Brevet FR2539407A1 — publié le 19840720

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour l'élimination des matières organiques biodégradables contenues dans un milieu liquide au moyen de cultures bactériennes aérobies fi xées sur un support granulaire. L'invention s'applique en particulier à l'épuration d'eau résiduaire ayant de préférence subi un traitement préalable de décantation. Il est connu depuis longtemps d'épurer des eaux chargées de pollution organique au moyen de cultures aérobies fixées sur un support granulaire. Une des applications les plus anciennes de cette technique est celle des lits bactériens à ruissellement appelés aussi "filtres secs". Dans ces filtres, un film biologique contenant la flore épuratrice se développe sur un matériau à larges alvéoles à travers lequel liteau à traiter est amenée à ruisseler, Cependant, étant donné les larges espaces libres disponibles au sein du matériau et la vitesse de ruissellement élevée généralement adoptée, une partie du film biologique se trouve entrainée dans l'eau traitée et il est nécessaire de séparer l'eau traitée des matières en suspension entravées, Un ouvrage de séparation annexé disposé en aval, décanteur par exemple, est alors nécessaire ce qui implique un encombrement et un cott importants. Pour éviter cet inconvénient, s'est développée depuis quelques années la technique des lits bactériens immergés dans lesquels l'eau à traiter est amenée à passer à travers un lit de matériau granulaire dont les grains ont des diamètres allant de 0, 5 à 5 mm. Dans ces appareils le matériau est à la fois un support pour la masse bactérienne et un filtre pour les matières en suspension. Cependant, ces filtres immergés présentent d'autres inconvénients dus aux problèmes posés par l'apport d'oxygène dans l'eau à traiter. Cet apport d'oxygène, quand il est effectué par dissolution en amont du filtre, peut être insuffisant en quantité ; quand il est effectué par injection d'air directement dans la masse granulaire, à la base de celle-ci par exemple, il est suffisamment important mais il augmente la teneur en matières en suspension dans l'eau filtrée par suite de la turbulence créée au sein du matériau. Pour remédier à cet inconvénient il est connu d'injecter l'air à un niveau intermédiaire de la couche de matériau granulaire, l'eau à traiter circulant de haut en bas. La partie du matériau granulaire située en dessous du niveau d'injection d'air sert alors de couche filtrante. Cependant, l'injection d'air au sein de la masse filtrante immergée, présente de nombreux inconvénients tels que difficultés pour assurer la bonne répartition de l'apport d'oxygène sur toute la surface, coflt du dispositif, risque de déformation et de destruction du dispositif d'introduction d'air avec entrainement de particules lors du lavage de la couche filtrante,. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients de la technique antérieure, en assurant dans une meme enceinte et de façon efficace la dégradation par cultures aérobies fixées sur le matériau granulaire, des matières organiques que contient l'eau à traiter et la filtration des matières en suspension. Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que l'eau à traiter est amenée, dans une meme enceinte, à ruisseler à travers une couche supérieure d'un premier matériau (A) puis à percoler à travers au moins une couche inférieure partiellement immergée d'un second matériau (B), l'effet de ruissellement prédominant dans la couche supérieure de matériau (A) permettant des échanges intenses entre l'eau et l'air, avec apport d'oxygène important à la flore épuratrice se développant sur ledit matériau, tandis que dans la couche inférieure de matériau (B) l'effet de filtration est prédominant. Suivant l'invention, les caractéristiques des matériaux (A et B) sont telles que moins de 80 % des espaces inter-granulaires que comporte la couche supérieure de matériau (A) sont occupés par liteau ruisselant à travers cette couche, tandis qu'au moins 95 % des espaces inter-granulaires que comporte la ou les couche(s) inférieure(s) de matériau (B) se trouvent remplis d'eau lors de la percolation de l'eau à traiter à travers la couche inférieure. Suivant une caractéristique de l'invention, un courant d'air est amené à passer à travers au moins la couche supérieure du matériau. La création de ce courant d'air est assurée par aspiration, à partir de la base de la couche intéressée ; ou, si l'air estamenéà passer à travers les deux couches, par aspiration à la base de la couche inférieure. Si la circulation de l'air n'intéresse que la couche de matériau (A), on peut également assurer cette circulation par insufflation, sous pression, de l'air à la base de la couche de matériau (A). Dans ce cas, l'air circule à contre-courant de l'eau qui ruisselle sur le matériau (A) et la totalité des espaces inter-granulaires que comporte la couche inférieure de matériau (B) se trouve remplie par l'eau. Suivant l'invention, les caractéristiques des matériaux (A et B) sont choisies de façon que le lavage, la régénération et le reclasse mént simultanés des deux couches superposées de matériaux puissent etre effectués par les mimes moyens associant eau et air de lavage. Le lavage est déclenché quand le débit d'air traversant le filtre devient trop faible ou qu'une partie de la couche de matériau (A) commence à être elle-meme noyéé. Conformément à l'invention les matériaux (A et B) constituent des couples de caractéristiques précises, particulièrement en ce qui concerne leur taille effective et leur masse volumique, le matériau (A) ayant avantageusement une taille effective comprise entre 1,7 et 6 et une masse volumique comprise entre 0, 6 et 2, 5 quand le matériau (B) a une taille comprise effective/entre 0, 8 et 3 et une masse volumique comprise entre 1,5 et 5, la taille effective du matériau (A) étant toujours supérieure à celle du matériau (B). Ces dispositions suivant l'invention permettent de laver simultanément les deux matériaux sans entrainement de l'un dans l'autre puis de les fluidiser ensemble de façon à assurer leur classement et à maintenir bien distinctes