Brevet FR2449658A1 — publié le 19800919

La présente invention concerne un procédé de régulation pour l'épuration des eaux ou effluents liquides par lits bactériens et boues activées combinés. On sait déjà procéder à l'épuration des eaux en faisant appel soit à des lits bactériens, soit à des traitements par boues activées, soit encore en associant ces deux traitements. Les lits bactériens traditionnels avec remplissage en pouzzolane ou roches d'origines diverses permettent d'obtenir un rendement d'épuration modéré (60 à 80 %) ; leur exploitation est assez simple et elle nécessite peu d1énergie.les remplissages en matériaux en matière plastique synthétique confèrent aux lits bactériens des performances un peu différentes. Habituellement, ces matériaux synthétiques ont une surface spécifique élevée pouvant dépasser 200 m2/m3. la section de passage pour l'eau et l'air est beaucoup plus forte et plus régulière que celles des matériaux naturels. En conséquence, il est possible d'épurer des effluents plus concentrés en produits polluants, pratiquement sans risque de colmatage. Cependant, le rendement d'épuration est généralement plus faible que dans le cas des lits bactériens traditionnels (50 à 70 %).Cela provient de l'importance de la masse biologique retenue par unité de volume, masse qui est proportionnellement plus réduite dans le cas des remplissages en matériaux plastiques. les boues activées permettent d'obtenir un rendement d'épuration plus élevé (80 à 90 %) mais avec une dépense d'énergie sensiblement plus élevée que celle correspondant à l'utilisation d'un lit bactérien. On citera à titre d'exemple une dépense moyenne de 300 Wh/kg de DBO éliminée avec les lits bactériens et de 1 ki.(Jh/kg de DBO éliminée avec les boues activées (soit 1 MJ contre 3,6 MJ par kg de DBO éliminée). Ces valeurs dépendent, bien entendu, de la nature des effluents, du type d'installation et du rendement désiré. Ils peuvent donc varier très largement. En contrepartie, les lits bactériens sont un peu plus coûteux en investissement et ils ne permettent pas d'atteindre un rendement aussi élevé que dans le cas des boues activées. Pour ce qui est de la combinaison traitement sur lit bactérien + traitement par boues activées, le premier est utilisé pour les cinétiques rapides :transfert "effluent-micro organismes" et aération. Ces fonctions sont réalisées économiquement grâce au ruissellement sur une surface développée importante. Les boues activées, au contraire, interviennent pour la maturation de la masse biologique (niveau trophique plus avancé, correspondant à des espèces ayant des métabolismes plus lents), chacun de ces traitements étant conduit de façon indépendante et n'intervenant pas l'un sur l'autre. Or, la présente invention vise une telle combinaison d'un traitement d'épuration par lit bactérien et d'un traitement d'épuration par boues activées assurant en continu un transfert d'oxygène suffisant du premier stade au second, ainsi qu'un contact intime avec les microorganismes maintenus en activité. Suivant une caractéristique, l'oxygène nécessaire aux microorganismes dans l'opération de traitement par boues activées est fourni par l'effluent provenant de l'opération de traitement par lit bactérien, les conditions de marche de l'opération d'épuration par boues activées étant réglées en fonction de cet apport en oxygène. L'invention fournit donc un procédé de régulation pour l'é- puration des eaux ou effluents essentiellement caractérisé par le fait que l'on traite lesdits effluents pollués dans le lit bactérien, que l'on admet directement le liquide issu de ce traitement dans une cuve de traitement par boues activées et que l'on fait varier le volume du contenu de cette cuve et/ou la concentration en microorganismes ou en boues activées et/ou le débit de l'effluent pollué à traiter pour maintenir des valeurs optimales en DBO et/ou en DCO et en matières en suspension. Suivant un mode de réalisation avantageux, le liquide issu du lit bactérien est admis directement par gravité dans la cuve de boues activées sous forme de pluie et le niveau du contenu de cette cuve pour maintenir les conditions optimales est réglé en fonction de la teneur en oxygène présente dans ladite cuve, teneur en oxygènedonnée par tous appareils d'analyse appropriée. Pour la mise en oeuvre de l'invention, l'appareil de détermination de la teneur en oxygène commande un système de détecteur de niveau et de vannes permettant de maintenir le volume et/ou la concentration du