Brevet FR2553751A1 — publié le 19850426

Procédé d'épuration biologique d'eaux résiduaires par ruissellement sur des lits bactériens et dispositif utilisé. L'invention concerne l'épuration biologique d'eaux résiduaires ou effluents sur des lits bactériens. Un lit bactérien est obtenu par ruissellement de l'effluent a traiter sur des matériaux de garnissage ou de contact. La présence d'un courant d'air, à contre-courant, obtenu éventuellement par tirage naturel, provoque la croissance d'une microflore et d'une microfaune qui forment sur le matériau de garnissage un film bactérien qui réalise l'épuration de l'effluent. Les lits bactériens classiques a ruissellement utilisent comme matériau de garnissage des empilements de morceaux de pouzzolane, silex concassés, machefer, etc.... Ces matériaux se colmatent relativement rapidement. De nos jours on a tendance à remplacer ces matériaux de garnissage classiques par des matériaux plastiques alvéolaires ayant une grande surface pour un faible poids et qui ont l'avantage de présenter un risque de colmatage moindre. Ces matériaux plastiques de garnissage se présentent généralement sous la forme d'anneaux ou de plaques. La mise en oeuvre de tels procédés d'épuration comprenant d'abord le passage de l'eau résiduaire à travers un filtre de sable puis à travers un lit bactérien formé sur du matériau de garnissage (filtre de percolation biologique) est décrite notamment dans la demande de brevet français n0 2.277.777 (75 00046) au nom de British Petroleum. Le filtre de percolation biologique selon cette demande, est intégré dans un complexe de traitement d'eaux usées provenant de raffineries de pétrole. Un tel filtre de percolation qui comporte comme matériau de garnissage des anneaux plastiques, se colmate après une certaine durée de fonctionne- ment. Ce colmatage est généralement du à un mauvais fonctionnement des unités placées en amont, et peut être provoqué notamment - par des particules minérales provenant du filtre à sable, - par de brusques variations des teneurs en composés biodégradables, - sous l'influence de composés chimiques détruisant tout ou partie du lit bactérien. Lorsque le lit bactérien devenait inutilisable par suite de colmatage ou engorgement trop important, il était jusqu a présent nécessaire de retirer le matériau de garnissage pour le nettoyer. Une telle opération de nettoyage est décrite dans la demande de brevet français no 2.471.804 (79 31894). Cette opération de nettoyage est efficace mais elle oblige a sortir de ltunite de traitement le matériau de garnissage ainsi que la matière colmatante constituée dtun mélange de particules minérales de matières organiques et d'hydrocarbures. Ce procédé est donc long, pénible et coûteux, de plus il rend inutilisable l'unité de traitement pendant une longue période et nécessite au moment du redémarrage la régénération du film bactérien. Le procédé d'épuration selon l'invention supprime cet inconvénient et permet le nettoyage du matériau de garnissage, formant le support du lit bactérien, sans le déplacer.-ll présente l'avantage d'être plus économique et de réduire la durée d'immobilisation. La demanderesse a découvert que le nettoyage du matériau de garnissage pouvait être réalisé sur place au moyen d'une solution aqueuse contenant une concentration suffisante en ions ammonium On utilise avantageusement une solution aqueuse d'ammoniaque contenant une teneur en ion ammonium libre d'au moins 7 g/l. Par ailleurs, il s'est avéré avantageux d'associer à l'ammoniaque un de ses sels et de préférence le chlorure d'ammonium. La solution de nettoyage préférée est constituée par de l'eau contenant de l'ammoniaque en une quantité correspondant à une teneur en ion ammonium libre d'au moins 7 g/l, et un sel d'ammonium, de préférence le chlorure d'ammonium, en une quantité comprise entre 10 et 50 g/l. Généralement, on utilise une teneur en chlorure d'ammonium d'environ 25 g/l. La solution ainsi constituée présente l'avantage de former une solution tampon dont le pH varie lentement. On préfère un pH compris entre 9 et 10 et de préférence aux environs de 9,5. Une telle solution de nettoyage a l'avantage de ne pas être agressive envers les matériaux de construction notamment envers le béton qui constitue généralement la tour ou cuve contenant le matériau de garnissage. L'invention a par conséquent pour objet un procédé d'épuration biologique d'eaux résiduaires, par ruissellement sur des lits bactériens formés sur des matériaux de garnissage disposés en hauteur, pourvus d'aération, ledit procédé comportant une étape d'épuration en continu des eaux résiduaires jusqu'a ce que le matériau de garnissage soit sensiblement colmaté. Lorsqu'on constate que le colmatage devient important on procède au nettoyage du matériau de