Brevet FR2471952A1 — publié le 19810626

1. La présente invention concerne un procédé de purir- fication d'eau usée dans un réacteur à.couche flottante, prô- cédé dans lequel l'eau usée à purifier'est introdu'ite'dans la- partie inférieure du réacteur contenant des particules soli-. des d'une manière telle que les particules flottent dans le courant d'eau usée s'élevant à partir du fond. La purification des eaux usées dans un courant ats- cendant à l'aide d'une couche flottante de particules edt un procédé courant. Les particules flottantes sont généralement constituées de charbon actif, lequel absorbe les imptt+etés présentes dans l'eau. Dans la présenté invention, la couche flottante est utilisée dans'un procédé de purification sensi- blement basé sur une activité bactérienne et destinée à ser- vir au traitement de l'eau usée contenant des composés phéno- liques chlorés,:en particulier de l'eau usée rencontrée dans les procédés de blanchiment. La présente invention est carac- térisée en ce que le réacteur à couche flottante est inoculé avec une population de bactéries qui sont aptes à décomposer les composés phénoliques chlorés et utilisent les particules flottantes comme substrat de fixation; en outre, des condi- tions anaérobies sont maintenues dans le réacteur, et dans le réacteur, l'eau usée contenant des composés phénoliques chlo- rés est acheminée, à la suite de quoi elle se trouvera puri- fiée par l'action de la population de bactéries. 2. La demande de brevet finlandais n0 772069 décrit un procédé o l'eau usée contenant des phénols chlorés est traitée dans un biofiltre rempli d'écorce d'arbre. La puri- fication est basée sur la population bactérienne vivant g-7 dans l'écorce et qui a l'aptitude caractéristique à tolérer la présence de phénols chlorés et qui peut contenir des souches de bactéries qui sont capables d'utiliser des tri ou tâtrachlorophénols comme leur seule source de carbone. La présente invention est basée sur l'observation qu'il est possible d'inoculer le réacteur à couche flottante avec une population bactérienne de ce type, de sorte que les bacté- ries se fixent à la surface des particules flottantes. Ain- si, ce qui constitue le procédé de la présente invention n'est pas une adsorption classique d'impuretés par les parti- cules flottantes: il est essentiel que la purification soit basée sur l'action de décomposition que la population bacté- rienne et que les particules servent simplement de substrat de fixation pour les bactéries. On a déjà trouvé dans des ex- périences que dans ce procédé, des résultats d'une purification sont obtenus qui sont jusqu'à 10 fois supérieurs à ceux per- mis par les procédés de l'art antérieur utilisant un filtre en écorce. Le matériau des particules flottantes utilisé dans le procédé de la présente invention peut être d'une nature variant dans des limites assez larges. Les matériaux sui- vants, par exemple, peuvent être envisagés en plus du char- bon wtif utilisé dans les techniques de l'art antérieur: des résines échangeuses d'ions, en particulier des résines anion, des matériaux plastiques, le sable, l'argile, la boue, etc. L'avantage particulier présenté par une résine anionique est que des bactéries chargées négativement sont efficacement liées à la surface des particules positives de résine. Là encore, l'utilisation de charbon actif aboutit au résultat que, du côté de l'activité de décomposition dans laquelle les bactéries sont engagées, les particules absorberont de façon classique les impuretés qui sont présentes dans l'eau. Un mode de réalisation particulier de la présente 247 1952 3. invention est caractérisé en ce qu'il y a dans le réacteur une circulation interne de l'eau usée à purifier. La fonction spécifique d'une telle circulation est que le courant main- tient à l'intérieur du réacteur une couche flottante de hau- teur appropriée indépendamment de la vitesse à laquelle une eau nouvelle usée, non traitée, est introduite dans le réac- teur. Un autre mode particulier de réalisation de la pré- sente invention est caractérisé en ce que la population bac- térienne avec laquelle le réacteur est inoculé comprend au moins une souche de bactéries croissant dans du trichloro- phénol et au