Brevet FR2597088A1 — publié le 19871016

L'invention concerne un procédé d'épuration des eaux résiduaires, notamment des eaux résiduaires communales, et de traitement des boues, selon lequel on introduit les eaux résiduaires brutes dans un étage d'adsorption, qui est fortement chargé, et ensuite dans un étage d'activation, faiblement chargé, et les boues en excès provenant de l'étage d'adsorption et de l'étage d'activation sont envoyées, sous la forme d'un mélange de boues en excès, après un épaississement préalable, à un étage de traitement des boues, qui 10 comporte au moins un réacteur d'acidification et un réacteur de production de méthane. Il va de soi que les boues en excès qui émanent de l'étage d'adsorption et de l'étage d'activation peuvent être également soumises séparément à un épaississement préalable. 15 Dans le cadre du procédé conforme à l'invention, l'épuration des eaux résiduaires s'effectue selon la technologie dite d'adsorption (voir à ce sujet "Korrespondenz Abwasser", ème année, volume 7, page 452). Selon la conception de base de la technologie d'adsorption et de la présente invention, 20 on ne réalise aucune épuration mécanique préalable. Mais il entre dans le cadre de l'invention de prévoir une telle épuration préalable. Dans le cas du procédé connu d'après la pratique du type indiqué plus haut, on déshydrate tout d'abord la boue 25 en excès provenant de l'étage d'adsorption ainsi que la boue en excès provenant de l'étage d'activation, qui est fortement chargé, après un épaississement préalable, et ce par exemple à l'aide d'un décanteur ou d'une installation d'assèchement et de filtrage, et on envoie ensuite ces boues résiduelles dans un réacteur ou une enceinte d'acidification et dans un réacteur ou une enceinte de production de méthane. Fréquemment, on ajoute également au mélange des boues, la boue brute produite résultant de l'épuration mécanique préalable des eaux résiduaires arrivantes. La teneur en substances solides 35 du mélange des boues lors du traitement effectué dans le réacteur de production de méthane est égale à 45 kg/m3 et peut atteindre au maximum une valeur comprise entre 70 et kg/m3. Un fonctionnement du réacteur de production de méthane ou même du réacteur d'acidification à la manière d'un réacteur à lit fixe n'est pas possible avec une boue produite par des installations classiques de clarification, en raison du risque de bouchage. Par ailleurs il est notoire qu'un fonctionnement avec une teneur en substances sèches supérieure ou égale à une valeur de 50 kg/m3 et jusqu'à kg/m3, sans l'introduction d'un matériau de support granulaire pour les microbes n'est pas possible dans le cadre des dispositions connues. La présente invention a pour but de mettre en oeuvre 10 le procédé conforme à l'invention de manière que l'on puisse travailler selon un fonctionnement sûr avec une teneur en substances sèches fortement accrue dans le réacteur de production de méthane, et ce déjà sans l'adjonction d'un matériau granulaire de support pour les microbes. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que l'on soumet le mélange non déshydraté des boues en excès à une épuration mécanique fine ou poussée à l'aide de grilles et/ou de filtres, qu'on fluidifie le mélange finement épuré des boues au moyen d'un chauffage, pro20 duisant une pasteurisation, entre 70 et 75 C et au moyen d'une acidification entre 45 et 55 C, et que l'on poursuit le traitement du mélange fluidifié des boues dans un réacteur de production de méthane à lit fixe, avec une teneur en sub3 stances sèches dépassant 100 kg/m3. De préférence le chauffage produisant une pasteurisation s'effectue à environ 70 C et l'acidification s'effectue à environ 50 C. Un mode d'exécution préféré de l'invention est caractérisé en ce que l'acidification est exécutée dans un réacteur d'acidification à lit fixe. Il va de soi que le mélange finement épuré des boues, qui a été pasteurisé, dans la première étape opératoire, par chauffage, peut être ensuite fluidifié, lors d'une seconde