Brevet FR2455001A1 — publié le 19801121

L'invention concerne un procédé de traitement biologique aérobie d'eaux résiduaires du type des procédés dits à biomasse fixée. On connaît à l'heure actuelle essentiellement deux grands types de procédé biologique aérobie pour épurer des eaux chargées d'une pollution. Le premier type dit "procédé de boues activées", se caractérise par la présence d'une biomasse en suspension dans le milieu liquide et nécessite une agitation permanente pour homogénéïser et aérer le milieu. Le deuxième procédé à biomasse fixée, quå est visé par l'invention, se différencie radicalement du premier en ce que, au lieu de se présenter en suspension dans la phase liquide, la biomasse est fixée sur un support inerte, ce qui conditionne l'avantage important de supprimer la nécessité d'une homogénéisation permanente et de rendre ltopération d'agitation facultative. Le procédé à biomasse fixée est actuellement mis en oeuvre selon trois variantes essentielles. L'une plus ancienne consiste à faire ruisseler l'effluent sur un support fixe recouvert par la biomasse (filtre bactérien). Une autre consiste à fixer la biomasse sur des disques-supports rotatifs, qui sont partiellement immergés dans lteffluent. La de@nière consiste à fixer la biomasse sur un garnissage, totalement immergé-dans l'effluent. Dans ces trois processus, ltoxygène nécessaire aux besoins des microorganismes aérobies est fourni par dissolution dans la phase liquide de ltoxygène de lair ou de l'oxygène d'un gaz enrichi en ce corps. Les procédés à biomasse fixée présentent actuellement le grave inconvénient d'être limités en performance par la solubilité relativement faible de l'oxygène dans I'eau ~ par exemple, cette solubilité est de 9,2 mg d/ 2 par litre d'eau à la pression normale et à une température de 20 C, ce qui est minime par rapport aux besoins de la biomasse dans les conditions habituelles de mise en oeuvre et oblige à remplacer ltoxygène dissout au fur et à mesure de sa consommation par les microorganismes ~ il s'ensuit que la biomasse ntest active que sur une faible partie de son épaisseur ou de sa hauteur, ce qui limite l'intérêt de ces procédés par rapport aux procédés de boues activées.En outre, il est fréquent que des fermentations anaérobies se développent dans ce type de procédé, engendrant lés nuisances correspondantes bien connues (mauvaises odeurs...). La présente invention vise un procédé du type à biomasse aérobie fixée et se propose de remédier aux inconvénients de ce type de procédé. Un objectif de l'invention est en particulier d'éliminer les limitations de performance de ces procédés. Un autre objectif est de supprimer la nécessité d'une aération importante de la phase liquide. Un autre objectif est de limiter la naissance ou le développement de phénomènes de eermentations anaérobies. A cet effet, le procédé de traitement de l'inven- tion est du type dans lequel les eaux résiduaires sont amenées au contact d'une biomasse aérobie fixée sur un support inerte, sont soustraites après une durée de contact déterminée avec cette biomasse fixée et sont envoyées dans un décanteur pour séparer la phase liquide (eaux épurées) de la phase solide (boues). Confor- mément à la présente invention, préalablement ou simultanément à la mise en contact des eaux résiduaires avec la biomasse fixée, on mélange auxdites eaux du peroxyde d'hydrogène H202 ayant fonction de fournir à la biomasse fixée, au moment du contact des eaux avec celle-ci, la totalité ou la majeure partie de ltoxygène nécessaire à la dégradation des matières organiques et à la synthèse cellulaire. L'apport de peroxyde d'hydrogène dans les eaux résiduaires permet d'augmenter considérablement le potentiel d'échange en oxygène à l'interface solide/liquide entre la biomasse fixée et la phase liquide et, par voie de conséquence, d'augmenter notablement l'épaisseur de la couche biologique active, que l'on soit dans le cas d'un disque biologique, ou dans le cas d'un filtre à garnissage immergé ou non. A égalité de surface active, il s'ensuit un accroissement considérable de