Brevet FR2565962A1 — publié le 19851220

La présente invention a trait au domaine de l'épuration des eaux de nature telles que : eaux résiduaires industrielles,eaux d'égouts ou eaux de toute nature telles que : eaux industrielles, eaux d'égouts ou eaux de distribution à rendre potables. Elle a trait plus particulière- ment à un procédé d'épuration par voie biologique du type selon lequel on fait percoler, de haut en bas, l'eau à traiter à travers un lit sub mergé et fixe de matériau filtrant granulaire avec insufflation, à un niveau intermédiaire du lit, d'un courant gazeux oxygéné ascendant. Un tel procédé de filtration sur une biomasse fixée et aérée, lequel est connu sous le nom de "Biocarbone" (marque déposée),a déjà été mis au point et commercialisé par la Demanderesse (brevet France publié N 2 358 362 ; brevet européen publié NO O 010 473 ; brevet américain publie N 4 255 266...etc). Dans cette technique, l'injection du courant gazeux (par exemple de l'air) se fait a contre-courant du flux d'eau descendant, à un niveau intermédiaire du lit et de façon continue, selon des débits de gaz et d'eau correspondant a des séries de relations définies dans les brevets précités. Il a maintenant été trouvé que l'on pouvait améliorer notablement les performances de ce procédé en adoptant une aération séquencée du lit fixe c'est-a-dire en insufflant l'agent gazeux (par exemple de l'air) en discontinu dans le filtre, selon des fréquences variables qui peuvent être adaptées en fonction de la granulométrie et de la nature du matériau filtrant, de la géométrie de la grille d'aération et du flux de pollution. Une telle aération en discontinu présente de nombreux avantages par rapport à la technique classique susvisée et l'on peut les résumer ainsi - le débit d'aération peut être régulé sur la pollution existante et a traiter sans modifier pour autant le dispositif d'insuffla tion de l'air (surpresseur et grilles d'aération) - on peut ainsi ne fournir que la quantité d'air strictement utile au moment du "creux" de la pollution, alors que, dans l'aération continue, il faut un débit minimum d'agent gazeux pour obtenir une bonne répartition d'air dans le lit - le transfert de l'oxygène (dissolution des bulles de gaz dans l'eau) est amélioré et l'on peut augmenter le nombre d'orifices de la grille d'aération sans en diminuer la section du fait que les débits instantanés d'aeration Sont plus importants ;; - on obtient une meilleure répartition des matières en suspension au sein du lit granulaire, ce qui permet d'augmenter la durée des cycles de filtration et de réduire la quantité d'eau pour le lavage final du filtre ; - en outre, la biomasse en excès étant retenue dans la partie non aérée du filtre, la biomasse active, fixée sur le matériau granulaire, pre sente un meilleur accès à la pollution dissoute ; - enfin, grâce à des débits instantanés d'agent gazeux plus importants, le risque de colmatage des orifices des grilles d'aération est notable ment diminue. La cadence du sequençage : aération/arrêt et le volume d'air à apporter dans chaque séquence sont évidemment fonction de la qualité de l'eau à traiter et des différents objectifs fixés pour'l'épuration. En pratique, dans le cas le plus général, l'air est envoyé avec un débit ins tantané D1 (en m3/h) generalement compris entre 1,5 D et 4,5 D (par exemple de 2 à 4 D), D étant le debit normal d'aération en procédé classique d'insufflation en continu pour la même eau à traiter et les mêmes objectifs d'épuration. On effectue alors une alternance d'injection d'air pendant un temps t1 relativement court puis d'arrêt d'aerationipendan-t un temps t2 au moins égal à t1.Par exemple, l'air est injecté pendant un temps de 4 secondes à 30 minutes puis on arrête l'envoi de fluide gazeux pendant au moins la même période. Ce temps d'arrêt est de préférence inférieur a 10 minutes poyr éviter l'apparition d'un état d'anaérobie. Dans une installation industrielle comportant plusieurs fil-tres en parallèle, la mise en oeuvre du procédé est simple puisqu'il suffit, avec l'air comprimé de façon constante issu du surpresseur, d'alimenter un filtre sur deux (ou trois, ou quatre) en faisant alterner tantôt dans un filtre tantôt dans un autre les injections d'air et les arrêts d'aération. Conformément à une autre caractéristique, le procédé d'aération séquencé peut être mis en oeuvre, comme le procédé Biocarbone précite, en nitrification tertiaire, après décantation primaire pour l'élimination, comme dit ci-dessus, de la pollution carbonée. Ceci est particulièrement approprié dans le cas d'une eau résiduaire à dominante urbaine et lorsque la charge azotée appliquée est inférieure à 0,6 kg d'azote par mètre cube de matériau et par jour. Parmi les nombreuses expérimentations de la Demanderesse sur la susdite technique perfectionnée et à titre d'exemples non limitatifs, on citera