moins une souche de bactéries croissant dans du tétrachlorophénol, qui appartiennent aux souches déposées au laboratoire de microbiologie de l'université d'Helsinki sous le numéro de code YM 241268. La population bactérienne peut alors être constituée principalement de souches de bac- téries déposées dans ledit institut sous les numéros de code YM 134-202 et YM 241-268, qui sont en eux-mêmes connus dans l'art antérieur grâce à la demande de brevet finlandais n' 772069 citée ci-dessus. Lorsqu'on utilise une population bactérienne de ce type, la procédure est particulièrement appropriée au traitementdes effluents de blanchiment conte- nant des quantités importantes de divers phénols chlorés et non chlorés. D'autre part, d'autres types d'eau usée peu- vent être également traités par le procédé - par exemple des eaux usées contenant de la TCDD ou 2,3,7,8-tétrachlorodiben- zoparadioxine. La TCDD est une substance qui est produite, par exemple, par chauffage de certains phénols polychlorés. Comme la décomposition des phénols chlorés nécessi- te des conditions anaérobies, il est convenable d'adjoindre au procédé de purification suggéré ici une étape de purifi- cation aérobie ayant pour but d'abaisser la valeur de la demande biologique en oxygène de l'eau. Cela peut être obte- nu grâce au fait que l'eau extraite du réacteur à couche flottante est oxygéné ou aéré et ensuite acheminé dans un autre réacteur, qui peut être soit un réacteur à couche flot- tante, soit un filtre en écorce. 2 4 7.1 9 5 2 4. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent deux dispositifs différents pouvant être utilisés pour appliquer le procédé de la présente invention. Dans la figure 1, on a représenté un dispositif des- tiné spécifiquement à être utilisé dans la purification d'ef- fluents de blanchiment d'une usine de pulpe de cellulose au sulfate et comprenant deux réacteurs à couche flottante 1 et 2. Dans le premier réacteur 1, l'étape de.purification anaé- robie a lieu, étape dans laquelle les phénols chlorés conte- nus dans l'effluent sont décomposés sous l'effet des bacté- ries et dans le second réacteur 2, une purification aérobie se produit dans laquelle les phénols chlorés contenus dans l'effluent sont décomposés par l'effet des bactéries, qui a pour but de réduire la valeur de la demande biologique en oxygène de l'eau. L'effluent à traiter est introduit au moyen d'une pompe 3 par une conduite d'admission 4 dans le réacteur 1 jusqu'à un niveau légèrement au-dessus d'une plaque perforée 5, située dans la partie inférieure du réacteur. Au réacteur 1 est branchée une conduite de circulation 7 comportant une pompe 6, et dans laquelle l'eau à traiter est acheminée de la partie supérieure du réacteur jusqu'à sa par- tie inférieure, située au-dessous de la plaque perforée 5. La couche flottante 8 du réacteur est constituée de particu- les minuscules de résine anionique et l'intensité du courant circulant dans la conduite 7 est réglée,dans le cas de la figure 1,de façon que la hauteur de la couche flottante soit approximativement la moitié de la hauteur intérieure du réacteur. Une conduite 9 servant à la vidange de l'eau traitée de façon anaérobie commence en un endroit proche du sommet du réacteur 1, et le gaz s'accumulant dans la partie supérieu- re du réacteur est évacué par une conduite 10 reliée à un ré- cipient 11. La conduite de vidange 9 se termine dans un bac d'aération 12 qui peut être pressurisé et o de l'air ou de l'oxygène pur est introduit par une conduite 13 débouchant 247 1952 5. dans l'eau traitée de manière anaérobie. A partir de la cuve d'aération 12 l'eau est acheminée par une conduite 14 vers le réacteur 2 à couche flottante aérobie, dont la construc- tion est identique à celle du réacteur 1. Ainsi, celui-ci comprend une conduite de circulation 15, une plaque perforée 16 et des conduites 17 et 18 d'acheminement de l'eau purifiée et des gaz d'échappement, et l'intérieur du réacteur contient une couche flottante 9 constituée de particules de résine anionique, cette couche étant maintenue à l'aide du fluide en circulation. Le dispositif de purification représenté en figure 2 est différent de celui de la figure 1, en ce sens qu'il com- prend pour l'éatpe de