garnissage, sans déplacement dudit matériau, par aspersion du matériau de garnissage colmaté avec une solution de nettoyage contenant des ions ammonium, avantageusement avec une solution aqueuse d'ammoniaque et d'un sel d'ammonium, de préférence du chlorure d'ammonium, la quantité d'ammoniaque correspondant au moins à 7 g/l d'ions ammonium libres et la quantité de sel d'ammonium étant avantageusement comprise entre 10 et 50 g/l. Avant de passer sur le filtre de percolation les eaux résiduaires traversent avantageusement un filtre de sable. te filtre de percolation est constitué généralement de matériaux de garnissage sur lequel se forme le lit bactérien. Ce matériau de garnissage est disposé en hauteur, généralement dans une tour pourvue d'aération. Les matériaux de garnissage reposent sur un tamis ou sur un plancher perforé permettant l'écoulement de l'eau de ruissellement qui est recueillie dans un bassin de décantation. Ce bassin de décantation communique avec une cuve de rétention d'où les eaux résiduaires purifiées et décantées sont évacuées a travers un conduit pouvant etre fermé par une vanne ou robinet. La tour est pourvue d'une ouverture d'aeration et avantageusement d'un ou plusieurs orifices de visite qui permettent l'examen et le prélèvement d'éléments de garnissage. Les matériaux de garnissage sont disposés avantageusement de façon à former ou à préserver une ou plusieurs cavités disposées verticalement, sensiblement dans toute la hauteur du garnissage. Une telle cavité est avantageusement constituée d'un tube en acier inoxydable perforé, ayant quelques centimètres de diamètre, dans lequel on peut introduire un appareil de mesure permettant de déterminer le degré de colmatage du matériau de garnissage. On utilise avantageusement une sonde à neutrons qui permet de mesurer le degré d'humidité environnant. Le dispositif d'épuration biologique selon l'invention comporte également avantageusement un moyen pour prélever l'eau de ruissellement avant la décantation. Lorsque l'examen du matériau de garnissage par ltorifice ou les orifices de visite et l'examen de l'eau de ruissellement avant décantation, indiquent un colmatage important du matériau de garnissage on peut procéder à une mesure plus précise de ce colmatage au moyen d'une sonde à neutrons. Pour cela on arrête l'arrivée de l'eau résiduaire sur le filtre de percolation pendant un certain temps, par exemple pendant 24 heures et ensuite on mesure l'humidité à différentes hauteurs du garnissage, par exemple tous les 25 cm. Le filtre de percolation étant arrêté, l'humidité du matériau de garnissage, mesurée à l'aide d'une sonde à neutrons, est due à l'eau retenue par la matière colmatant le matériau de garnissage, L'humidité est proportionnelle au degré de colmatage. L'invention a également pour objet un dispositif pour épuration biologique d'eaux résiduaires par ruissellement, représenté schématiquement sur la figure annexée, comprenant une tour (1) remplie de matériau de garnissage (2), de préférence de matériau plastique alvéolaire, placé sur un plancher à claire-voie (16) surmontant un bassin de décantation (6) qui communique avec un cuve de rétention (8) contenant l'eau résiduaire épurée et décantée, cette cuve de rétention comportant un conduit de sortie (13) fermée par une vanne ou robinet (14); la tour (1) comporte en outre des rampes d'arrosage (3), une ouverture d'aération (5), des orifices de visite (4), un moyen de prélèvement (15) avant décantation pourvu d'un robinet de prélèvement (15a), et une ou plusieurs cavités (7), (7a) formées avantageusement par un tube en acier inoxydable perforé, permettant l'introduction d'un appareil de mesure, notamment d'une sonde à neutrons au moyen de laquelle on peut déterminer le degré de colmatage du matériau de garnissage. Ce dispositif comporte en outre, selon l'invention un système de circulation constitué d'une pompe (10), de conduits (9) et (11) se terminant par des tuyaux (12), de préférence flexibles qui permettent le nettoyage et/ou le décolmatage du garnissage, sur place, au moyen de la solution de nettoyage selon l'invention. Lorsque le filtre de percolation est en fonctionnement, l'effluent à traiter est dispersé à la surface du garnissage (2) par les rampes d'arrosage (3). L'effluent traité se rassemble dans le bassin de décantation (6). Après décantation, l'ef fluent est envoyé à l'égout par l'intermédiaire de la sortie (13). L'invention a encore pour objet un procédé de nettoyage du matériau de garnissage formant support du lit bactérien dans une unité d'épuration biologique par ruissellement. D'autres objets apparattront à la lecture de la description et de l'exemple. Le procédé de nettoyage du matériau de garnissage (2) suivant l'invention, nécessite le nettoyage préalable du