Brevet FR2594113A1 — publié le 19870814

La présente invention concerne un procédé et une installa- tion destinés au traitement d'eaux résiduaires, notamment d'eaux résidu- aires urbaines et des boues produites au cours de ce traitement. Les procédés classiques d'épuration comportent, pour leur mise en oeuvre, une chaîne d'appareils spécialisés qui assurent succes- sivement le dégrillage, le dessablage, le dégraissage, la décantation pri- maire, le traitement biologique proprement dit par boues activées dans un bassin d'aération, la séparation du liquide traité et de la boue formée dans un clarificateur, le recyclage des boues vers le bassin d'aération et le traitement tertiaire de l'eau épurée. Les boues en excès sortant du décanteur et du clarificateur sont d'abord épaissies puis subissent une digestion en un ou plusieurs stades ainsi qu'une déshydratation. Les installations ainsi conçues sont très encombrantes. En effet, un temps de séjour important est nécessaire dans le bassin d'aéra- tion pour achever l'épuration. Un temps de contact au moins égal à 2 heu- res est généralement considéré comme un minimum. On peut envisager de réduire ce temps, donc le volume du bassin en faisant en sorte que l'épuration soit achevée, si nécessaire, dans des appareils spécialisés placés en aval, par exemple pour l'élimi- nation des composés azotés par nitrification-dénitrification. Mais on est limité dans cette voie par les performances du clarificateur. En effet, pour réduire le temps de séjour dans le bassin d'aération, tout en main- tenant la charge massique des boues nécessaire à l'épuration, il faudrait augmenter la concentration de ces boues, c'est-à-dire obtenir à la sortie du clarificateur une augmentation de la concentration des boues dans un rapport inverse de celui de la diminution du temps de séjour dans le bas- sin d'aération. De même, la digestion des boues demande des temps de séjour importants, donc des appareils encombrants, parce que l'épuration de la partie organique fermentescible des boues et du liquide interstitiel est contrariée par la présence d'un volume important de matières en suspension non fermentescibles. Le but de la présente invention est de réaliser une installation comportant une combinaison d'appareils permettant d'une part de réduire le temps de séjour dans les différentes phases du traitement, donc de réduire l'encombrement de l'ensemble constituant l'installation de traitement des eaux et des boues, d'autre part de réduire la consommation d'é- nergie nécessaire à l'oxygénation. Suivant une caractéristique de l'invention, l'ensemble constitué par le décanteur primaire et le bassin d'aération est remplacé par un bassin unique d'aération à forte charge massique dans lequel le temps de séjour de l'eau à traiter est court, de l'ordre de 15 minutes, cet unique bassin d'aération étant associé à un clarificateur-épaississeur muni de plaques ou de tubes parallèles favorisant la décantation des boues, assurant une production de boues, recyclables dans le bassin d'aération, à la concentration élevée rendue nécessaire pour le temps de séjour ré- duit de l'eau dans le bassin d'aération. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'excès de boues produites dans le clarificateur-épaississeur subit un traitement biologique en deux stades, hydrolyse et méthanisation, réalisés dans deux appareils distincts et appropriés chacun à leur fonction, l'hydrolyse ayant liquéfié la fraction fermentescible des boues, les boues restantes rendues inertes sont séparées par tout procédé approprié tel que centrifugation, microfiltration, avant méthanisation du liquide clair résiduel, exempt de matières en suspension freinant les échanges, dans un appareil approprié tel qu'un appareil à lit fluidisé anaérobie. Suivant une disposition préférée de l'invention, le liquide clair provenant de la séparation des boues est envoyé à un appareil de déni- trification que comporte l'installation, pour lui fournir la charge carbo- née qui lui est nécessaire. Cette façon de procéder particulièrement inté- ressante permet de réduire ou même de supprimer l'apport de méthanol géné- ralement utilisé à cet effet et donc de réduire la taille ou même de sup- primer le lit fluidisé de méthanisation prévu pour le traitement du liquide dont s'agit, en vue de son rejet. Suivant une autre disposition de l'invention, les boues sortant de l'appareil de séparation sont partiellement recyclées dans le réacteur d'hydrolyse, pour augmenter la durée de l'hydrolyse. Conformément à une caractéristique de