Brevet FR2401101A1 — publié le 19790323

La présente invention a pour objet un procédé et une Installation perfac- tionnés de traitement d'eaux usees en vue de leur régénèration. On sait qu'il est possible, en vue de leur régénération, de traiter les eaux usées par des boues activées,ou boues biologiques, en présence d'un gaz oxygène tel oxygène pur ou air fortement enrichi. Au cours de ce traitement, se developpent une flore bactartenne forgée de bacteries qui se nourrissent de la plus grande partie des matières organiques contenues dans les eaux usées, ainsi qu'une faune principalement formée d'organismes inférieurs tels flagelles, protozoaires cilles libres et'pédoncules, rotifères. nématodes, etc., qui se nourrit de la flore bactérienne. En fait, ces protozoaires ne participent pas de la degradatton propreirtent dite. mais vivent en prédateurs et favorisent l'équilibre ecologtque ainsi que l'acquisition par la boue de certaines qualités physiques. Toutefois, certains effluents presentent de par leur nature une inadaptation au traitesent biologique par les boues activées. En effet, quoique la flore bactérienne soit peu exigeante quanta son milieu vital et puisse s'adapter facilement a des conditions qui ne sont pas totalement favorables, par exemple celles qui sont engendrées par un manque d'oxygène ou par la présence de sub- stances avant une action défavorable (poisons, etc.) sur elle, la faune de protozoaires et autres organismes par contre, ne peut se développer que dans des conditions d'oxygénation favorables, et en outre est bien plus sensible aux conditions de pollution. Ainsi. on sait que les bactéries ne se voient pas affectées par Tes conditions de pollution élevée tandis que cette pollution élevez peut conduire 3 des risques de destruction totale de la faune des protozoaires. Ceci est notamment le cas des effluents de distilleries, et des liqueurs bisulfi- tiques des industries papetières dont la toxicite est due à leur teneure élevee en matières organiques ou encore a leur pouvoir réducteur d'origine chimique, Les teciwniques employées actuellement consistent a effectuer un traitement tel une oxydation prealable dans de grandes lagunes aérées ou un passage sur des filtres bactriens, avant l'admission des boues activées. ces techniques toutefois ne sont pas satisfaisantes, car compte-tenu de la faible capacité de transfert d'oxygène a partir d'oxygène atmosphdrique, les temps de rétention sont très longs et en général de l'ordre de plusieurs jours. De plus. on a constate que les bactéries qui sont susceptibles de se développer sur le substrat constitué par la nattière organique. ont un taux de croissance limité alors qu'en théorie rien ne s'oppose a l'établissement d'une culture en continu telle que le principe en a été défini dans la these de M. Jacques Monod publiée dans les Annales de l'institut Pasteur sous le titre: ta Technique de Culture Continue, Théorie et Applications". La prèsente invention a pour objet un procède permettant d'obvier aux inconvénients des procedés connus. Il permet notamment d'èviter que la pollution élevée des eaux traites ne conduise des risques de destruction des boues activées, et notarnent de la partie de ces boues formée de protozoaires, et permet le développement de la flore bactérienne selon un taux correspondant a la phase exponentielle tout en assurant une réduction assez nette de la consoraatlon en oxygène pur et l'adaptation de l'installation aux variations du taux de pollution des eaux traitées. Dans la présente description et dans les revendications auxquelles elle donne lieu, on entend par "charge polluante1, le taux de dilution des impuretés organiques dans les eaux traiter. La présente invention a pour objet un procédé de traitement des eaux usées par des boues activées en présence d'oxygêne pur ou d'air fortenent t enrichi, dans lequel les eaux sont traitées dans une zone préalable de fermentation puis dans une zone de traitement par les boues activées, le temps de séjour des eaux usées dans la zone préalable étant réglé en fonction de la charge polluante des eaux 4 traiter, de sorte que la aultipîlcation des bactéries se poursuive au taux correspondant a la phase exponentielle. Ainsi, le temps de séjour. des eaux dans la zone préalable s'adapte aux variations de la charge polluante, que cette variation ait pour origine la