étape opératoire, dans le réacteur d'acidification. La fluidification par pasteurisation et acidification peut cependant être également 35 exécutée dans le réacteur d'acidification. Conformément à l'invention, les eaux résiduaires, qui circulent dans le réacteur d'acidification et dans le réacteur de production de méthane sont très fluides. La partie essentielle des bactéries ou de la boue activée anaérobie (environ 80 à 85%) repose de façon fixe sur le système à lit fixe, mais on en tient compte simultanément, dans l'indication donnée précédemment et concernant la teneur en substances sèches. Le traitement du mélange très fluide des boues des eaux résidu5 aires, qui possède une teneur propre en substances solides comprise entre 30 et 50 g/m3 (= 3 à 5 % de substances sèches) se poursuit dans le réacteur à lit fixe de production de méthane. La biomasse globalement disponible est accrue par le fait que des surfaces supplémentaires d'agglomé10 ration sont créées au moins dans le réacteur de production de méthane, mais également de préférence dans le réacteur d'acidification, pour des bactéries sessiles au-dessus de lits fixes. Le mélange des boues peut être traité dans un réacteur à lit fixe de production de méthane, avec une teneur en substances sèches comprise entre 150 et 300 kg/m3. L'invention met à profit le fait qu'en aval d'une installation d'épuration comportant un étage d'adsorption fortement chargé et un étage d'activation faiblement chargé, on peut obtenir, grâce à une épuration mécanique fine qui 20 est exécutée avec des grilles et/ou des tambours filtrants, un mélange de boues, dont on peut poursuivre le traitement dans des réacteurs à lit fixe, comme des eaux résiduaires fortement concentrées, sans risque d'obturation ou de bouchage, auquel cas on met à profit le fait qu'aussi bien la 25 pasteurisation que l'acidification réalisent une fluidification supplémentaire. Si une boue brute arrive en provenance d'une installation d'épuration grossière préalable, on peut soumettre cette boue également à une opération d'épuration fine et l'envoyer ensuite au mélange des boues. Mais on pourrait également disposer, au début de la voie de circulation des eaux résiduaires, en aval et/ou en amont de la grille ou de l'installation de dessablement, une grille filtrante réalisant ici une épuration mécanique fine. L'épuration fine s'effectue de façon appropriée avec une "taille 35 de grains limite" 3 mm. L'expression "taille de grains limite" signifie ici que l'espace libre maximum entre les barreaux des grilles ou les barreaux ou les mailles du filtre ou tamis est égal à 3 mm ou moins. On pourrait également travailler avec une taille de grains limite plus importante, par exemple de l'ordre de 3 à 7 mm, lorsqu'on monte en supplément un filtre ou tamis fin sur le trajet de renvoi des boues. Il va de soi que l'on peut adjoindre au mélange de boues finement épuré des substances qui détruisent les cel5 lules, par exemple de la lysine. Pour régler les paramètres usuels de fonctionnement du procédé, on peut soumettre le mélange des boues à une circulation intérieure et/ou extérieure dans le réacteur d'acidification ou dans le réacteur à lit fixe de production de méthane. Le terme de circulation 10 intérieure signifie pour ainsi dire un entraînement par agitation, quels que soient les moyens avec lesquels cette agitation est réalisée. Par exemple on peut exécuter une insufflation de bulles formée par du gaz méthane obtenu. Le terme de circulation extérieure signifie un guidage selon un cir15 cuit par l'intermédiaire de canalisations correspondantes. De façon résumée, les avantages obtenus doivent être vus dans le fait que dans le réacteur de production de méthane, on peut travailler, en obtenant un fonctionnement sûr, avec une teneur nettement accrue en substances sèches 20 du mélange des boues, et ce avec un réacteur de production de méthane, qui est agencé sous la forme d'un réacteur à lit fixe de production de méthane. L'adjonction d'un matériau de support granulaire n'est