Brevet FR2464231A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un procédé d'épu- xation biologique des eaux usées par oxydation, suivant lequel on fait passer les eaux usées par un espace d'oxy- dation comprenant de la boue activée aérobie avec un débit tel que le temps de séjour dans l'espace d'oxyda- tion soit de 0,3 à 20 heures et que la charge volumique de demande chimique en oxygène soit de 4 à 50 kg par m3 et par jour et que la charge volumique d'azote soit au maximum de 2,5 kg par m3 et par jour, on entretient dans l'espace d'oxydation un pH de 5 à 9 et on sépare en substance com- plètement les eaux usées épurées quittant l'espace d'oxy- dation de la boue activée aérobie puis on recycle la boue séparée à l'espace d'oxydation. Un tel procédé est en substance connu par sa description dans le brevet anglais n 1.341.107. Suivant ce brevet, les eaux usées provenant d'in- dustries traitant des produits agricoles ou provenant d'industries alimentaires, c'est-à-dire des eaux usées fortement contaminées ayant une demande chimique en oxy- gène qui peut même excéder 16 kg par m3, sont admises, à un débit constant,dans un espace d'oxydation dans lequel est maintenue. une température de 12 à 40O C et dans le- quel l'eau est maintenue en mouvement turbulent par in- jection d'air à un débit de 0,2 à 2 m3 par m3 d'eau et par minute, de sorte que les solides et la boue activée aérobie se répartissent de manière homogène dans les eaux usées; pax conséquent avec un temps de séjour des eaux usées dans l'espace d'oxydation tombant entre les limites pxécitées et avec un recyclage complet de la boue activée aérobie séparée de l'eau purifiée, par centrifugation, filtration ou décantation et avec une charge volumique par joux comprise entre les limites précitées, il s'têta- blit des conditions stables dans lesquelles la concen- tration en boue dans l'espace d'oxydation est:elati- vement élevée et sensiblement constantes, conditions dans lesquelles l'énergie,dégagée par l'oxy- dation des substances qui créent la demande chimique eno- gène,est consommée poux l'entxetien de la boue activée aérobie et la demande chimique en oxygène des eaux usées subit une réduction considérable. L'exemple du brevet anglais précité décrit l'épuration des eaux usées d'une sucrerie, opéxation pour laquelle on fait passer ces eaux usées, ayant une demande chimique en oxygène de 5,4 kg par m3, à un débit constant de 2 m3 par heure par un réacteur d'une hauteur de 8 m et d'un diamètre de 1,6 m (volume de 16 m3) dans lequel on maintient une température de 20 C et dans le- quel on établit une vive circulation des eaux usées, grace à une chemise cylindrique agencée concentriquement autoux de l'axe du fond du réacteur et grâce à une injection d'air au débit de 0,55 m3 par minute et pax m d'eau usée non expansée. Avec un temps de séjour de 4 heures dans le réacteur et avec un recyclage complet de la boue acti- vée aérobie, on atteint une concentration en boue dans l'espace d'oxydation de)0 g de matière sèche par litre et une réduction de la demande chimique en oxygène des eaux usées de 51g par m (soit 92% de la valeur initiale de la demande chimique en oxygène). Ce procédé se prête éminemment à l'épuration des eaux usées ayant une demande chimique en oxygène sensiblement constante, par exemple les eaux usées d'une sucrerie dans laquelle il est aisé d'entretenir un débit constant d'eau usée parce que la quantité d'eau usée produite d'heure en heure est sensiblement constante, mais ce procédé n'est cependant pas fort commode. La séparation entre la boue activée aérobie et l'eau puri- fiée par centrifugation ou filtration consomme beaucoup d'énergie, tandis que la séparation par sédimentation de cette boue qui avait été dispersée de manière homo- gène dans les eaux usées est une opération lente qui exige des bassins de sédimentation de très grande dimen- sion. En outre, des eaux usées ayant une demande chi- Mnique en oxygène constante sont en fait exceptionnelles et de plus les quantités d'eaux usées amenées à l'épura- tion varient généralement beaucoup. La Demandexesse a découvert à présent qu'un pro- cédé du genre précité assure une épuration fiable des eaux usées et une séparation commode entre la boue ac- tivée aéxobie et l'eau purifiée, même lorsque la demande chimique en oxygène des eaux usées varie entre environ 300 g/m3 (eau usée domestique) et 20 kg/m3 (valeur qui peut être observée dans les eaux usées des industries de la úermentation) et même lorsque des quantités varia- bles d'eau usée sont disponibles, lorsque la boue activée aéoobie est fixée sur un support et que la boueest sépaxée,par