concentration des eaux en impuretés ou des variations de débit. On sait de la thèse de M. Jacques Monod citée ci-dessus qul est possible de calculer le taux de croissance bactérien (c'est-a-dire le nombre de divisions ou de doublements de la masse bactérienne par unité de temps dans la zone préalable de fernentation > connalssant le taux de la charge poltuantebet qu'il est possible de maintenir indéfiniment une culture bactérienne a toute densité compatible avec ta croissance au taux aximun, sa multiplication se poursuivant au taux corres- pondant a la phase exponentielle. Selon une forme d'exécution du procédé de l'invention, le temps de séjour des eaux usées dans la zone préalable de fermentation est commande par variation du volume des eaux traitées dans cette zona. La variation du volume des eaux traitées est assurée par une courte modifi- cation du débit des eaux usées a Itentrée de ou a la sortie de la zone préalable de fermentation. Selon une autre forme d'execution du procédé de l'invention, le rapport de la durée de sejour dans la zone préalable de fermentation a la duree de sejour dans la zone de traitement par-les boues activées varie entre 1/2 et 1/10 et est de préférence compris entre 1/3 et 1/6. En fait, la duree de fermentatlon est considerablement plus courte que la duree de traitewent par les boucs activées. de cette façon on dispose, dans la zone préalable du temps necessaire pour permettre a la dentiste bacterienne autre compatible avec la charge polluante. Suivant un mode de réalisation du procédés de l'invention, de l'oxygène pur ou de l'air fortement enrichi est injecte dans la zone de traitement par les boues activees et l'effluent gazeux appauvri en oxygène que 1 'on obtient est au moins en partie envoyé dans la zone préalable, de préférence selon la direction descendante Faune les bactéries n'exigent pour se développer et consommer les impuretés contenues dans les eaux traiter qu'une teneur assez faible en oxygène dissous (en général Suivant un autre apode de réalisation encore du procédé de l'invention, l'autre partie de 1 'effluent gazeux appauvri en oxygène que l'on obtient dans la zone de traitement par les boues actives est réinjectée, après compression, en cuve de cette même zone. Suivant encore un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, le débit de t'effluent gazeux appauvri en oxygène introduit dans la zone préalable est commandé par la-deeande en oxygène des eaux en cours de traiteinent dans cette zone. La prGsente invention a également pour objet des installations pour la mise en oeuvre du procède précité. Elle a notamment pour objet une installation comportant un bassin préalable de fermentation ou dégradation par la flore bactérienne et un bassin de traltenient par les boues activées, reliés entre eux par des moyens de liaison, dans laquelle le premier bassin est muni de moyens pour faire varier le volume des eaux qu'il contRent en fonction de la charge polluante des eaux & traiter. Selon un mode de réalisation de l'installation de l'invention, les deux bassins sont formés d'enceintes distinctes ou de deux enceintes concentriques, la bassin préalable étant situe a l'intérieur du bassin de traitement par les boues activées. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de jonction consistent en une conduite, éventuellement munie d'une vanne reglable, et, éventuellement en trop-plein fonctionnant par dèbordement. Selon un autre apode encore de réaîisation de l'installation de l'invention, ladite installation caciporte en outre un bassin de déantation, situe en aval du basin de traiment par las toues activées. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront a la lecture d la dascriptfon suivante et des figures 1 et 2 jointes1 données a titre illustratif et nullement limitatif. Le figure 1 represente une installation conforme à l'invention comportant deux bassins séparés. La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'une installation salon l'invention comportant deyx bassins concentriques. Sur les figures1 les SaB5 chiffres de référence ont été donnes aux élements identiques. Les installations représentées colportent un bassin i de fermentation ou dégradation par la flore bactérienne et un bassin 2 de traitement par les boues activées. Un bassin de decantation 3 est prévu. Dans l'installation représentée sur la figure 