purification anaérobie un filtre en écorce 20. L'eau traitée de manière anaérobie va, dans le cas décrit, du réacteur 1 par l'intermédiaire de la conduite 9 jusqu'au filtre à écorce 20 sans passer par l'intermédiaire d'un récipient d'aération. Le filtre 20 comprend une couche 21 de parties mâchées d'écorce de conifère, o l'eau circule vers le bas à partir de la partie supérieure, et dans la par- tie inférieure du filtre l'air est introduit simultanément par une conduite 22, ce qui crée des conditions aérobies à l'in- térieur du filtre. Le filtre 20 est d'autre part équipé d'une conduite 23 pour la circulation de l'eau à traiter et d'une conduite 24 par laquelle l'eau purifiée est soutirée du dispo- sitif. EXEMPLE 1 Le dispositif de la figure est utilisé pour traiter un mélange d'effluents contenant 50 % d'effluents de blanchi- ment provenant de l'étape de chloration d'une papeterie de pulpe de cellulose au sulfate et 50 % d'effluents de blanchi- ment provenant de l'étape alcaline. Les deux réacteurs à cou- che flottante ont une capacité de 7 litres et contiennent tous deux 1 litre de particules de résine anionique, qui se sont élevées sous l'effet de la circulation pour constituer une couche flottante stationnaire remplissant environ la moitié du volume de réacteur. Le réacteur anaérobie est inoculé avec une population bactérienne décomposant les phénols chlo- 6. rés, cette population ayant été établie par traitement au laboratoire de la manière décrite dans la demande de brevet finlandais no 772069, un échantillon de bactérie ayant été prélevé dans le volume d'eau adjacent à l'usine de blanchi- ment de la papeterie de pulpe de cellulose. Le pH dans le réacteur pendant le déroulement du procédé est de 6 à 7 et la température de +250C et la concentration en oxygène est comprise entre o et 0,5 mg/l. Les résultats de lapurification avec des charges hydrauliques diverses (quantité d'eau trai- tée pendant une durée donnée divisée par le volume du réac- teur anaérobie) sont indiqués dans le tableau ci-joint. Les colonnes verticales I indiquent les contenus en phénols chlo- rés (en mg/m) de l'effluent avant le traitement de purifi- cation; les colonnes verticales II les contenus respectifs à la suite de la purification puis le pourcentage d'élimination dans chaque cas. Les résultats montrent que l'effet de puri- fication est quelque peu amoindri par une augmentation de la charge hydraulique, mais avec des charges s'élevant à 23 m3 par m3 par jour, l'élimination totale reste élevée et égale à 78,9 %. Les essais révèlentd'autre part que le procédé per- met d'enlever de l'effluent, du côté des composés phénoliques chlorés, les composés organiques de poids moléculaires éle- vé, celui-ci pouvant atteindre 6500. EXEMPLE 2 Le réacteur à couche flottante anaérobie de l'exemple 1 est inoculé par une population bactérienne décom- posant les composants phénoliques chlorés, établie selon la description de la demande de brevet finlandais n0 772069. Les particules flottantes sont constituées de boue introduite dans le réacteur en même temps que les bactéries. Dans ce réac- teur, une eau contenant du 2,3,7,8-tétrachlorodibenzoparadio- xine, ou TCDD, est traitée par circulation dans le réacteur pendant 10 jours. Aucune autre eau n'est ajoutée au réacteur pendant cette période. La concentration initiale en TCDD est de 250 mg/m, et à la fin du traitement on note que la con- centration est tombée d'environ 60 %. Il apparaîtra à l'homme de l'art, que les différents 7. modes de réalisation de la présente invention ne sont pas limités aux exemples décrits et peuvent varier dans le cadre des revendications ci-dessous. Par exemple, la construction de l'appareil utilisé peut être différente de celle quiest représentée dans la figure, et il est, par exemple, possible d'omettre les plaques perforées qui sont placées à l'extrémi- té inférieure des réacteurs. En outre, des organes permettant le soufflage d'air supplémentaire peuvent être reliés au réac- teur à couche flottante anaérobie ou à la conduite de circu- lation branchée sur celui-ci et de même lorsqu'un filtre en écorce est utilisé dans l'étape de purification aérobie, l'eau traitée de manière anaérobie peut être acheminée dans un