Brevet FR2446259A1 — publié le 19800808

La présente invention est relative à un procédé et un appareil pour I'élimination de la pollution azotés des eaux, applicables à des eaux d'origine quelconque et en particulier à des eaux destinées à l'alimentation. Depuis quelques années en raison de ltaccroissement généralisé de la pollution des eaux, la nécessité est apparue d'éliminernon seulement le carbone mais aussi l'azote des eaux usées. Cette élimination s'effectue habituellement par voie biologique et consiste à provoquer au moyen de bactéries, la trangformation de 1l'azote organique et ammoniacal en nitrates (stade de nitrification) puis à réduire ceux-ci avec élimination de l'azote sous forme gazeuse (stade de dénitrification). ll est également apparu que les eaux destinées à l'alimentation,prove- nant des eaux de surface formées d'eaux de pluie, d'eaux de drainage des sols, d'eaux résiduaires traitées ou non, contiennent, en l'absence de traitement de nitrification-dénitrification, des quantités d'azote trop importantes. Cet azote se trouvant sous forme de nitrates dans liteau d'alimentation est susceptible de provoquer chez les nourrissons une intoxication mortelle appelée méthémoglobinémie, provenant des nitrites formés in vivo dans l'estomac des enfants en bas age, à la suite d'une réduction bactérienne des nitrates en nitrites. En outre, les nitrites présents dans liteau d'alimentation sont susceptibles de former avec les amines des nitrosamines cancérigènes. La législation française exige que, dans les eaux destinées à ltalimen- tation, la concentration en nitrites soit inférieure à 0, 1 mg/l et la concentration en ammoniaque inférieure å 0, s mg/l. De nombreux procédés de nitrification-dénitrification ont déjà été décrits, utilisant la fixation de microorganismes bactériens sur un support de matériau granulaire, à travers lequel on fait passer l'eau à nitrifier, et/ou à dénitrifier, entre autres les procédés décrits par B. Atkinson et M. I. Abdel Rahman Ali dans Water Research (1978) Vol. 12, N 3, Pages 147-156 "The effectiveness of biomass hold up and packing surface in trickling filters", et par J. S. Jeris, C. Beer et J.A. Mùeller dans J. W. P. C. F. (1974) Vol. 46, N09 - pages 21182128 "High rate biological denitrification using a granular fluidised bed" . L'inconvénient majeur de cas procédés est la difficulté du lavage du matériau support, les processus de nitrification et/ou dénitrification donnant lieu à une production de boues importante qui colmatent rapidement le support granulaire. Les procédés couramment utilisés pour éliminer la zooglée bactérienne de son support granulaire consistent à prélever une partie déterminée de l'amalgame support granulaire tel que sable - boues du réacteur biologique et à employer une méthode de séparation extérieure - agitation mécanique, séparation par hydrocyclone ou tamis vibrant - ; un dispositif pour le recyclage du support granulaire,tel que sable,propre dans le réacteur biologique étant alors nécessaire. Un autre procédé connu consiste à agiter les particules du lit de matériau support par insufflation d'air comprimé et à éliminer partiellement par frottement de cet air le développement excédentaire de zooglée bactérienne. Après stabilisation du lit par réduction du débit entrant, les particules éliminées sont évacuées hors de l'appareil et le débit est ramené à sa valeur normale. Il y a donc interruption momentanée de la fluidisation du lit et baisse de l'efficacité du traitement. La présente invention permet l'élimination de la pollution azotée des eaux avec obtention et contrôle de la répartition homogène de la zooglée bactérienne sur le matériau support granulaire, dans des conditions optimales pour ltobtention d'une bonne nitrification/dénitrification. La présente invention concerne un procédé pour l'éliminatjo n de la pollution azotée des eaux par fixation de microorganismes bactériens sur un support constitué par un lit de matériau granulaire à travers lequel on# fait passer de bas en haut l'eau à nitrifier et/ou à dénitrifier, ce procédé consistant à soumettre systématiquement le matériau-support granulaire, sable par exemple, à une recirculation interne sous l'effet d'un moyen qui entraxe par frottement, lors de cette recirculation, l'élimination de ltencrassement intergranulaire et de ltenrobage des grains du support se produisant lors