1. les eaux à traiter, après décantation primaire, sont amenées dans le bassin 1 par la conduite 6. Ces eaux subissent dans ce bassin 1 une fermentation ou traitement de dégradation par les bactéries durant un temps déterminé puis par la conduite 7 elles sont amenées dans le bassin 2 off elles subissent un traitement par les boues activees, ce qui nécessita également uns période de temps déterminée.Les eaux traitées quittent le bassin 2 par la conduite & qui les aine dans le bassin de décantation 3. Les eaux épurées sont recueillies par la conduite 9 et les boues en excès sont retirées en cuva du bassin 3 par une conduite 10. Une partie des boues au moins est retournée par la conduite 11 dans le bassin 2. Les bassins 1 et 2 comportent des moyens d'agitation 4 et 4' entraînes par des moto-réducteurs 5 et 5' respectivement. De l'oxygèn pur est introduit en cuve du bassin 2 par une conduite 12 et des moyens da répartition 13. L'effluent gazeux obtenu au sommet du bassin 2 est retiré de ce bassin par la conduite 14. Une partie de cet effluent gazeux est amenée par la conduite 15 dans le bassin X et une autre partie, apurés compression en 17. est amenée en cuve du basson 2 par la conduite 16 et réinfectée dans les eaux contenues dans ce bassin 2. Le gaz épuisé est retiré du sommet du bassin l par la conduite 187. Dans l'installation de la figure 2, les eaux a traiter sont introduites par la conduite 6 dans le bassin central 1 de traitement par les bactéries. Par siphon en 7' et éventuellement débordement par l'ouverture ou trop-plein 7''. les eaux passent dans le bassin extérieur 2 dans lequel par les consultes 12 est injecte de l'oxigène pur. Les eaux traitées quittent le bassin 2 par la conduite 8 et on retire en W les boues décantées dont une partie au moins est retournée par la conduite 11 dans le bassin 2. L'effluent gazeux du bassin 1 passe dans le bassin Z par l'ouverture 7" qui permet le debordement des eaux. Seul le bassin 1 colporte des troyens d'agitation 4 entratnés par un moto-reducteur 5. Les eaux épurees sont retirees par la conduite 9. La partie du siphon 7' plongées dans te bassin central 1 est télescopique et sa longueur peut varier en fonction du niveau des eaux dans ce bassin 1. Les moyens de commande de la Ionsueur de cette partie du siphon n'ont pas éte représentes, mais leur cnoix est aisca a l'homme de l'art. L'installation représentée figures 1 et Z peut aisément autre adaptée a des variations de la charge polluante des eaux a traiter,' le bassin l peut en effet Jouer le rôle d'une capacité tampon dont le volume des eaux en traitement peut varier en fonction de la charge polluante des eaux d traiter. L'ouverture ou la fernature d'une vanne 21 disposée sur la conduite 7 ou sur le siphon 7t peuvent être commandées par le résultat de la comparaison du taux de la charge polluante a des valeurs de consigne prédéterminées. alen entendu. une vanne ainsi commandée peut etre prévue sur la conduite 6; en ce cas, on joue sur le débit d'entrée. Les moyens de coernnande n'ont pas étê représentés mais leur choix est aisément accesstble l'home de l'art. Dans les installations représentées sur les figures 1 et 2, l'aération se fait dans le bassin 2 a l'aide d'oxygène pur. car la faune qui se développe dans le deuxième bassin exige un milieu très aéré, c'est-à-dire une teneur en oxygène dissous de l'ordre de 2 6 plus. L'affluent gazeux recueilli en tefe du bassin 2 est au moins en partie recyclé dans le bassin 1, dont la teneur des eaux en 02 dissous est de 1 ppm environ. Dans l'installation de la figure 1, seule une partie de l'effluent gazeux du bassin 2 est renvoyée dans le bassin 1. En fait, la quantité d'effluent gazeux introduite dans le bassin 1 ast réglée en fonction de deux parametres: d'une part la teneur en oxygène du gaz effluent et d'autre part ta demande en oxygène des eaux à traiter, ces deux paramètres étant tresurés en permanence et comparés des valeurs de consigne prédéterminées. le résultat de ces coniparaisons commandant la quantité d'effluent gazeux introduite dans le bassin 1.Les moyens de commande dans ce cas également n'ont pas été représentes, ils sont aisément accesibles a l'homme de l'art. Les boues décantées sont en general uniquefient recyclées, au moins en partie, dans le bassin 2. II est également possible de retourner une partie de ces boues dans le