les deux couches de matériaux. On a utilisé par exemple des couples de matériaux (A et B) tels que : argile ou chamotte/basalte ; hydro-anthracite/sable ; pierreponce/sable. Le tableau ci-après indique à titre d'exemple les caractéristiques : masse volumique et taille effective de trois couples de matériaux constituant une couche supérieure de hauteur comprise entre 1 m;et 3 m et une couche inférieure de hauteur comprise entre 0, 5 m et 1 m. N0 Couche supérieure Couche inférieure couples Nature Masse Taille Nature Masse Taille des ma- volumi- effective des ma- volumi- effective tériaux que riaux que A B 1 1 coke 1,7 3,3 sable 2,65 1,36 2 argile traitée 2,1 2,75 basalte 2, 86 1,45 3 pierre 1,3 3, 4 sable 2, 65 1,36 ponce Le procédé suivant l'invention peut etre mis en oeuvre au moyen d'un appareil dont on a décrit ci-après, à titre d'exemple, une forme de réalisation. Au cours de cette description on se réfère au dessin ci-joint sur lequel la Fig. 1 représente schématique l'appareil, la Fig. 2 représente à plus grande échelle un dispositif d'aspiration d'air utilisable dans l'appareil. Dans l'exémple traité et représenté à la Fig. 1, l'appareil est constitué par une enceinte 1 ouverte à sa partie supérieure, contenant deux couche de matériaux (A et B), la couche inférieure (B) reposant sur un plancher 2. L'eau à traiter est distribuée au-dessus de la couche supérieure de matériau (A) par le tourniquet 3. L'eau traitée sort à la base de l'appareil par la canalisation 4. De l'air est aspiré sous le plancher par la canalisation 5 au moyen par exemple d'un extracteur d'air a tournant du type centrifuge ou volumétrique. Suivant la Fig. 2 le dispositif d'aspiration d'air est constitué par des tubes 6 munis d'une cloche d'aspiration perforée 7 comportant un clapet 10, cette cloche étant disposée dans la couche supérieure de matériau (A) à la base de celle-ci. L'air, véhiculé à l'intérieur de ces tubes traverse la couche inférieure de matériau (B) et sort sous le plancher support de cette couche en 8. La couche de matériau (B) peut alors Etre complètement immergée. L'eau traitée sort du filtre de façon connue par des busettes telles que 9. Le dispositif de circulation peut également être disposé à l'interface des deux couches superposées de matériaux (A et B). Ce dispositif peut d'ailleurs entre utilisé non plus pour aspirer de L'air mais pour en injecter dans l'appareil à l'endroit voulu. Pendant le lavage, le clapet 10 de la cloche d'aspiration 7 des tubes 6 est fermée. L'air de lavage est insufflé à la base de l'appareil par les busettes 9. Il est fourni par un ou des surpresseurs normalement, mais non obligatoirement, distincts de celui ou de ceux fournissant l'air d'oxygénation au cours de la phase de filtration. L'eau de lavage est fournie par une ou des pompes aspirant de l'eau traitée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement d'eau polluée par cultures aérobies fixées sur un support granulaire par passage à travers au moins un matériau granulaire comportant des espaces inter-granulaires, caractérisé en ce que l'eau à traiter est amenée, dans une meme enceinte, à au moins ruisseler à travers/une couche supérieure d'un premier matériau (A) puis à percoler à travers une couche inférieure partiellement immergée d'un second matériau (B), l'effet de ruissellement prédominant dans la couche supérieure de matériau (A) permettant des échanges intenses entre l'eau et l'air, avec apport d'oxygène important à la flore épuratrice se développant sur ledit matériau, tandis que dans la couche inférieure de matériau (B) l'effet de filtration est prédominant. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les caractéristiques des matériaux (A et B) sont telles que moins de 80% des espaces inter-granulaires que comporte la couche supérieure de matériau (A) sont occupés par l'eau ruisselant à travers cette couche, tandis qu'au moins 95 % des espaces inter-granulaires que présente la couche inférieure de matériau (B) se trouvent remplis d'eau lors de la percolation de l'eau à traiter à travers la couche inférieure de matériau (B). 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caractéristiques physiques des matériaux (A et B) sont telles qu'elles permettent le lavage, la régénération et le reclassement, par les memes moyens, associant eau et air de lavage, desdits matériaux. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux (A et B) constituent des couples de matériaux de caractéristiques déterminées: le matériau (A) ayant une taille effective comprise entre 1,7 et 6 et une masse volumique comprise entre 0, 6 et 2, 5 quand le matériau (B) a une taille effective comprise entre 0, 8 et 3 et une masse volumique comprise entre 1, 5 et 5, la taille effective du matériau (A) étant supérieure à celle du matériau (B). 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un courant d'air est amené à passer à travers au moins une des couches de matériau. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la circulation du courant d'air à travers au moins une couche de matériau est assurée par aspiration ou par insufflation sous pression. 7. Appareil pour la réalisation du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste en une enceinte (1) ouverte à sa partie supérieure et contenant deux couches superposées(A, B) de matériaux granulaires, l'eau à traiter étant distribuée au-dessus de la couche supérieure (A) par tout moyen quelconque convenable tel que tourniquet (3) et la couche inférieure (B) repo sans sur un plancher (2) de l'enceinte. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'aspiration ou d'injection d'air, à travers l'une au moins des couches superposées de matériau granulaire, prévu au voisinage de la base d'une des couches ou à l'interface des deux couches, un moyen étant prévu à la sortie de l'appareil pour provoquer une circulation d'air dans au moins une des couches superposées de matériau granulaire. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif assurant la circulation d'air est -constitué par une pluralité de tu b e s (6) dont la tige, creuse pour le passage de l'air, est surmontée d'une cloche