sédimentation, de l'eau usée quittant l'espace d'oxydation. Les particules du support portant la boue acti- vée aérobie sont suffisamment lourdes pour sédi- menter rapidement et régulièrement et la surveillance de la sédimentation par du personnel qualifié nt'est pra- tiquement pas nécessaire. Alors que les bassins de sédimentation utilisés dans le procédé du brevet anglais n 1.341.107 doivent, en raison de la nature de la boue dispersée, être volumi- neux au point de devoir être situés nécessairement sur ou dans le sol, de sorte que des moyens spéciaux (par exemple conduites de recyclage avec pompes) sont néces- sailes pour recycler la boue sédimentée à l'espace d'oxy- dation, la fixation de la boue sur un support, conformé- ment à la présente invention,pexmet que les dimensions du bassin de sédimentation soient suffisamment petites pour qu'il puisse être instalé à un niveau supérieur à celui de l'espace d'oxydation. Il en résulte une économie d'encombrement au sol et, de plus, la boue sédimentée peut être recyclée par gravité à l'espace d'oxydation. Il est préférable d'agencer le bassin de sédimentation à un tel niveau élevé. En particulier, lorsque l'espace d'oxydation est matérialisé par une colonne de réaction dans la- quelle les eaux usées à épurer passent en sens ascen- dant, cette forme de réalisation offre la possibilité de monter le bassin de sédimentation au-dessus de l'espace d'oxydation. Toute matière granulaire ayant un poids spécifi- que de plus de 1000 kg/m3 convient comme support pour fixer la boue. Du sable d'une granulométrie moyenne de 0,1 à 2 mm est préféré comme support. Ce sable est facile à obtenir et peu onéreux, a de bonnes propriétés mécaniques (il ne se désagrège pas) et un poids spécifi- que favorable et,de plus,la boue activée aérobie adhère fort bien au sable. Pour une granulométrie de 0,1 à 2 -mm, on dispose de particules couvertes de boue activée présentant une surface effective optimale; les particu- les de moins de 0,1 mm ne conviennent pas du fait que les particules recouvertes par la boue sédimen- tent assez médiocrement. Les particules d'un diamè- tre de plus Qe 2 mm ont une surface spécifique tellement faible pour la fixation de la boue que la concentration en boue qu'il est possible d'atteindre dans l'espace d'oxydation est insuffisante. L'épuration biologique des eaux usées par oxyda- tion conformément à l'invention peut être effectuée à la température qui s'établit spontanément dans le volume d'oxydation. Pour des eaux usées domestiques ayant d'habitude une température de 10 à 200 C, l'épuration peut par conséquent être effectuée à une température de 10 à 20 C. En règle générale, les eaux usées indus- trielles ont une température plus élevée tombant dans l'intervalle de 10 à 60 C. Par conséquent, leur épura- tion est de préférence effectuée à une température de à 60 C et en particulier de 30 à 500C parce que l'ac- tivité des micro-organismes est optimale à une telle température. Une telle température est en général atteinte facilement avec les eaux usées industrielles parce que d'habitude celles-ci sont chaudes et ont une demande chimique en oxygène élevée provoquant une cer- taine hausse de la tempéxature pendant l'épuration aéro- bie. Dans le volume d'oxydation, la répartition des particules de susoOt poetant la boue activée aérobie est utilement favorisée, de la manière décrite dans le brevet anglais n 1.341.107, par injection d'air, éventuellement en association avec une agitation. L'injection d'air assure aussi l'apport d'oxy- gène nécessaire pour l'oxydation de la demande chimique en oxygène des eaux usées. Du fait que les particules du sunDort auxquelles la boue activée aérobie est fixée sont bien réparties dans le volume d'oxydation, même des eaux usées d'une composition variant beaucoup peuvent être épurées telles quelles; il n'est pas nécessaire de prendre des mesures particulières pour atténuer les fluctuations de la demande chimique en oxygène et de la teneur en azote ou d'effectuer des corrections du pH sur les eaux usées entrantes. Même lorsque le pH des eaux usées varie entre 3 et 11, le pH dans l'espace. d'oxydation apparaît sta- bilisé entre 5 et 8. Par ajustement de la quantité d'air (nécessaire pour apporter l'oxygène et pour disperser dans l'espace d'oxydation les particules de support auquelles laboue ac- tivée aérobie est fixée) il est possible d'obtenir que le, gaz quittant l'espace d'oxydation ait une teneur en dioxyde de carbone de 5 à 15 % en volume. Un tel ajustement est préféré du fait que le pH dans l'espace d'oxydation est alors optimal pour une épuration maximale. L'invention est illustrée par