bassin de décantation (6) puis la fermeture de la sortie (13) vers les égouts, au moyen de la vanne (14). L'orifice de visite (4) et l'orifice d'arrivée d'air (5v sont également fermés. Le bassin de décantation (6) est rempli directement d'effluent propre. On y ajoute de 10 à 50 g/l et de préférence 25 g/l de chlorure d'ammonium puis la quantité d'ammoniaque permettant d'obtenir une teneur en ions d'ammonium libres d'au moins 7 g/l. La solution obtenue est prélevée au moyen du conduit (9), de la pompe (10) et du conduit (11) et déversée en divers points au sommet du garnissage par des tuyaux flexibles (12) raccordes au conduit (11). La solution s'écoule à travers le matériau de garnissage entraînant la matière qui le colmate. Celle-ci se dépose dans le bassin de décantation (6), la solution active surnageante passe dans la cuve (8) d'où elle est retirée par la pompe (10) pour être recyclée au sommet du matériau de garnissage (2). On pense que l'efficacité de la solution de nettoyage s'explique par un gonflement des cellules mortes constituant une partie de la matière obstruant le matériau de garnissage, l'augmentation de volume qui en résulte provoque une diminution des forces d'adhésion et facilite l'élimination mécanique par le ruissellement du liquide. Pour maintenir l'activité de la solution de nettoyage il est nécessaire d'y ajouter de l'ammoniaque de manière à maintenir le pH entre 9 et 10 et de préférence entre 9 et 9,5. La durée de nettoyage est fonction du degré de colmatage du matériau du garnissage et du taux d'élimination des matières colmatantes recherché. Cette durée est généralement comprise entre 2 jours et environ 1 semaine. Le degré d'avancement de l'opération peut entre suivi de plusieurs manières, notamment - par ltestimation de la quantité de matière évacuée et déposée dans le bassin de décantation; - par l'examen du matériau de garnissage prélevé par les orifices (4) prévus à cet effet, - par l'utilisation d'une sonde à neutrons; - par prélèvement au moyen du robinet (15a) d'un échantillon de solution de lavage avant décantation et détermination de la teneur en matière sèche par séchage à l'étuve à 1050C. L'opération peut être considérée comme terminée lorsque la teneur en matières organiques dans la solution de lavage reste constante. La matière organique extraite au cours de l'opération peut être éliminée par tout moyen convenable, par exemple par incinération ou en la déposant dans une décharge contrôlée. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple non limitatif ci-après : Une unité d'épuration biologique par ruissellement sur lit bactérien (représentée schématiquement sur la figure annexée) est constituée par une cuve en béton (1) de 18 m de diamètre, le garnissage (2) en anneaux cloisonnés de polypropylène occupe une hauteur de 7 m. Le taux de colmatage de l'unité est mesuré au moyen d'une sonde à neutrons de 25 cm en 25 ce de haut en bas. Les résultats obtenus figurent dans l'avant dernière colonne du tableau suivant. Avant l'opération de nettoyage la sortie (13) vers l'égout est obturée ainsi que l'orifice de visite (4) et l'orifice d'admission d'air (5). On prépare 250 m3 de solution de nettoyage en additionnant 6250 kg de chlorure d'aimionium dans de l'eau industrielle, ce qui correspond à 25 g/l de chlorure d'ammonium, puis en ajoutant 15 m3 d'une solution aqueuse d'ammoniaque à 25%, ce qui correspond à 15 g/l de NH40H et contient un peu plus de 7 g/l d'ions ammonium libres. Le pH de la solution est de 9,5. Cette solution de nettoyage est envoyée au sommet du garnissage par l'intermédiaire d'un groupe de motopompe (10) à un débit de 250 m3/heure et est répartie en divers points du sommet de garnissage au moyen des tuyaux flexibles (12). Ces tuyaux flexibles sont déplacés à intervalles réguliers, de façon à assurer une répartition de la solution de nettoyage sur toute la surface du garnissage. Après 24 heures on rajoute 10 m3 de solution d'ammoniaque à 25% en poids de NH4OH pour réajuster le pH à environ 9,5. Le traitement est poursuivi pendant 4 jours. A la fin de cette période, l'évaluation de la quantité de matière organique éliminée, l'examen des anneaux de garnissage en différents endroits et la détermination des matières organiques se trouvant dans la solution montre qu'un degré satisfaisant de nettoyage a été atteint. Les résultats obtenus par la sonde à neutrons introduite dans les cavités (7) et (7a) figurent sur la dernière colonne de droite du tableau qui suit. La quantité de biomasse éliminable ayant été estimée à environ 500 tonnes, d'apres les mesures à la sonde à neutrons effectuées avant le lavage, la quantité de biomasse éliminée au cours du traitement ayant pu être estimée à 250300 tonnes, on obtient un taux d'élimination de 50 à 60% permettant