Brevet FR2395227A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne un procédé de traitement biologique de matières oxydables contenues dans un milieu liquide, notamment une eau usée. On a envisagé depuis fort longtemps d'utiliser de l'oxygène pur ou de l'air enrichi pour l'oxydation biologique des matières organiques biodégradables contenues dans un milieu liquide. lies procédés actuellement connus que l'on utilise couramment en particulier pour le traitement des eaux usées font appel au principe dit "des boues activées" et sont mis en oeuvre en mettant en contact le milieu à traiter et le gaz oxydant dans un ou plusieurs étages. Dans les procédés à un seul étage l'épuisement du gaz oxydant est assuré soit par un fonctionnement discontinu soit par une régulation appropriée de débit de gaz et de l'atmosphère gazeuse régnant au-dessus du milieu à traiter.Dans les procédés à plusieurs étages l'épuisement du gaz oxydant est assuré par un épui sement méthodique tenant compte du fait que la demande en oxygène décrott dans le temps, cet épuisement se faisant successivement d'un étage à l'autre sans contrôle particulier de la concentration en oxygène dissous. Ces divers procédés bien que rentables et efficaces entraînent des depenses d'énergie de transfert croissantes du fait de ltépuisement des atmosphères en gaz oxygène. Or la présente invention fournit un procédé simple et économique permettant une exploitation avec le minimum de dépense énergétique. Ce procédé est essentiellement caractérisé par le fait qu'il consiste à faire circuler le liquide à traiter sur un lit bactérien au contact de la quantité voulue d'un gaz oxydant puis à soumettre le liquide résultant de ce prier traitement à un traitement en "boues activées" sous l'action d'un gaz riche en oxygène, l'atmosphère gazeuse résultant de ce second traitement étant envoyée au premier stade de traitement pour servir en totalité ou en partie de gaz de traitement de ce premier stade. Suivant d'autres caractéristiques - Le premier stade s'effectue dans une enceinte fermée munie d'éléments de garnissage à grande surface de contact porteurs du lit bactérien et le second stade s'effectue dans un bassin biologique fonctionnant selon le principe connu "des boues activées". L'intérêt et les avantages de 11 invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé illustrant schématiquement un mode de mise en oeuvre possible du procédé selon l'invention. Lors du traitement biologique de matières oxydables (en particulier dans le traitement des eaux usées) on constate que ltoxydation est effectuée par une population de micro-organismes dont le spectre s'étend des bactéries aux nématodes. Il s'agit d'un phénomène complexe et les espèces supérieures qui apparaissent au fur et à mesure de l'élimination des matières organiques à oxyder jouent un relue de facteur limitant de la croissance de la masse des espèces bactériennes qui réalisent l'oxydation biologique proprement dite. lies espèces supérieures requièrent un niveau d'oxygène dissous relativement élevé (on admet généralement 2 à 4 mgtL) tandis que les bactéries se contentent d'un niveau plus bas (de ltordre de 0,5 mg/l). Or la capacité de transfert d'un dispositif de dissolution de gaz oxygène est une fonction directe (ou croissante) de la différence fi s où x ou' #C5 = concentration de saturation en gaz dissous dans le liquide à traiter C = concentration en gaz dissous visée pour le meilleur déve x loppement des micro-organismes Au fur et à mesure que l#oxydation biologique s'effectue la concentration Cx doit être plus élevée (prédominance des espèces de micro-organismes supérieurs) tandis que la demande totale va diminuer.Pour faire face économiquement à l'augmentation de Cx on relèvera BC en fin de traitement en augmentant la pression partielle du gaz réactif (ou sa teneur) dans l'atmosphère d'échange ; pour satisfaire la forte demande qui se manifeste en tette de traitement, il est plus avantageux d'améliorer le mode de transfert. l'invention réalise cette amélioration par augmentation de la surface de contact entre le gaz de traitement et le milieu réactionnel dans le premier stade de traitement, cette augmentation étant réalisée grâce à des lits à éléments présentant des surfaces spécifiques importantes et sur lesquels le liquide à traiter s'étale en pellicule très mince (comme schématisé par enceinte (2) evec son "lit bactérien" (3) du dessin annexé). Ainsi, selon l'invention, en prenant comme exemple d'application celui du traitement des eaux usées, on admet l'atmosphère la plus riche en oxygène en fin de traitement (boues activées) (enceinte 8 du schéma annexé) tandis qu'en tête on utilise ledit lit bactérien à éléments de garnissage de grande surface spécifique. En se référant donc à ce schéma - le liquide à traiter biologiquement (1) est admis dans l'enceinte fermée (2) et distribué à la partie supérieure du lit bactérien (3). Après circulation sur et dans ce lit, le liquide est recueilli, dans le bassin récepteur (4) à la base de l'enceinte (2). le liquide est dirigé vers un séparateur-clarificateur (5) pour séparer, par la conduite (6), les micro-organismes entraînés lors du passage du liquide au travers du lit. Une partie de ces micro-organismes peut être retournée, par la conduite (7), en tête de enceinte (2) et mélangée au liquide admis (1). les microorganismes non renvoyés au stade de traitement sont éliminés. le liquide à traiter biologiquement est ensuite dirigé vers une seconde enceinte fermée (8) dite bassin biologique