ci-dessous les 2 séries d'essais,relatifs : Tableau 1 : au traitement biologique pour l'élimination de la pollution carbonée. Tableau 2 : au traitement tertiaire de nitrification. Pour ce qui est des essais relatifs au tableau 1, la vitesse de l'eau a traiter (en flux descendant dans lé lit fixe) était dans tous les cas de 2,5 m/h ; la hauteur de la zone de filtration, indiquant le point d'injection d'air à niveau intermédiaire du lit, était -sauf indications contraires- de 30 cm ; et la granulométrie du matériau granulaire (argile cuite# ) était de 3 à 6 mm. On sait, par ailleurs que DCO est l'abrégé de : Demande chimique en oxygène ; et MES : matières en suspension (dans l'eau à traiter). Les durées des cycles de filtration, dans le pilote utilisé, étaient respectivement de : 25 à 36 heures pour l'aération continue et de 39 à 56 heures pour l'aération séquencée. En ce qui concerne le traitement de nitrification, {tableau 2) la vitesse en eau à traiter était, dans tous les cas, de 2,2 m/h ; l'opé- ration de séquençage consistait en l'envoi d'air au débit de 24 m/h pendant 10 secondes puis arrêt d'injection de 10 secondes, etc ; les durées de cycle de filtration étaient de 3 à 5 jours pour l'aération continue et de 6 à 10 jours pour l'aération sequencee. Comme on peut le voir d'après les résultats de ces tableaux, en particulier le tableau 1, la mise en oeuvre, selon le procédé de l'invention d'une régulation d'oxygène par aération intermittente avec des débits instantanés assez élevés pendant l'insufflation, procure sur tous les plans une efficacité sensiblement meilleure par rapport à la technique classique d'aération continue. Toutefois, on notera, conformément à une variante tombant dans le cadre de l'invention, qu'il peut être parfois avantageux de maintenir en permanence dans le lit fixe de matériau granulaire un très faible débit d'aération D2, notablement inférieur au débit habituel d'aération en continu, tout en mettant en oeuvre le procédé précité d'alternance de débits instantanés élevés (D1) et de temps d'arrêt de ces derniers (D1 = 0). Tableau 1 Vitesse de l'air Caractéristiques Eau brute Eau épurez Eau puree insufflé eau aération aération séquencée continue a) en continu : DCO (mg/l) 245 62 90 30 m/h b) en séquencée: DCO soluble 191 40 70 120 m/h pen dant 5s arrêt pendant 15s MES (mg/i) 112 12 14 DCO 373 68 85 (idem) DCO soluble 210 61 67 MES 124 5 6 a) en continu : DCO 225 58 86 30 m/h b) en sêquencée: DCO soluble 127 50 66 60 m/h pen dant 6s arrêt pendant 6s MES 94 6 15 6s ~~~~~~~~~~~ MES 94 6 15 DCO 364 96 132 (idem) DCO soluble 182 68 80 MES ~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~ 137 28 29 (idem mais DCO 339 98 126 hauteur de la zone de filtra- MES 149 16 28 tion ~~~~~~~~~~~~~~~~~ de 50 an) MES 149 16 28 DCO 374 83 126 DCO soluble 220 71 102 MES 113 12 29 Tableau 2 charge appliquée charge éliminée Taux d'élimina- Vitesse en air en N (NH4+) en NH4+) tion de l'azote Kg/n@/jour Kg/m3/jour 12 m/h 0,495 0,400 81 % en continu 24 m/h 0,520 0,490 94 X en continu 12 m/h 0,505 0,480 95 % séquencée (dont 24./h pendant 10 secondes et arrêt pendant 10 secondes ) On remarquera que, dans ces essais, les débits instantanés d'aération (D1) ont été maintenus pendant des temps très courts, de l'ordre de 5 à 10 secondes, du fait que le produit a traiter était cons titué par des eaux urbaines courantes. Toutefois, suivant le type d'eau a épurer, le même procédé peut conduire à la mise en oeuvre de temps d'injection de plusieurs minutes, avec l'obtention de bons résultats équivalents à ceux précités. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration d'une eau polluée du type selon lequel on fait percoler de haut en bas l'eau a traiter a travers un lit submerge et fixe de matériau filtrant granulaire avec insufflation. à un niveau intermédiaire du lit, d'un courant gazeux oxygéné ascendant, le procédé étant caractérisé en ce que l'agent gazeux est envoyé dans le lit non pas en continu mais de façon séquencée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazeux, constitue par de l'air, est envoyé avec un débit instantane D1 (en m3/h) compris entre 1,5 D et 4,5 D, D étant le débit normal d'aération en procédé connu d'insufflation en continu, suivant une alternance d'injection pendant un temps t1 assez court puis d'arrêt d'aération pendant un temps t2 au moins égal à t1. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le débit instantané d'aération est compris entre 2 D et 4 D pendant un temps de 4 secondes à 30 minutes, suivi d'un temps d'arrêt d'au moins 4 secondes et de préférence inférieur à 10 minutes. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en variante, on maintient en permanence dans le lit un débit d'aération D2 très faible, notablement Inférieur à D, puis en ce que l'on fait alterner des débits instantanés D1 élevés et des temps d'arrêt (D1 = O).