du passage de l'eau à travers le matériau et par la prolifération bactérienne. Le matériau support recirculé est réensemencé progressivement. Quant à l'excès de microorganismes bactériens éliminé lors de la recirculation, il se rassemble, sous l'effet du courant ascendant provoqué dans le matériau support, à la partie supérieure du lit, ou de l'appareil, d1o# il est évacué. Le procédé, qui peut être réalisé suivant un cycle continu ou discontinu, détermine une régénération efficace du support et par voie de conséquence une exploitation rationnelle du procédé de dénitrification par voie biologique. Le procédé suivant l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre au moyen d'un appareil qui consiste en un réacteur de forme quelconque, cylindrique ou conique par exemple, empli de matériau granulaire, sable de préférence, se présentant sous la forme d'un lit et servant de support aux microorganismes bactériens nécessaires à la nitrification et/ou dénitrification de l'eau à traiter traversant le réacteur de bas en haut, ce réacteur étant muni d'au moins un hydroéjecteur assurant en continu ou en discontinu la recirculation dudit matériau par aspiration de celui-ci à sa partie supérieure et réintroduction dans le lit, à sa partie inférieure, des grains de matériau débarrassés sous lteffet du frottement exercé par l'eau, au cours de leur passage dans lfhydroéjecteur, des microorganismes bactériens en excès, ces derniers étant eux-mêmes réintroduits dans le lit et amenés sous l'effet des courants ascendants de l'eau à traiter et/ou de l'eau sortant de lthydroéjecteurt à se rassembler à la partie supérieure de I 'appareil d'où ils sont évacués. Grâce au procédé suivant l'invention, la répartition de la zooglée bactérienne est homogène dans le lit de matériau granulaire; en effet, les grains de matériau enrobés d'un excès de zooglée se trouvent à la partie supérieure du lit et sont immédiatement aspirés par lthydroéjecteur et débarrassés de cet excès. A leur sortie de I'hydroéjecteur et après leur réintroduction dans le lit, ils ont retrouvé leur état initial et ne sont plus que faiblement enrobés d'organismes nitrifiants ou dénitrifiants. On obtient ainsi une régulation de la croissance bactérienne favorisant la nitrification ou la dénitrification; il ntexiste plus de grains de matériau enrobés d'une couche de microorganismes de plus de 0, 5 à 1 mm, causes de mauvais rendements. L'excès de microorganismes rejetés par l'hydroéjecteur constitue une boue très légère Elle est formée par excès de microorganismes fixés sur les grains et aussi par les boues intergranulaires, les uns et les autres éliminés de ces grains; elle est rapidement entraînée sous forme de "panache" vers la partie supérieure de l'appareil et la canalisation d'évacuation quril comporte. Dans une disposition de l'appareil fonctionnant en continu, destiné à nitrifier et/ou dénitrifier des eaux résiduaires, le réacteur, de forme conique, est muni de deux hydroéjecteurs aspirant les grains de matériau de la partie supérieure du lit dans des compartiments accolés au réacteur et comportant à leur base une ouverture munie d'un obturateur réglable communiquant avec que excès de ce dernier, par laquelle sont recirculés les grains de matériau propre tandis/ microorganismes bactériens se rassemble à la partie supérieure dudit compartiment, pour en être évacués. Dans une disposition préférée de l'appareil fonctionnant en discontinu, destiné à dénitrifier des eaux pour l'alimentation humaine, le réacteur est muni d'un hydroéjecteur disposé au sein même du lit de matériau granulaire, dans la partie supérieure de ce lit, représentant 30 à 50 % de la hauteur totale du lit. Lthydroéjecteur aspirant le matériau granulaire de la partie supérieure du lit est avantageusement muni d'un tube de refoulement dont la longueur est choisie en fonction du temps de recirculation désiré. Pour un fonctionnement en discontinu, on alimente par exemple l'hydro 3 éjecteur à raison de 1, 5 m /h pendant 5 à 6 minutes, temps pendant lequel environ 10 % de la partie supérieure du lit est aspirée dans l'hydroéjecteur et recirculée après nettoyage. Cette vitesse de chute relative dépend de la vitesse ascensionnelle de liteau à traiter dans le réacteur. Pour des vitesses de fonctionnement élevées, de l'ordre de 30 m/h, la vitesse relative de chute du support propre est plus