bassin l; en effet, les conditions da séjour des eaux dans le bassin 1 sont telles que, même si cn envoie les boues dans ce bassin 1, celles-ci ne disposent pas dutemps nécessaire à leur action. Le fonctionnement des installations representêes s'explique de lui-même, à la lumière des indications données ci-dessus. bans l'installation de la figure 1, co;;'a dans celle de la figure 2, le volume des eaux traitées dans le bassin 1 est réglable par contre, seul pour l'installation de la figure 2, le volume de gaz effluent a.ne par la conduite 15 est réglable . Le demange en oxygène des eaux á traiter est déterminee á l'aide d'un appareil 19 associe à un flotteur 20. En fait, la fermentation continue ou fermentation exponentielle peut êtr expliquée do la façon suivante. Dans le bassin praalable de fetiientation 1, il est supposé que l'alimentation en eaux a traiter se fait en continu par la conduite 6 et qu'en moire temps par la conduite 7 on retire du bassin 1, pour les conduire vers le bassin 2, des eaux ayant subi le traitement de fermentation et contenant des bactéries. Les débits d'entre et de sortie sont identiques. La quantité d'eaux a traiter entrant dans le bassin 1 par la conduite 6 est définie par le taux de dilution: D = F/V (exprimée en h F s débit par heure de liquide entrant =volume de la culture. Un état d'équilibre s'établit dans le bassin 1 et le taux de croissance exponentielle est égal au taux de dilution = D. Cet etat d'équilibre peut être maintenu pendant des périodes de temps treks longues et ce système est mbe capable de s'autoréguler. Le taux de croissance bactérienne est une fonction directe du taux de dilution, il s'ajuste de lui-même a la valeur optimale de ce taux. Le changement de la concentration en un des éléments nutritifs b une valeur plus élevée est suivi aussitôt par une période accélérée du taux de croissance Jusqu'a ce qu'un niveau stable soit ê nouveau obtenu. Si les éléments-nutritifs sont moins Importants, donc si la charge polluante diminue, une période de dimi- nution du taux de croissance spécifique s'installe et on obtient l'équilibre a un niveau plus bas que précédemment. Ces changements sont toujours accompagnés par de grandes variations de la concentration cellulaire. De plus, si les variations de teneurs en éléments nutritifs l'entrée de la cuve sont trop élevées, il est possible dans le procédé de l'invention de faire varier le taux de dilution D soit par variation de F ou de V. En d'autre termes l) Si la teneur en impuretés des eaux injectées par la conduite 6 devient soudainement extrèmement forte, c'est-à-dire si la charge polluante augmente, la demande en oxygène des eaux contenues dans le bassin crott et par conséquent le volume de gaz effluent devant etre introduit dans le bassin 1 est amene d augmenter. Ceci est automatiquement réalisé par l'installation de régulation (non représentée) prévue A cette fin.De plus, pour permettra le développement au taux voulu des bactéries, le temps de séjour des eaux à traiter doit être augmenté ceci est par exemple réalisè par les organes de régulation par rcéuc tion, pendant un court moment, du débit de la vanne 21 de fa,en 4 obtenir unaugmentation du volute ees eaux dans le bassin 1 et donc l'augmentation de la durée de séjour des eaux dans ce bassin (o" encore par augmentation pendant un court moment du débit d'arrivée des eaux par la conduite 6 > . 2) Si par contre la teneur des eaux en impuretès est extrêmement faible, et si la durée de séjour dans le bassin 1 est la méme que pour le cas d'une teneur élevée, le développement des bactéries ne se fera pas d'une façon exponantielle puisque la masse d'aliment prévue pour les bactéries est insuffisante et il faut par conséquent réduire le temps de séjour des eaux usées dans le bassin 1* ce qui peut entre aisément realisé par ouverture de la vanne 21 (et action éventuelle d'une pompe non représentée) durant un court intervalle de temps.Les quantités de gaz effluent a introduire dans la bassin 1 par la conduite 15 pourront etre extrêmement faibles. Ainsi, les installations des figures 1 et-2 s'adaptent a des variations de ta charge polluante. Les installations 1 et 2 permettent d'assurer aussR bien le traitement d'eaux résiduaires industrielles fortement chargées que le traitement des eaux urbaines. Un des avantages réels des installations selon l'invention