à boues activées après avoir été mélangé à un courant de micro-organismes (9). Après une durée de séjour dans ce bassin, le mélange (liquide à traiter et micro-organismes) est dirigé vers un second séparateur-clarificateur (10). De ce dernier est extraite la masse de micro-organismes (9) qui est recyclée vers le bassin biologique tandis que le liquide traité ou effluent (li) est soutiré de l'installation. le bassin (8) est équipé d'un dispositif (12) approprié (du type par exemple pompe de brassage) permettant de mettre au contact les deux phases liquide (13) et gazeuse (14) contenues dans le bassin. La phase gazeuse est alimentée par une source (15) d'oxygène pur ou d'air enrichi en oxygène, l'introduction du gaz d'alimentation se faisant par les vannes (16) (17) dont ltouverture est commandée en fonction du taux d'oxygène dissous dans la liqueur en réaction (13) dans le bassin biologique (8) et/ou en fonction du taux d'oxygène dissous dans le liquide entrant dans le clarificateur (5). Une canalisation (18) admet l'atmosphère (14) dans lten- ceinte fermée (2). le bassin biologique (8) est en outre équipé d'une soupape à dépression (19) permettant l'entrée de l'air ambiant. l'enceinte (2) est aussi équipée d'un dispositif (20) approprié de type connu réglant la circulation de l'atmosphère gazeuse et favorisant l'effet de cheminée du lit bactérien. L'at oosphère épuisée est éliminée par une canalisation (21). Une soupape à dépression (22) permet en outre, en cas de besoin, l'entrée de l'air ambiant. Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'inventlon dans une installation comportant les éléments principaux qui viennent d'être décrits, il s'avère que la composition des phases gazeuses des enceintes (8) et (2) est liée au transfert dans la phase liquide elle varie de la teneur maximale du gaz issu de la source (15) (100 % de 02 par exemple) à une teneur éventuellement égale à celle de l'air ambiant (20 % de 02) voire inférieure à celle-ci (10 à 12 % par exemple), cette dernière possibilité correspondant à celle de l'introduction d'un liquide à traiter appauvri en matières biologiquement oxydables.En effet, dans ce cas la demande en gaz 02 est inférieure à la capacité de transfert du dispositif de brassage ; Cx prend une valeur supérieure à la valeur de consigne nécessaire aux micro-organismes ; la vanne d'admission de 02 est fermée et la teneur en O, de l'atmosphère au-dessus du liquide à traiter dans le bassin (8) va baisser jusqu'à trouver un nouvel équilibre entre la demande en gaz du milieu liquide et la capacité de transfert. Il s'ensuit une dépression et l'entrée de l'air ambiant (19) ou (22) qui dilue la phase gazeuse, tout en fournissant, sans dépense d'énergie supplémentaire, l'oxygène nécessaire. Ce cas illustre bien la souplesse de réglage et les avantages économiques qui en résultent.La source (15) est équipée de ses dispositifs de régulation (16) (17) reliés aux sondes détectrices de la teneur en 02 dissous (16a et 17a). On peut arrêter l'admission de 02 pur si les valeurs de C sont satisfaisantes tout en prenant toujours x soin de brasser les boues activées et d'assurer la circulation sur le lit bactérien. Suivant un mode de réalisation avantageux possible à utiliser dans le bassin biologique (8), le transfert et le brassage sont assurés par une pompe centrifuge immergée dont la cavité contenant le rotor est en communication avec la phase gazeuse (le gaz de la phase gazeuse est aspiré par la dépression créée par le rotor et dispersé après cavitation dans le liquide). le bassin biologique peut être aussi avantageusement équipé d'un toit flottant délimitant un volume variable pour l'atmosphère. On peut alors utiliser les déplacements du toit flottant pour réguler l'admission du gaz oxydant (fermeture totale des vannes en position haute, par exemple, et ouverture de la soupape d'admission. de l'air ambiant en position basse). Il va du reste de soi que la présente invention nta été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y #trè apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci-aprèsO REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement biologique de matières oxydables contenues dans un milieu liquide essentiellement caractérisé par le fait qu'il consiste à faire circuler le liquide à traiter sur un lit bactérien au contact d'un gaz oxydant délivré à une pression partielle de O2 minimum et en quantité appropriée puis à soumettre le liquide résultant de ce premier traitement à un traitement en boues activées sous l'action d'un gaz plus riche en oxygène, l'atmosphère gazeuse résultant de ce second traitement étant envoyée au premier stade de traitement pour servir en totalité ou en partie de gaz de traitement de ce premier stade. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier stade s'effectue dans une enceinte fermée munie d'éléments de garnissage à grande surface de contact porteurs du lit bactérien et le second stade steffectue dans un bassin biologique fonctionnant selon le principe connu "des boues activées". 3. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une enceinte fermée munie d'éléments de garnissage a grande surface de contact porteurs du lit bactérien, enceinte munie de ses moyens d'admission de gaz et une enceinte dite à boues activées alimentée en liquide par la première enceinte, alimentée en gaz par une source extérieure et alimentant à son tour en gaz ladite première enceinte. 4. Âpplication du procédé selon la revendication 1, à ltépuration des eaux usées.