faible que pour une vitesse nominale de fonctionnement de 15 m/h. Dans le cas de fortes vitesses de fonctionnement et pour assurer une bonne recirculation des grains du support, il convient d'augmenter la longueur du tube de refoulement adapté sur la sortie de l'hydroéjecteur. Dans ces conditions, le matériau support atteindra plus rapidement le fond du réacteur et sera alors repris par les microorganismes bactériens pour être réensemencé progressivement. Ainsi, le cycle de recirculation du support et par voie de conséquence le rendement de dénitrification peuvent être améliorés. D'autre part, une grande longueur du tube de refoulement permet une meilleure homogénéisation de la matière biologique, ce qui augmente encore le rendement de dénitrification et l'efficacité d'exploitation. Dans certains cas défavorables (eau de surface très chargée, par exemple), on peut même refouler le support propre au fond du réacteur directement par un tube de refoulement de longueur égale à la hauteur du réacteur. Dans le cas d'une utilisation en continu, le sable peut être réintroduit de la même manière à différentes hauteurs du lit, selon que iron veut augmenter ou diminuer le temps du cycle de recirculation. La description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, permettra de mieux comprendre l'invention. La figure 1 représente schématiquement, en coupe, un appareil suivant l'invention, destiné à traiter des eaux résiduaires et travaillant en continu. La figure 2, analogue à la figure 1, représenteun appareil suivant l'invention, destiné à traiter des eaux pour l'alimentation humaine et travaillant en discontinu. n est bien précisé qutil s'agit uniquement d'exemples, n'ayant aucun caractère limitatif. Suivant la fig. 1, le réacteur 1, de forme générale conique, empli de matériau granulaire 2, par exemple du sable, est muni de deux hydroéjecteurs 3, 3 alimentés chacun en eau motrice par une tuyauterie 4, 4', et disposés chacun dans un compartiment 5, 5t accolé au réacteur, à la partie supérieure de celuici, sur une hauteur de 5 à 30 % de la hauteur totale du réacteur. Ces compartiments communiquent par leur base avec le réacteur par une ouverture 6, 6' munie d'un obturateur réglable. L'eau à traiter est introduite par la canalisation 7 à la partie inférieure du réacteur et traverse le lit de sable ensemencé en microorganismes bactériens, y subissant une nitrification et/ou une dénitrification et est recueillie, une fois traitée, par la tuyauterie 8. Au cours du traitement la zooglée bactérienne croft autour des grains de sable et ceux-ci remontent à la partie supérieure du lit qui se trouve encrassée: elle est donc aspirée en continu par les tuyauteries 9, 9' vers les hydroéjecteurs 3, 3', par l'intermédiaire de l'eau motrice arrivant en 4, 4', les hydroéjecteurstravaillant à un débit très faible, 1 % environ du débit nominal du réacteur.Le sable propre, séparé par friction, dans les hydroéjecteurs, de l'excès de microorganismes bactériens, est recirculé dans le lit de matériau par l'ouverture 6, 6' mettant en communication le compartiment 5, 5' et le réacteur. Les boues formées par l'excès de microorganismes séparés du sable, remontent à la surface des compartiments 5, 5' et sont évacuées en 10, 10'. Le sable étant recirculé en continu dans le réacteur de nitrification/dénitrification, la hauteur du lit de sable est maintenue constante, ce qui représente une facilité de mise en oeuvre appréciable. Suivant la figure 2, le réacteur 1, empli de matériau granulaire 2, par exemple du sable, est muni d'un hydroéjecteur 3 alimenté en eau motrice par la tuyauterie 4 et disposé au sein du lit de matériau à une hauteur de la surface de ce lit égale à 10-20 % de la hauteur totale du réacteur. L'hydroéjecteur est muni d'une tuyauterie 11 d'aspiration et dtun tube de refoulement 12, dont la longueur est choisie en fonction du temps de recirculation souhaité et dont l'extrémité inférieure débouche dans la partie inférieure du lit de sable. L'eau à traiter est introduite par la canalisation 7 à la partie inférieure du réacteur et traverse le lit de sable ensemencé en microorganismes bactériens, y subissant une nitrification/dénitrification, et est recueillie, une fois traitée, par la tuyauterie 8. Au cours du traitement la zooglée bactérienne croit ainsi légèrement (environ de 10 % en 24 heures); avant que le lit