est de permettre d'adapter les souches de bactéries aux effluents qu'elles sont capables de dégrader. Un autre avantage de ces installations est qu'il est possihle de coupler plusieurs bassins 1 de traitement par les bactéries a un bassin 2 de traitement par les boues activées et d'adopter pour chaque bassin i la souche de bacterie qui convient le mieux aux effluents de diverses origines susceptibles d'y être traités. Ainsi, on sait que des eaux souillées de dimethylsulfoxyde d'une part, et des eaux souillées de phénol d'autre part ne peuvent simultanement subir un même traitement bactérien efficace; le procédè selon linvention permet d'envoyer les eaux souillées de DMSO dans un bassin ensemencé d'une espèce de bactérie susceptible de dêgrader le DSO et les eaux souill Lorsqu'une station biologique à boues activées déjà existante reçoit des affluents difficiles à biodégrader ou lorsque la charge polluante subit des à-coups très importants, il est possible d'améliorer son fonctionnement en faisant précéder le bassin d'aérotion par une zone préalable de fermentation telle qui définie ci-essus. Ceci est possibla, que la station a boues activees soit aérée de l'air compriméou par de l'oxygène, à la condition expresse que le demande en oxygène des micro-organismes dand le bassin à boues activées et des bactéries dans la cuve de fermentation soit satisfaite. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles A l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de traitement des eaux usées par des boues activées en présence d'oxygène pur ou dtair fortement enrichi, du genre où les eaux sont traitées dans une zone préalable de fermentation, puis dans une zone de traitement par les boues activées, avec réglage du temps de séjour des eaux usées dans la zone préalable, caractérisé en ce que le réglage du temps de séjour est effectué en fonction de la charge polluante des eaux a traiter, pour que la multiplication des bactéries se poursuive au taux correspondant a la phase exponentielle. 2. - Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le temps de séjour des eaux usées dans la zone préalable de fermentation est commandé par variationdu volume des eaux traitées dans cette zone. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation du volume des eaux traitées est assurée par une courte modification du débit des eaux usées a l'entrée ou a la sortie de la zone préalable de fermentation. 4. - Procédé selon une quelconque des revendications 1 a 3, carac térisé en ce que le rapport de la durée de séjour dans la zone préalable de fermentation la durée de séjour dans la zone de traitement par les boues activées varie entre 1/2 et 1/10 et est de préférence compris entre 1/3 et 1/6. 5. - Procédé selon une quelconque des revendications I a" 4, du genre où de ltoxygene pur ou de l'air fortement enrichi est injecté dans la zone de traitement par les boues activées et l'effluent gazeux appauvri en oxygène que l'on obtient est au moins en partie envoyé dans la zone préalable, de préférence selon la direction descendante, caractérisé en ce qu'une autre partie de l'effluent gazeux appauvri en oxygene que l'on obtient dans la zone de traitement par les boues activées est réinjectée, après compression, en cuve de cette meme zone. 6. - Procédé selon une quelconque des revendications 1 a" 5, caractérisé en ce que le débit de l'effluent gazeux appauvri en oxygène introduit dans la zone préalable est commandé par la demande en oxygene des eaux en cours de traitement dans cette zone. 7. - Procédé selon une quelconque des revendications 1 a" 6, caractérisé en ce qu'une souche spécifique est ensemencée dans la zone préalable de fermentation. 8. - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7. 9, - Installation pour le traitement des eaux usées, du genre comportant un bassin préalable de fermentation ou dégradation par la flore bacté- rienne et un bassin de traitement par les boues activées, les deux bassins étant reliés entre eux par des moyens de liaison, et en ce que le premier bassin est muni de moyens pour faire varier le volume des eaux qu'il contient en fonction de la charge polluante des eaux à traiter, caractérisée en ce que les dits moyens de jonction consistent en une conduite, éventuellement munie d'une vanne réglable et, éventuellement en un trop-plein fonctionnant par débordement.