la capacité épuratoire de la biomasse. Par ailleurs, les expériences ont montré que les quantités de boues purgées se trouvent considérablement réduites dans le procédé conforme à l'invention, vrai se mblablement par suite d'une autocoxydation des boues provenant de la concentration en oxygène très élevée dans le milieu. Le volume des installations de traitement de boues qui sont situées en aval du traitement biologique sten trouve donc sensiblement réduit. En outre, il a été constaté Sne modification morphologique des boues qui se présentent, dans le procédé de l'invention, sous forme de boulettes compactes dont la décantabilité est excellente. Le procédé conforme å l'invention peut être mis en oeuvre selon les diverses variantes possibles du procédé à biomasse fixée (disque biologique, filtre bactérien ou garnissage immergé) ~ en pratique, on ajuste la proportion de peroxyde d'hy drogène mélangé dans les eaux résiduaires en fonction de la demande en oxygène de ces eaux, Cette demande en oxygène traduisant leur teneur en matière polluante). Dans le cas courant d'eaux résiduaires à teneur en matière polluante variable dans le temps, la proportion de peroxyde d'hydrogène mélangé aux eaux résiduaires est régulée dans le temps en fonction croissante de cette teneur en matière polluante, de façon à préserver un rapport Ep/Ee très approxima P e tivement constant (où Ep est l'équivalent en oxygene apporté par P le peroxyde et Ee l'équivalent en oxygène de la pollution soluble des eaux résiduaires avant mélange, exprimée en D.C.O.). Ce rapport est dans chaque application optimisé selon des critères économiques de moindre consommation de peroxyde d'hydrogène pour un rendement de dépollution donné. Selon un mode opératoire du procédé il est possible de recycler une partie des eaux épurées après décantation et de la mélanger aux eaux résiduaires d'entrée ~ on récupère ainsi l'oxygène non utilisé , ce qui dans certaines applications s'avère rentable. Ltutilisation de peroxyde dthydrogène est également bénéfique dans la période préalable de mise en régime au cours de laquelle se forme le revêtement de biomasse sur le sup- port inerte. On sait que, pendant cette période, les eaux résiduaires ne sont que partiellement épurées g l'addition de peroxyde d'hydrogène en réduit considdRablement la durée en accélérant le développement et la fixation de la biomasse sur le support inerte. Le procédé de l'invention et ses avantages sont illustrés dans les deux exemples qui sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés ~ sur ces dessins : - la figure I est une vue schématique en coupe par un plan vertical axial d'un appareillage au moyen duquel a été conduit ltexemple 1, - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques, en coupe par un plan vertical et en élévation en plan, d'un autre appareillage au moyen duquel a été conduit l'exemple 2, - les figures 4 et 5 présentent des courbes se rapportant à l'exemple 1, - les figures 6 et 7 présentent des courbes se rapportant à l'exemple 2. Exemple 1 Cet exemple a trait à la mise en oeuvre du procédé dans le cas d'un garnissage immergé. L'appareillage de traitement représenté à la figure 1 se compose d'une colonne 1 fermée à ses deux extrémités et remplie d'un garnissage inerte 2 à 1'e- tat divisé en polychlorure de vinyle (type courantà surface spécifique : 300 m2/m3). Les eaux résiduaires sont admises par une canalisation basse 3 munie d'une pompe (non représentée) de façon à immerger totalement le garnissage ~ du peroxyde d'hydrogène est mélangé à ces eaux à travers une canalisation 4 également munie d'une pompe. Après traversée de la colonne, les eaux sont envoyées vers un décanteur classique (non représenté à travers une canalisation 5. En ltexemple le peroxyde d'hydrogène mélangé est constitué par une solution aqueuse de titre compris entre O,S à 1 N. Le débit de peroxyde est réglé par rapport au débit d'eaux résiduaires et à leur teneur en matière polluante de façon que le rapport Ep varie de O à 2,5 (Ep est l'équivalent E en oxygène apporté par leeperoxyde et Ee l'équivalent