n'atteigne la tuyauterie 10 d'évacuation des boues, il est aspiré par l'eau motrice de l'hydroéjecteur, mis en service après fermeture de la vanne sur la canalisation 8 d'eau traitée.Après frottement exercé par liteau de l'hydroéjecteur, le matériau granulaire régénéré, plus dense, sort de I'hydroéjecteur par le tube de refoulement 12 et tombe au fond du réacteur alors que l'excès de boue biologique formée par la zooglée bactérienne libérée, remonte à la surface du lit et est éliminée par la tuyauterie 10. Ce mode d'utilisation du réacteur suivant l'invention en discontinu nécessite l'arrêt de l'installation pendant 1 % du temps de fonctionnement et consomme en eau de lavage environ 0, 5 % du débit d'eau à traiter. On a ainsi dénitrifié une eau destinée à la consommation dans un réacteur 3 suivant l'invention; pour un débit d'eau à traiter de 100 à 300 m /h on a utilisé un réacteur de 3 m marchant en discontinu, muni d'un hydroéjecteur compor 3 tant un tube de refoulement de 0, 5 m et marchant à un débit de 5 à 50 m pendant 10 minutes. On a par ailleurs dénitrifié une eau de surface chargée dans un réacteur de 4 m de hauteur suivant l'invention, - l'orifice de communication entre le réacteur et le compartiment contenant I'hydroéjecteur étant situé à une hauteur 3 de 2 m - ce réacteur étant utilisé en continu. Pour un débit de 100 à 300 m d'eau à traiter entrant dans le réacteur, lthydroéjecteur était alimenté en 3 continu avec un débit de 2 à 30 m /h. REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'élimination de la pollution azotée d'eau par utilisation de microorganismes bactériens, provoquant la nitrification et/ou la dénitrification de liteau, fixés sur un matériau granulaire servant de support aux microorganismes et formant un lit à travers lequel l'eau est amenée à passer de bas en haut, ce procédé étant caractérisé en ce qutil consiste à soumettre systématiquement le support granulaire, tel que sable, à une recirculation interne sous l'effet d'un moyen qui entrait, par frottement pendant cette recirculation, la séparation, du matériau granulaire, de l'excès de microorganismes bactériens et lwamenée dudit excès de microorganismes bactériens à la partie supérieure du lit, d'où il est évacué. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à provoquer la recirculation du support granulaire et son nettoyage consiste en de l'eau sous pression, sous forme d'un courant dans lequel est aspiré le matériau granulaire et qui est dirigé de haut en bas du lit. 3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la recirculation interne systématique du matériau granulaire est continue, l'excès de microorganismes bactériens étant également évacué en continu. 4) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la recirculation interne systématique du matériau granulaire est discontinue. 5) Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, consistant en un réacteur de forme quelconque, cylindrique ou conique par exemple, empli de matériau granulaire, sable de préférence, formant un lit servant de support aux microorganismes nécessaires à la nitrification et/ou la dénitrification de liteau à traiter, caractérisé en ce que, l'eau à traiter traversant le lit de matériau granulaire de bas en haut, au moins un hydroéjecteur assure la recirculationdu matériau par aspiration de celui-ci et réintroduction dans le lit des grains de matériau débarrassés de excès de microorganismes bactériens et de la boue constituée par cet excès de microorganismes, cette boue étant évacuée à la partiesupérieure du réacteur. 6) Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lthydro- éjecteur est disposé dans un compartiment accolé au réacteur et communiquant avec lui par sa base, lthydroéjecteur fonctionnant en continu. 7) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le compartiment contenant l'hydroéjecteur est prévu à la partie supérieure du réacteur et règne sur une hauteur variant entre 10 et 50 % de la hauteur du réacteur. 8) Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lthydro- éjecteur est disposé au sein du lit de matériau granulaire emplissant le réacteur et fonctionne en discontinu. 9) Appareil suivant ltune quelconque des revendications 5 et 8, caractérisé en ce que lthydroéjecteur est muni d'un tube de refoulement dont la longueur est choisie en fonction du temps de recirculation du matériau.