l'invention, le seul retour, en tête de l'installation, provenant de l'atelier de traitement des boues est celui de l'eau sortant du lit fluidisé de méthanisation, et du fait même de la méthanisation, ce retour d'eau entraîne un minimum de pollution carbonée. On a décrit ci-après, à titre d'exemple nullement limitatif, une forme de réalisation d'une installation propre à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. - 3 - Cette description est faite en référence au dessin annexé dont la Fig. unique est un schéma par blocs d'une telle installation. L'eau à traiter est introduite par la canalisation 1 dans le bassin 2 o elle est traitée par le procédé des boues activées élimi- nant, grâce aux bactéries aérobies qu'elles contiennent, la pollution carbonée. Le bassin est alimenté en air ou oxygène répondant aux besoins des bactéries aérobies épuratrices. Conformément à l'invention, le bassin d'aération 2 est unique et à très haute charge massique. On sait que, par charge massique, on entend le rapport entre le flux de pollution journalière exprimée en DB05 et la quantité de matières sèches présente dans le bassin d'aération. Etant donné le but poursuivi, il est opportun que la valeur de cette charge massique s'établisse aux environs de 1,5 kgDBO5/kgMS/J. Egalement conformément à l'invention, le bassin d'aération est associé à un clarificateur-épaississeur 3 auquel l'eau, sortant du bassin d'aération, est amenée par la canalisation 2a. Ce clarificateur-épaississeur est du type, connu en soi, dans lequel la séparation de la boue est favorisée par le passage de la liqueur provenant du bassin 2 dans des tubes, ou entre des plaques,incli- nés. On réalise ainsi dans ce clarificateur-épaississeur, une concentra- tion particulièrement importante de la boue, dont une partie est recyclée par la canalisation 4 dans le bassin d'aération 2. Grâce à ces dispositions suivant l'invention, on entretient dans le bassin 2 une masse importante de bactéries épuratrices, nécessaire pour le fonctionnement, à très haute charge massique, du bassin. L'eau, débarrassée de la pollution carbonée, est avantageu- sement amenée à un nitrificateur 6, duquel elle passe dans un dénitrifica- teur 7 pour parvenir à un décanteur 8 d'o elle sort par la canalisation 9. Les boues en excès subissent un traitement anaérobie visant à transformer la matière organique en gaz (CH4 + C02) par des bactéries anaéorobies strictes appelées méthanifères. Cette réaction s'effectue en deux stades. La matière organique est d'abord transformée en acides gras volatils par un groupe de bactéries appelées acidophiles, puis les bacté- ries méthanifères utilisent les acides gras volatils produits pour les transformer en gaz. La digestion anaérobie peut s'opérer en un ou deux stades. Le fait de séparer ces deux stades permet d'optimiser chacun d'en- tre eux et donc de travailler dans des conditions optimales. 25941 13 - 4 - Pour procéder à cette digestion anaérobie, les boues en excès sont envoyées par la canalisation 5 dans un réacteur d'hydrolyse 10. Ce réacteur d'hydrolyse débite par la canalisation 11 dans un séparateur 12 qui peut être de tout type quelconque convenable, constitué par exemple par une centrifugeuse, une membrane, etc... qui assure la séparation de la phase liquide et des matières sèches. Les matières sèches constituant la phase solide sont, soit recyclées par la canalisation 13 dans le réacteur d'hydrolyse 10, soit évacuées par la canalisation 14. La phase liquide débarrassée de ses matières en suspension est, pour partie, dirigée par la canalisation 15 vers le dénitrificateur 7, auquel elle fournit les besoins en carbone nécessaires à la dénitrifica- tion de l'effluent provenant du nitrificateur 6, ce qui évite d'avoir à fournir au dénitrificateur un apport carboné extérieur, sous forme de mé- thanol par exemple. L'autre partie de la phase liquide est, conformément à l'invention, envoyée sur un lit fluidisé anaérobie 16 d'o, contenant très peu de pollution, elle est, par la canalisation 17, amenée dans la canalisation 1 alimentant en eau à traiter le bassin d'aération 2. Conformément à l'invention, le choix des paramètres du fonctionnement, associé aux dispositions caractéristiques de l'invention, concourt à réaliser l'économie d'énergie et le gain de place souhaités. On choisit un rendement d'élimination de la pollution carbonée de l'ordre de 60 à 80 %, au lieu de 80 à 90 % dans les installa- tions habituellement réalisées, ce qui permet d'adopter une charge massi- que de l'ordre de 1,5 kg DBO5/kg MS/jour (au lieu