contenu de la cuve de boues activées aux valeurs désirées, lesdites vannes étant prévues sur des conduites de recyclage de l'effluent épuré et sur des conduites d'évacuation ou de recyclage des boues concentrées. Suivant une caractéristique avantageuse, la cuve de boues activées présente une section égale à celle du lit bactérien. En procédant de la sorte, les gouttelettes provenant dudit lit bactérien et qui sont. chargées d'oxygène et de microorganismes avec une concentration en oxygène dissous proche de la saturation se répartissent sur toute la surface du contenu de la cuve et traversent la totalité de son volume en fournissant oxygène necessaire à l'opération au fur et à mesure de leur progression au sein du volume de cette cuve. On comprendra alors aisément que la hauteur du liquide contenu dans la cuve peut être réglé de façon que la consommation d'oxygène par les microorganismes ntentralne pas pour eux une anoxie notable avant qu'ils aient atteint le fond de la cuve. Cette hauteur et le volume du contenu de la cuve dépendent de la concentration en polluants, de leur biodégradabilité, des débits de recyclage, etc.Bien entendu,les boues déposées peuvent être maintenues en suspension ou évacuées par des moyens appropriés connu En procédant de la sorte, il est possible de réaliser une épuration favorable tout en consommant le minimum d'énergie, énergie qui ne se traduit que par celle nécessaire pour le recyclage du liquide provenant de la cuve de boues activées et éventuellement pour l'évacuation des boues et le sous-tirage de l'effluent épuré. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé illustrant schématiquement une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention. En se référant à ce dessin, Q désigne le débit d'effluent à épurer (variable) Qf désigne le débit pompé et admis au lit bactérien P désigne une-pompe LB désigne le lit bactérien BA désigne la cuve de boues activées à niveau réglable au moyen de D F désigne un organe de réglage du débit sortant de BA permettant ainsi de régler le niveau de BA DS désigne un décanteur Rè ru désigne le débit de recyclage des boues activées VRb désigne la vanne de réglage du débit de recyclage Rb R e désigne le débit de recyclage d'eau épurée VRe désigne le dispositif de réglage du débit de recy clage Re permettant de fournir un débit égal à Qf#(Q+Rb) EE désigne l'effluent épuré O désigne une sonde-de mesure d'oxygène dissous. L'invention consistant à suivre le traitement en boues activées en fonction de l'apport en oxygène ou des besoins en oxygène se traduisant par une action sur le niveau, la concentration du contenu de la cuve de boues activées et/ou sur la quantité de ces boues, en vue d'une amélioration-du rendement ou d'une économie d'énergie, on procède de la façon suivante Suivant le résultat fourni par la sonde de mesure d'oxygène dissous, et grâce à la disposition des unités les unes par rapport aux autres, il est possible d'améliorer le rendement d'épuration en agissant - soit sur la concentration des boues activées (varia tion de Rb grâce à VRb commandée par tout moyen approprié ou variation de Re grâce à VRe), - soit sur le volume des boues activées (réglage du niveau N dans la cuve BA grâce à F également asservie). Inversement, lorsque la pollution est faible ou que le rendement est excédentaire, le dispositif selon l'invention permet de réduire soit Rb, soit le volume de BA. L'invention permet également de réaliser des économies d'énergie en limitant le pompage par P aux besoins stricts. C'est ainsi que - si la teneur en oxygène dissous est supérieure à une valeur préalablement fixée (par exemple 1 mg/litre), le dispositif de commande - non représenté - associé à la sonde 0, agit sur la pompe P et, par conséquent, sur le débit de pompage Qf tout en s'assurant que le film biologique dans la cuve Bh soit toujours humide, ce qui implique un débit minimal - si la teneur en oxygène dissous est trop faible (infé rieure à 1 mg/litre), ltaction sur la pompe P par le dispositif commandé par O se traduit par une augmenta tion du débit de pompage Qf tout en veillant à ne pas risquer de lessiver le film biologique. Dans tous les cas, il importe que l'aération soit adaptée aux besoins. Cette adaptation est réalisée, selon l'invention par action sur les débits de recyclage. Bien entendu, on comprendra aisément qu'il est également possible de compenser un abaissement éventuel de la concentration en oxygène dissous par la mise en service d'équipements supplémentaires