispositif 10 d'injection d'une solution nourricière dans l'eau brute à traiter au moyen d'une canalisation 11 est également prévue ; il n'y a pas lieu de prévoir d'autre injection lorsque l'eau à traiter contient par elle-même suffisamment d'éléments pour la prolifération bactérienne. L'installation comprend des vannes, des débimètres et des manomètres permettant de surveiller et de contrôler son fonctionnement (ces organes connus en eux-mêmes n'ont pas été représentés). Selon les variantes de réalisation, les dimensions (le diamètre, la hauteur) de la cellule de traitement d'oxydation et le débit d'air injecté, peuvent varier notamment en fonction du débit d'eau à traiter ; on verra ci-après à titre indicatif de quelle manière. L'eau issue de la cellule de traitement 1, à sa partie supérieure, en-dessous de l'éventuel ciel gazeux, et introduite dans un filtre à anthracite 12 dans lequel se poursuit la réaction de nitrification et sur lequel se dépose le dioxyde de manganèse insoluble ; le dioxyde de manganèse se forme par une réaction chimique d'oxygenation sous pression gracie à ce traitement sous- pression, il n'est donc pas indispensable d'inJecter un oxydant ; l'installation pourra cependant comporter par sécurité un poste d'injection de permanganate de potassium. Dans le cas de la variante de réalisation représentée, le filtre à anthracite 12 vertical cylindrique comporte deux entrées 4a, 4b respectivement situées à la partie inférieure et à la partie supérieure et une sortie 13d située à la partie médiane. Le filtre à anthracite 12 se colmate progressivement par suite du dépôt de dioxyde de manganèse ; des circuits annexes de lavage sont prévus à cet effet (ils n'ont pas été représentés sur la figure 1). L'eau issue de la sortie 13a du filtre à anthracite 12 est amenée par une canalisation 14 vers un filtre à charbon actif 15 également vertical et cylindrique ; Dans ce filtre s 'achève éventuellement la réaction biologique de nitrification ; le charbon actif a également pour rôle d'éliminer les agents responsables de mauvais gouts ou d'odeurs. Dans le cas de la variante représentée, l'eau pénètre dans ce dernier filtre 15 par sa partie supérieure et est évacuée par sa partie inférieure. Sur les graphiques représentés sur les figures 2 et 3, on a indiqué quelques courbes représentatives de l'efficacité du traitement en vase clos sous pression. La figure 2 montre les variations du rendement d'oxygénation en pourcent en fonction de la hauteur en mètres de la couche de pouzzolane supportant les bactéries nitrifiantes Par rendement d'oxygénation en pourcent, on entend le rapport: OU CNHd représente la concentration d'ammoniaque éliminée dans l'eau (par exemple en mg/l), ÈO#f la concentration finale d'oxygène dans l'eau traitée (par exemple en mg/l), 527i la concentration initiale d'oxygène dans l'eau brute à traiter (par exemple en mg/l), QE le débit d'eau (par exemple en I/h), le ledébit d'air (par exemple en l/h), la masse volumique de l'air introduit sous pression (par exemple en mg/l). Autrement dit encore, le rendement d'oxygénation est égal au rapport quantité d'oxygène consommé par la nitrification plus la quantité d'oxygène finale moins la quantité d'oxygène initiale sur la quantité d'oxygène introduite. Les mesures reportées sur ce graphique ont été effectuées sur une installation comparable à celle décrite en se référant à la figure 1 ; les conditions de fonctionnement étant les suivantes : diamètre de la cellule de traitement de nitrification : 40 cm ; pression effective dans la cellule de traitement mesurée à l'entrée : 0,8 bar ; rapport volumique des débits air et eau :0,8 ; la courbe 16 correspond à un débit d'eau de 10 m/h ; la courbe 17 a un débit d'eau de 25 m/h. Les courbes font clairement apparaître un accroissement du rendement d'oxygénation en fonction de la hauteur de la couche ; rappelons qu'un tel accroissement de la hauteur de la couche est rendu concevable par suite du traitement en vase clos sous pression. La figure 3 montre les variations du rendement d'oxygénation en pourcent en fonction de la pression effective en bars mesurée à l'entrée de la cellule de traitement 1. Les mesures reportées sur ce graphique ont également été effectuées sur une installation comparable à celle décrite en se référant à la figure 2 ; les conditions de fonctionnement étant les suivantes : diamètre de la cellule de traitement de nitrification : 40 cm ; hauteur de la couche de pouzzolane : 4 m ; rapport volumique des débits d'air et d'eau : 0,6 ; la courbe 18 correspond à un débit d'eau de 10 m/h et la courbe 19 à un débit d'eau de 25 m/h. Ces courbes font clairement apparaître un accroissement du rendement d'oxygénation en fonction de la pression effective dans la cellule de traitement et mettent en évidence l'intérêt d'un traitement en vase clos sous une pression partielle d'oxygène supérieure à celle de l'air atmosphérique. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, la demanderesse s'en réserve toute l'exclusivité pendant la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Procédé de nitrification de l'eau destinée à la consommation publique, comprenant - un traitement de destruction et d'élimination des composés ammoniacaux au moyen de bactéries nitrifian tes, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, ledit procédé étant caractérisé en ce que - ledit traitement est effectué en vase clos sous une pression d'oxygène supérieure à la pression partielle dans l'air atmosphérique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le gaz contenant de l'oxygène est de l'air. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que - la pression-effective de l'air est comprise entre environ 0,4 et 3 bars. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que - le gaz contenant de l'oxygène est introduit dans l'eaau sous forme de petites bulles. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - les bactéries sont disposées sur un support perméa ble traversé par le courant d'eau ; ledit support ayant une épaisseur comprise environ entre 2 m et 4 m. 6. Dispositif de nitrification de l'eau destinée à la consommation publique, comprenant - une enceinte de traitement de destruction et d'élimination des composés ammoniacaux au moyen de bactéries nitrifiantes, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'enceinte de traitement est close, et en ce qu'il comprend, en outre - des moyens permettant de faire circuler l'eau sous pression, - des moyens pour introduire le gaz contenant l'oxy gène sous une pression telle que la pression par tielle d'oxygène soit supérieure à celle de l'air atmosphérique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que - le gaz contenant de l'oxygène est de l'air. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que - l'air est introduit sous une pression effective comprise environ entre 0,4 et 3 bars. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend - un injecteur et répartiteur conçu pour introduire le gaz dans le courant d'eau sous forme d'une plu ralité de petites bulles dispersées. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend - un support poreux sur lequel sont disposées des bactéries nitrifiantes, ledit support traversé par le courant d'eau ayant une épaisseur comprise environ entre 2 m et 4 m. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est en outre combiné à un traitement d'élimination du manganèse par oxydation par l'air dissous en vase clos sous pression. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, plus particulièrement conçu pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre : - une autre enceinte de traitement -close branchée en série avec la première enceinte et contenant un matériau susceptible de servir de support à une réaction chimique d'oxydation du manganèse par l'air dissous sous pression.