un fonctionnement normal de l'unité d'épuration biologique par ruissellement. TABLEAU Pourcentage de saturation de l'unité de traitement en fonction de la profondeur, déterminée par mesure à la sonde à neutrons. Profondeur du point de mesure Pourcentage de saturation du garnissage par rapport à la partie supérieure du garnissage (en mètres) Avant nettoyage Après nettoyage 0,25 1,5 0 0,50 1,4 0 0,75 1,5 0 1,00 4,6 0 1,25 6,0 0 1,50 7,0 0 1,75 18 1 2,00 36 1 2,25 36 2 2,50 40 3 2,75 31 6 3,00 35 17 3,25 40 22 3,50 45 24 3,75 37 23 4,00 35 22 4,25 38 19 4,50 35 23 4,75 37 21 5,00 39 17 5,25 36 21 5,50 38 19 5,75 36 21 6,00 28 16 6,25 24 17 6,50 26 19 6,75 27 22 7,00 35 35 Nota : O Z de saturation correspond à un garnissage propre ne comportant pas de dépôt, 100 Z de saturation correspond à l'occlusion totale du garnissage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration biologique d'eaux résiduaires, par ruissellement sur des lits bactériens formés sur du matériau de garnissage disposé en hauteur, pourvu d'aération, caractérisé par le fait que le procédé comporte une étape d'épuration et une étape de nettoyage sur place, sans déplacement du matériau de garnissage, le nettoyage s'effectuant par aspersion du matériau de garnissage colmaté avec une solution de nettoyage aqueuse contenant des ions ammonium libres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la solution de nettoyage aqueuse contient de l'ammoniaque et un sel d'ammonium dissous dans l'eau. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la solution de nettoyage est une solution aqueuse d'ammoniaque et de chlorure d'ammonium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la solution de nettoyage contient une quantité d'ammoniaque correspondant au moins à 7 g/l d'ions ammonium et entre 10 et 50 g/i et de préférence à environ 25 g/l de chlorure d'ammonium. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la solution de nettoyage a un pH compris entre 9 et 10. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de nettoyage consiste à faire ruisseler sur le matériau de garnissage, en circuit fermé, une solution aqueuse contenant de l'ammoniaque correspondant à au moins 7 g/l d'ions ammonium libres et un sel d'ammonium, de préférence du chlorure d'ammonium, ladite solution ayant un pH compris entre 9 et 10, avantageusement entre 9 et 9,5, et à séparer les matières organiques de ladite solution de nettoyage, de préférence par décantation. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le matériau de garnissage est constitué de matériau plastique alvéolaire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, caractérisé par le fait que l'épuration biologique des eaux résiduaires par ruissellement est précédé d'une filtration desdites eaux résiduaires sur un filtre à sable. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les eaux résiduaires proviennent de raffineries de pétrole. 10. Dispositif pour l'épuration biologique d'eaux résiduaires par ruissellement, comprenant une tour (1) remplie de matériau de garnissage (2), de préférence en matière plastique alvéolaire, placé sur un plancher à claire-voie (16), surmontant un bassin de décantation (6) qui communique avec une cuve de rétention (8), comportant un conduit de sortie (13) fermé par une vanne ou robinet (14), la tour (1) est en outre pourvue de rampes d'arrosage (3), d'une ouverture d'aération (5) et d'orifices de visite (4), d'un moyen de prélèvement (15) avant décantation pourvu d'un robinet de prélèvement (15a), caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs cavités (7, 7a) sont ménagées à l'intérieur du matériau de garnissage et s'étendent sensiblement dans toute la hauteur de celui-ci, permettant l'introduction d'un instrument de mesure tel qu'une sonde à neutrons destinée à déterminer le degré de colmatage du matériau de garnissage et par le fait qu'il comporte un système de circulation constitué de la pompe (10) et des conduits (9), (11) et (12) qui permet le nettoyage et le décolmatage du garnissage sur place au moyen d'une solution de nettoyage prélevée de la cuve (8). 11. Procédé de nettoyage du matériau de garnissage, supportant le lit bactérien, dans une unité d'épuration biologique d'eaux résiduaires par ruissellement, caractérisé par le fait qu'on arrête l'arrivée des eaux résiduaires, qu'on ferme les ouvertures d'aération (5), les ouvertures de visite (4) et la vanne de sortie (13) et qu'on asperge le matériau de garnissage avec une solution de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, prélevée dans une cuve (8) au moyen d'une pompe (10) et de conduits (9) et (11) se terminant par des tuyaux (12) de préférence flexibles, ce nettoyage s'effectuant en circuit fermé jusqu'à l'obtention du degré de décolmatage désiré.