appropriés tels que insufflateurs d'air, turbines, etc. On comprendra aussi que lorsque les équipements en place ne permettent pas d'augmenter suffisamment la capacité d'aération, on peut être contraint à réduire la masse des boues (donc de les évacuer, par exemple en B) lorsque la concentration en oxygène dissous s'abaisse de trop. En conséquence, l'invention permet d'atteindre un compromis : la masse biologique est augmentée pour améliorer le rendement ; ce dernier est réduit si la capacité d'aération est insuffisante ou si l'on désire limiter les dépenses d'énergie. Grâce à l'invention, les divers réglages (débit et point de recyclage, volume de cuve, aération complémentaire, etc.) peuvent être automatisés en fonction d'un seul paramètre, à savoir l'activité biologique dans le système. En effet, le rendement d'épuration varie dans le même sens que cette activité biologique. Par ailleurs, les besoins en oxygène (et en énergie) sont également une fonction de l'activité biologique. Ainsi donc, avec les microorganismes aérobies qui assurent l'essentiel de l'épuration, il est aisé de déterminer le niveau d'activité d'après la consommation d'oxygène. Dans un système tel que celui de l'invention (lit bactérien associé à une cuve d'aération), le transfert d'oxygène dépend des réglages, et il peut être connu. En conséquence, l'avantage de l'in vention réside dans une simple mesure d'oxygène dissous (sonde O) dans une zone de consommation, mesure qui donne une information directement liée à l'activité biologique : Une baisse d'oxygène dissous résulte d'un accroissement de consommation et inversement. L'électrode ou sonde (O) d'oxygène dissous peut être placée à un niveau intermédiaire dans la cuve. Les réglages des différents débits sont donc effectués en fonction de la valeur mesurée sachant qu'il faut éviter des zones et périodes d'anoxie et qu'au-delà d'une certaine valeur (par exemple 1 mg/litre environ) dans la zone la plus défavorisée, les résultats ne sont en général par améliorés. En mettant en oeuvre le procédé de l'invention, il est possible d'avoir un gain en rendement d'épuration de 10 % environ par rapport au lit bactérien seul ou une dépense d'énergie à peine supérieure comparativement à des lits bactériens dont les caractéristiques ont été rappelées dans le préambule de la présente description pour le traitement d'un méme effluent. Il va de SOl que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement illustratif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications annexées. REVEN3IC2TIONS 1. Procédé de régulation pour l'épuration des eaux ou effluents pollués par combinaison d'un traitement d'épuration par lit bactérien et d'un traitement d'épuration par boues activées, caractérisé par le fait qu'on assure un transfert d'oxygène suffisant du premier stade au second ainsi qu'un contact intime avec les microorganismes maintenus en activité, ledit transfert et ledit contact intime étant réalisés par l'effluent provenant de l'opération de traitement par lit bactérien et admis dans le traitement d'épuration par boues. activées, les conditions de marche de ce dernier étant réglées et entretenues en fonction de 1 'apport et de la consommation en oxygène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on traite lesdits effluents pollués dans le lit bactérien, que l'on admet directement le liquide issu de ce traitement dans une cuve de traitement par boues activées et que l'on fait varier le volume du contenu de cette cuve et/ou la concentration en microorganismes ou en boues activées et/ou le débit de l'effluent pollué à traiter pour maintenir des valeurs optimales en DBO et/ou en DCO et en matières en suspension. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide issu du lit bactérien est admis directement par gravité dans la cuve de boues activées sous forme de pluie et le niveau duesetontenu de cette cuve pour maintenir les conditions optimales\kéglé en fonction de la teneur en oxygène présente dans ladite cuve, teneur en oxygène donnée par tous appareils d'analyse appropriée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'appareil de détermination de la teneur en oxygène commande un système de détecteur de niveau et de vannes permettant de maintenir le volume et/ou la concentration du contenu de la cuve de boues activées aux valeurs désirées, lesdites vannes étant prévues sur des conduites de recyclage de l'effluent épuré et sur des conduites d'évacuation ou de recyclage des boues concentrées.