l'exemple suivant donné avec référence au dessin qui représente schémati- quement un espace d'oxydation sous la forme d'une colon- ne verticale dans laquelle des eaux usées sont épurées, au moyen de boue activée aérobie, en passant en sens ascendant dans la colonne, l'espace d'oxydation étant sur- monté d'un bassin de sédimentation dans lequel la boue activée fixée au support est séparée des eaux usées épurées et est recyclée directement à l'espace d'oxydation. EXEMPILE Le présent exemple décrit l'épuration biologique des eaux usées pax oxydation, dans une colonne telle que celle illustrée au dessin. La colonne 11 a une hauteur de 6,5 m, un diamètre de 25 cm et un volume utile de 300 litres. Au sommet de la colonne 11 est agencé un bassin de sédimentation 12 d'une pxofondeuT de 75 cm muni d'un trop-plein poux la sortie de l'eau épurée 13 et d'une conduite de dégazage 14. La colonne est munie à sa partie inférieure d'une admission 15 pour les eaux usées ainsi que d'une admission d'air 16 débouchant dans un distributeur en fomme d'étoile. De la vapeuz d'eau peut être injectée pax la conduite de vapeux 17 pour rxégler la tempéxatuTe dans la colonne. On remplit la colonne au moyen de 80 kg de sable blanc d'une granulométxie de 0,1 à 0,3 mm, d'un poids spécifique de 2,6 g/cm3 et d'un poids spécifique appa- 7ent de 1,65 g/cm3. Ensuite, on admet dans la colonne, au débit de 790 litres pax heure (temps de séjour dans la colonne de 0,38 heure), des eaux usées ayant une demande chimi- que en oxygène de 300 mg pax litre et, au débit de m3 N par heuxe,de l'air passant pax la conduite 16 (vitesse de l'air, calculée d'après la section de la colonne vide, de ll cm pax seconde). On maintient la températuxe des eaux usées dans la colonne à 40 C par injection de vapeuz d'eau par la conduite 17 et on ajuste le pHI à une valeur de 6 à 8. Après une semaine, les grains de sable blanc sont recouverts pax la croissance d'une couche de boue activée (concentration en boue de 15 g pax litre de vo- lume de réaction) et des conditions stationnaires se sont établies dans lesquelles, dans le bassin de sédimen- tation, la boue fixée sur les particules de support est entièrement séparée des eaux usées épurées et est recy- clée à la colonne d'oxydation. Dans les conditions indiquées (charge de demande chimique en oxygène dans le volume d'oxydation de kg/m3 et par joux)ona atteint une réduction de la demande chimique en oxygène de 7F/o. La consommation d'oxygène était dcbl,l kg de 02 par kg de demande chimi- que en oxygène convertie. Ces résultats indiquent que toute la demande chimique en oxygène est convertie en dioxyde de carbone. R E V E N D I C A T I O N S. 1 - Pocédé d'épuration biologique des eaux usées pax oxydation, suivant lequel on fait passer les eaux usées dans un espace d'oxydation contenant de la boue activée aérobie à un débit tel que le temps de séjour dans le volume d'oxydation soit de 0,3 à 20 heu- xes, que la charge volumique de la demande chimique en oxy- gène soit de à 50 kg par m3 et par jour et que la charge volumique d'azote soit au maximum de 2,5 kg/m3 etparjour, on entretiant dans l'esace d'oxydation un pide 5 à 9 et on sépare en substance complètement les eaux usées épurées quit- tant l'espace d'oxydation de la boue activée aérobie puis on recycle la boue sépaxée à l'espaoe d'oxydation, caractérisé en ce qu'on fixe la boue activée aérobie sur un support et on sépare par sédimentation cette boue des eaux usées quittant l'espace d'oxydation. 2 - Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le bassin de sédimentation est agencé à un niveau supéxieur à celui de l'espace d'oxydation. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caaac- téxisé en ce que la boue activée est fixée sur du sa- ble d'une gxanulométxie moyenne de 0,1 à 2 mm. - Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caracté6xisé en ce qu'on exécute l'opération à une température de 10 à 60 C. - Procédé suivant la revendication I, caxac- téxisé en ce qu'on exécute l'épuration à une température de 30 à 500C. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des seven- dications précédentes, caxactérisé en ce qu'on admet les eaux usées dans l'espace d'oxydation sans coxec- tion du pH et sans atténuation des crêtes de la demande chimique en oxygène et de la teneur en azote. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des seven- dications précédentes, caxactérisé en ce qu'on règle le pH dans l'espace d'oxydation en ajustant l'apport d'oxygène ou d'aix à l'espace d'oxydation de manière que les gaz se dégageant de l'espace d'oxydation aient une teneux en dioxyde de carbone de 5 à 15% en volume.