pas nécessaire. En particulier, grâce à l'adjonction de charbon, on peut obtenir une réduc25 tion nettement plus importante des substances nocives (= CBS). On obtient donc une réduction notable du besoin en surface ou du volume pour le traitement des boues. De façon détaillée on obtient d'autres avantages. Ces derniers résident dans le fait que la déshydratation, qui est nécessaire con30 formément à l'état de la technique, au moyen d'un décanteur ou d'un filtre de déshydratation ou de filtres-presses à bandes peut être supprimée. De même un épaississement n'est pas nécessaire en aval du réacteur d'acidification. Lors de la pasteurisation, il se produit une hyrolyse du mélange des 35 boues ainsi qu'une destruction partielle des cellules et il en résulte une fluidification. On peut supprimer un épaississement supplémentaire en aval du réacteur d'acidification, mais il peut être approprié de réaliser une légère déshydratation en cet endroit et ceci peut être mis en oeuvre d'une manière peu compliquée. Il va de soi que l'on peut adjoindre du charbon actif en amont du réacteur à lit fixe de production de méthane afin de retenir ou d'éliminer par voie biologique des substances toxiques. De même on peut ajouter de 5 la chaux en amont du réacteur de production de méthane, dans le cas o le degré d'acidification du mélange des boues des eaux résiduaires est trop élevé. En raison du faible volume, il est possible de travailler, en ce qui concerne l'appareil, avec des récipients en acier, qui peuvent être agencés spé10 cialement pour ce type d'utilisation. Par ailleurs on obtient un rendement accru en gaz méthane. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence au dessin annexé qui illustre un exemple 15 de mise en oeuvre du mode opératoire conforme à l'invention. On a indiqué schématiquement une installation d'épuration des eaux résiduaires comportant un étage d'adsorption A et un étage d'activation B, à la partie supérieure du schéma du mode opératoire de mise en oeuvre du procédé. Les eaux 20 résiduaires brutes arrivent de la gauche, et les eaux résiduaires épurées s'évacuent en haut vers la droite. Les canalisations SR sont utilisées pour le retour de la boue. Les évacuations SA pour les boues débouchent, sous la forme d'une canalisation d'amenée 1, dans l'installation conforme à l'in25 vention, qui est branchée en aval et est utilisée pour le traitement des boues en excès. Dans la partie inférieure du schéma de la mise en oeuvre du procédé, on reconnaîit la canalisation d'amenée 1 des boues en excès qui proviennent de l'étage d'adsorption fortement chargé et de l'étage d'activation faiblement chargé, le dispositif 2a d'épaississement préalable, en aval duquel est branché un dispositif 2b d'épuration mécanique fine, le dispositif de pasteurisation 3 àbrûleurimmergé, monté en aval, et une pompe 5 située dans la canalisation 35 d'évacuation 4. On pourrait également utiliser deux dispositifs séparés d'épaississement préalable, l'un pour la boue en excès provenant de l'étage d'adsorption et l'autre pour la boue en excès provenant de l'étage d'activation. Le réacteur d'acidification est monté en aval. Il s'agit d'un réacteur d'acidification comportant un lit fixe 7. Une autre pompe 5 est montéedans la canalisation d'évacuation 8, dans le cas o le réacteur d'acidification ne fonctionne pas à un régime élevé, afin d'entraîner le mélange des boues des eaux résiduaires en chute libre en direction du réacteur de production de méthane. Le réacteur de production de méthane 9 est raccordé à cette pompe. Il s'agit également d'un réacteur comportant un lit fixe 10. Un dispositif 11 d'épaississement complémentaire comportant un système de renvoi de la 10 boue et un dispositif de déshydratation 12 sont installés en aval. L'eau trouble est envoyée par l'intermédiaire des canalisations 13 au dispositif de traitement des eaux troubles, dans lequel on mélange les substances chimiques usuelles de réduction de P. Par ailleurs au dispositif d'épaississement 15 complémentaire situé en