de 0,1 à 1 kg). D'autre part l'utilisation d'un clarificateur-épaississeur permet de maintenir de fortes concentrations en boues actives dans le bassin biologique, c'est-à- dire d'adopter des charges volumiques de l'ordre de 10 à 15 kg DBO5/m3/jour (au lieu de 0,5 à 2,5 kg habituellement). La combinaison de ces moyens permet d'obtenir un gain de place grâce à la charge volumique et une économie d'énergie grâce au ren- dement et à la charge massique. Les dispositions caractéristiques du traitement des boues, dont la production croît avec la charge massique, concourent à l'obtention des résultats recherchés. -5- La réalisation de l'hydrolyse et de la méthanisation en deux appareils séparés, conçus chacun pour sa fonction propre, améliore la compacité et le rendement de chacun d'eux. La séparation des matières inertes diminue le volume à méthaniser et augmente le rendement de la méthanisation. Il en résulte que la surcharge apportée au traitement biologique par le recyclage de l'efflu- ent méthanisé, qui est le seul effluent recyclé, est inférieure à 2,5 % de la charge influente alors qu'elle est de 10 à 20 % dans les installa- tions classiques. Le résultat concourt à l'économie d'énergie du traitement biologique et au gain de place de l'ensemble. L'économie d'énergie est de l'ordre de 30 % et le gain de place de l'ordre de 50 % par rapport aux installations réalisées de façon classique. - 6 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement par boues activées d'eaux résiduaires, notamment d'eaux résiduaires urbaines, caractérisé en ce que l'eau à traiter, préalablement soumise aux traitements préliminaires clas- siques tels que dégrillage, dessablage, dégraissage et éventuellement à une décantation primaire, est amenée dans un bassin unique d'aération à forte charge massique o elle séjourne pendant un temps réduit, duquel elle passe dans un clarificateur-épaississeur muni de plaques ou de tubes paral- lèles inclinés, favorisant la séparation de la boue, cette boue étant recy- clée dans le bassin d'aération sous une concentration élevée rendue néces- saire pour le temps de séjour réduit de l'eau dans ce bassin. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge massique de l'unique bassin d'aération, exprimée en DB05 est d'une valeur se situant aux environs de 1,5 kg DBO5/kg/MS/jour. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'excès de boues produites dans le cla- rificateur-épaississeur subit un traitement biologique en deux stades, hydrolyse et méthanisation, réalisés dans deux appareils distincts et ap- propriéschacun à leur fonction, l'hydrolyse ayant liquéfié la fraction fer- mentescible des boues, les boues restantes rendues inertes sont séparées par tout procédé approprié tel que centrifugation, microfiltration, avant méthanisation du liquide clair résiduel, exempt de matières en suspension freinant les échanges, dans un appareil approprié tel qu'un appareil à lit fluidisé anaérobie. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide clair provenant de la sépa- ration des boues est envoyé à un appareil de dénitrification que comporte l'installation mettant en oeuvre le procédé, pour fournir à cet appareil la charge carbonée qui lui est nécessaire, rendant ainsi inutile un apport-s extérieur d'un composé carboné tel que méthanol. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide sortant du lit fluidisé de méthanisation est mélangé à l'eau à traiter avant son introduction dans le bassin unique d'aération. 6. Installation pour la mise en oeuvre du-procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, pour le traitement de l'eau, disposés successivement un unique bassin d'aération (2) à forte charge massique, un clarificateur-épaissis- seur (3) à tubes ou plaques inclinés, duquel les boues sont recyclées, sous forte concentration dans le bassin d'aération (2), un nitrificateur (6), un dénitrificateur (7), un décanteur (8) et, pour le traitement des boues un réacteur d'hydrolyse (10) communiquant avec le clarificateurépaississeur (3), un séparateur (12) pour séparer des boues le liquide interstitiel et un méthaniseur (16) auquel est amené ce liquide. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le méthaniseur (16) est relié à la canalisation (1) d'amenée d'eau au bassin d'aération (2) pour y introduire le liquide clair séparé des boues. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le séparateur (12) est relié au dénitri- ficateur (7) pour y amener le liquide clair séparé des boues avant son passage dans le méthaniseur (16).