bac d'aération séparé identique à celui de la figure 1, avant son introduction dans le filtre. TABLEAU Composé mg/m3 2,4-dichlorophénol 2,4,6-trichloro- phénol 2,3,6-trichloro- phénol 2,4,5-trichloro- phénol 3,5-dichloro-2,6- diméthoxyphénol 4,5-dichlorogalac& tétrachlorophénol trichlorogalacol trichlorocatéchol 3,4,5-trichloro- 2,6-diméthoxyphé- nol tétrachlorogalacol pentachlorophénol tétrachlorocaté- chol Total 1T 3 x TT I I T 6 xcharge' m3/3x. jour T TTr Q. T 12 x T-r I T 23 x TTr 1 J..L-'O J. J. J2 -O.LJ.. J..L. 12,8' - 100 _ _ -._ - __ - _.:1 : 138 _ 100 138 1,8 98,6 25,3 4,6 81,8 63,0 5,3 91,5 110 19,1;82,6 19,4 20,2 0 23,5 20,3... ,0 1,4 80,0 6,5 100 2,6 1,7 34,6 - - - 6,3 - 1100 _o-. _- -.__ __t - - - 14,4 100 - - - 4,1 3,7 9,7 - _ 334 - 100 178 100 129 66 48,8 - - - 26,6 - ,6 - 100 7,3 - 100 9,7 0,8 91,7 12,6 2,0 81,1 12,0 3,6 70 28,E_- 100 38,6 2,3 94,0 22,7 5,5 75,7 57,2 11,7 79,5 52,7 5,8 88,9 - - - 1,1 - 100 3,6 0,5 86,1 1,9 - 100 0,3 0,38 0 11,3 - 100 11,3 1,0 91,1 12,1 6,4 47,1 22,9 10,8 52,8 32,5 15,0 53,8 - - _ __ 66,1 4,1 93,7 27,9 6,6 76,3 2,3 0,3 87, 2,2 1,0 54,5 1,4 0,9 35,7 3,9 3,0 23,0 2,5 2,4 4 28,0 2,4 91,4 22, 4,7 7971 9,8 - 100 32,6 9,9 69,6 11,9 6,8 42,8 4,1 99,2 420111,3197,3 216 186,4 265 150,5 81,9 283 59,6 78,9 Co r', 4- r', I T 24 71952 9. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation de la présente invention qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de varian- tes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Procédé de purification d'eau usée dans un réac- teur à couche flottante (l} o l'eau usée à purifier est ache- minée dans la partie inférieure d'un réacteur contenant des particules solides (8) d'une manière telle que les particules flottent dans un courant d'eau usée ascendant depuis la par- tie inférieure, caractérisé en ce que le réacteur (1) est inoculé avec une population bactérienne qui a l'aptitude caractéristique de décomposer les composés phénoliques chlorés îO et qui utilise les particules flottantes (8) comme substrat de fixation, en ce que des conditions anaérobies sont maintenues dans le réacteur, et en ce que dans le réacteur est introduit de l'eau usée contenant des composés phénoliques chlorés, à la suite de quoi, l'eau usée est purifiée par l'action de la popu- lation bactérienne. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules flottantes sont constituées de rési- ne anionique. 3 - Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que les particules flottantes (8) sont constituées d'argile, de boue, ou d'un matériau équivalent. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules flottantes (8) sont constituées de charbon actif. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le réacteur (1) une circulation in- terne d'eau usée à purifier est effectuée. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la population bactérienne avec laquelle le réacteur (1) est inoculé comprend au moins une souche de bactéries croissant dans le trichlorophénol et au moins une souche de bactéries croissant dans le tétrachlorophénol et qui appartiennent à des souches bactériennes déposées à l'insti- tut de microbiologie de l'université d'Helsinki sous les numé- ros de code YM 241-268. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la population bactérienne est principalement compo- 24 7 1952 11. sée de souches de bactéries déposées à l'institut de micro- biologie de l'université d'Helsinki sous les numéros de code YM 134-202 et YM 241-268. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il permet de purifier un effluent de blanchiment. 9 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un effluent est purifié qui contient de la 2,3, 7t8-tétrachlorodibenzoparadioxine ou des composés analogues. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'eau extraite du réacteur (1) est oxygénée ou aérée et ensuite acheminée dans un autre réac- teur (2) pour abaisser la valeur de la demande biologique en oxygène de l'eau. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que le second réacteur (2) est également un réacteur à couche flottante. 12 - Procédé selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que le second réacteur (2) est un filtre à écorce.