en oxygène de la pollution Isoluble des eaux résiduaires, exprimé en D.C.O.). La D.C.O. soluble des eaux à la sortie de la colonne est mesurée par des moyens classiques, de même que la D.C.O. des eaux à ltentrée avant mélange du péroxyde. La courbe représentée à la figure 4 donne le rendement d'épuration (D C O- entrée - D.C.O sortie ) en fonction D.C.O. entrée du rapport Ep . Ee Le rendement d'épuration augmente lorsque ## augmente avec une pente importante entre 0,7 et 1,2. En pratique, on règlera le rapport Ep dans une Ee Ee plage s'étendant de 0,8 à 2 de façon à bénéficier d'un bon rendement, tout en utilisant des quantités d'H202 modérées. La courbe de la figure 5 donne ltévolution du taux de conversion -a- en fonction du rapport P . Rappelons que Ee le taux de conversion est le rapport entre la quantité de boues formées (M.S.T : matière sèche totale) et la quantité de pollution éliminée (D.C.O entrée - D.C.O sortie). On constate une krès forte diminution de ce taux de conversion lorsque le rapport EP devient sensible et en parti Ee culier lorsqu'il devient supérieur à 0,8. La plage (0,8 à 2) indiquée précédemment correspond donc à une formation de quantités de boues réduites. La hauteur utile de colonne (H.U.C.) ctest-à- dire la hauteur sur laquelle la biomasse est suffisamment oxygénée pour être active, est très considérablement augmentée par l'apport d'M202. La colonne 1 utilisée dans le présent exemple était de 1 mètre et il restait, à la sortie de celle-ci,-des teneurs en oxygène dissoutes variant entre 10 et 40 ppm ~ ce quí démontre que des hauteurs beaucoup plus importantes peuvent être prévues en pratique (H.U.C maximum dans les procédés classiques : de Tordre de 30 cm). Il est également à noter qu'aucun colmatage nta été constaté en huit mois d'expérimentations. Exemple 2 Cet exemple a trait à la mise en oeuvre de procédé dans le cas d'un support rotatif disposé dans un bassin (procédé dit des disques biologiques). L'appareillage représenté en coupe à la figure 2 et en vue en plan à la figure 3 se compose d'une série de disques séparés 6 disposés dans des plans parallèles sur un axe rotatif 7 ~ chaque disque présente un diamètre de 20 cm et est en polychlorure de vinyle. Ces disques sont partiellement immergés dans un bassin 8 de forme hémicylindrique. Les eaux résiduaires sont envoyées dans ce bassin par une canalisation 9 munie d'une pompe ~ du peroxyde d'hy- drogène est mélangé à ces eaux à travers une canalisation 10 également munie d'une pompe. Après traversée du bassin, les eaux sont admises par surverse dans un décanteur classique (non représenté) à travers une canalisation 11. Le peroxyde d'hydrogène est constitué par une solution aqueuse de titre compris entre 0s5 et 1 N. Le débit de peroxyde est réglé par rapport au débit d'eaux résiduaires et à leur teneur en matière polluante de façon que le rapport EP varie de O à 1,2. E, Les expérimentations sont effectuées dans les mêmes conditions que précedemment les disques tournant à une vitesse de Tordre de 10 tours/minute. La courbe représentée à la figure 6 donne le rendement d'épuration en fonction du rapport Ep . En pratique, Ee dans ce cas, le rendement est intéressant à partir d'un rapport EP superieur à 0,25. Pour des raisons d'économie on ntexcèdera E, pas 0,7. Notons que le support rotatif peut être entièrement contenu dans le bassin qui est alors prévu fermé les eaux résiduaires et le peroxyde d'hydrogène étant envoyés dans ce bassin pour immerger totalement ce support rotatif. Dans ce cas le peroxyde constitue la seule source d'oxygène et lera pport EP est ajusté à des valeurs supérieures au rapport précédent, et E, peut s'élever jusqu'à 1,5. La figure 7 illustre l'augmentation relative F - Fo du flux de pollution épuisée en fonction du rapport Ep. Fo Le flux de pollution épuisée représente la quan- tité de pollution réduite par unité de temps et par unité de surface du support. Fo est le flux sans apport de peroxyde F est le flux obtenu avec un apport de peroxyde correspondant à la valeur de Ep. La croissance prononcée de la courbe de la figure 7 montre que l'apport d'H202 permet en pratique de réduire considérablement les surfaces de support à utiliser. Pour une installation données la mise en oeuvre du procédé de l'invention permet donc d'augmenter la capacité d'épuration de celle ci. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux fermes de la description , mais en comprend toutes les variantes. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de traitement biologique aérobie d'eaux résiduaires, du type dans lequel les eaux résiduaires sont amenées au contact d'une biomasse fixée sur un support inerte, sont soustraites après une durée de contact déterminée et sont envoyées dans un décanteur pour séparer la phase liquide (eaux épurées) de la phase solide (boues), ledit prscedé étant caractérisé en ce que, préalablement ou simultanément à la mise en contact des eaux résiduaires avec la biomasse fixée, on mélange auxdites eaux du peroxyde d'hydrogène H202 ayant fonction de fournir à la biomasse fixée, au moment du contact des eaux avec celle-ci, la totalité ou la majeure partie de L'oxygène nécessaire à la dégradation des matières organiques et à la synthèse cellulaire. 2/ - Procédé de traitement biologique selon la revendication 1, dans lequel le support inerte consiste en un filtre ou garnissage en lit fixe, les eaux résiduaires et le peroxyde dthydrogène mélangé à celles-ci étant envoyés à une extrémité du filtre ou garnissage de façon à immerger totalement celui-ci. 3/ - Procédé de traitement biologique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le peroxyde d'hydrogène est mélangé aux eaux résiduaires en amont du filtre ou garnissage dans une proportion telle que le rapport Ep soit compris entre Ee e 0,8 et 2 où Ep est ltéquivalent en oxygène apporté par le pero xyde et Ee l'équivalent en oxygène de la pollution soluble des e eaux résiduaires avant mélange, exprimée en D.C.O. (Demande Chimique en Oxygène). 4/ - Procédé de traitement biologique selon la revendication 1 dans lequel le support inerte est un support rotatif disposé dans un bassin et sur lequel est fixée la biomasse, les eaux résiduaires et le peroxyde d'hydrogène mélangé à cellesci étant envoyés dans ce bassin de façon à immerger au moins partiellement ledit support rotatif. 5/ - Procédé de traitement biologique selon la revendication 4, caractérisé en-ce que le peroxyde d'hydrogène est mélangé aux eaux résiduaires dans une proportion telle que le rapport Ep soit compris entre 0,25 et 1,5 où Ep est l'équi- Ee E valent en oxygène apporté par le peroxyde et Ee ltéquivalent en e oxygène de la pollution soluble des eaux résiduaires avant mélange, exprimée en D.C.O. (Demande Chimique en oxygène). 6/ - Procédé de traitement biologique selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le support rotatif est entièrement contenu dans le bassin clos, les eaux résiduaires et le peroxyde d'hydrogène étant envoyés dans ce bassin de façon à immerger totalement ledit support rotatif. 7/ - Procédé de traitement biologique selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, S ou 6, appliqué à des eaux résiduaires à teneur en matière polluante variable dans le temps, caractérisé en ce que la proportion de peroxyde d'hydrogène mélangé aux e a ux résiduaires est régulée dans le temps en fonction croissante de la teneur en matière polluante, de façon à préser ver un rapport Ep très approximativement constant. Ee 8/ - Procédé de traitement biologique selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, dans lequel une partie des eaux épurées est recyclée après décantation, pour être mélangée aux eaux résiduaires d'entrée. 9/ - Procédé de traitement biologique selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, comprenant une période préalable de mise en régime au cours de laquelle les eaux résiduaires ne sont que partiellement épurées, ledit procédé étant caractérisé en ce que, au cours de cette période de mise en régime, on mélange du peroxyde d'hydrogène aux eaux résiduaires pour engendrer le développement et la fixation de la biomasse sur le support inerte.