aval se trouve raccordée la canalisation de renvoi 14, qui aboutit à la pompe 5 déjà indiquée, en amont du réacteur de production de méthane à lit fixe. Le gaz apparaissant est prélevé par l'intermédiaire de la canalisation 15 et est envoyé à un gazomètre 16. Le gaz pouvant 20 être soutiré du réacteur d'acidification 6 peut être également envoyé au gazomètre 16 par l'intermédiaire de la canalisation 19. La canalisation 17 sert à renvoyer le gaz du gazomètre 16 au réacteur de production de méthane 10, en vue de réaliser la circulation intérieure. Un puits de dégazage 25 18 est monté en aval. En 20, on peut réaliser une adjonction de chaux ou une adjonction de charbon. La boue en excès non déshydratée, qui provient de l'étage d'adsorption, ainsi que la boue en excès non déshydratée, qui provient de l'étage d'activation faiblement chargé, de l'installation d'épura30 tion montée en aval sontenvoyées à la canalisation d'amenée 1, sous la forme d'un mélange de boues, après avoir subi une épuration mécanique fine. Le mélange de boues finement épuré, est pasteurisé en 3 à l'aide du brûleur immergé et est alors déjà fluidifié. Le mélange de boues pasteurisé est ensuite fluidifié d'une manière supplémentaire dans le réacteur d'acidification 6, au moyen d'une destruction partielle des cellules et peut ensuite être soumis à un traitement ultérieur, dans un réacteur à lit fixe de production de méthane 9, avec une teneur en substances solides provenant en moyenne de la biomasse sessile et de la biomasse en sus3 pension et qui intervient pour plus de 100 kg/m3. Pour un exemple de réalisation, on suppose que l'on obtient journellement 200 m3 de boue en excès dans une ins5 tallation d'épuration des eaux résiduaires conçue pour 000 équivalents/habitants et comportant un étage d'adsorption et un bac d'activation. La boue, qui arrive par la voie des eaux résiduaires et a déjà été préépurée par la grille, parvient par l'in10 termédiaire de la canalisation d'amenée 1 dans un dispositif 2a d'épaississement préalable d'un volume égale à environ m3. Après épaississement fournissant une teneur en substances solides d'environ 4-5 %, cette boue, qui est maintenant totalement uniforme et homogène, parvient sur une grille 15 de retenue réalisant une épuration ou sur une installation de filtrage à mailles fines 2b, qui retient les fibres en produisant un mélange boue-eau exempt de fibres. Pour une vitesse relativement faible de circulation d'environ 30 cm/s, le mélange des boues des eaux résiduaires possède un état de 20 surface étendu, semblable aux eaux résiduaires et présentant une forte concentration organique. Grâce au traitement réalisé dans la voie de circulation des eaux résiduaires, d'une part la concentration en BSB5 des eaux résiduaires est réduite de 300 mg/l à environ 5 mg/l, mais d'autre part la 25 phase du liquide surnageant a été concentrée à environ 000 à 20 000 mg/l c'est-à-dire que sa concentration s'est accrue du facteur 50 à 70. Ce mélange eau-boue liquide (200 m3) est chauffé à C dans un brûleur immergé 3, possédant un volume d'envi3 3 ron 10 m3 et y séjourne pendant Y2 heure. Ensuite les 200 mS de mélange eau-boue situé à une température de 50/55 C (mésophile) parviennent, au cours d'une journée, dans l'étage d'acidification 6,7, qui présente un volume d'environ 300 m et y séjournent environ un jour à un jour et demi. On obtient 35 dans cet étage la décomposition des composés organiques et une fluidification supplémentaire ainsi qu'une pasteurisation de la boue. Le mélange d'eau boueuse est entraîné selon un circuit interne au moyen d'une injection 17 de gaz méthane dans l'ensemble 6,7 et par conséquent est entraiîné à travers le réacteur à lit fixe. Avec une température d'environ 330C (mésophile), le mélange d'eau boueuse traverse ensuite le réacteur à lit fixe de production de méthane, c'est-àdire le récipient de 5 décomposition 9 de production de méthane, qui est équipé de réacteurs à lit fixe et séjourne pendant environ dix à douze jours dans le récipient possédant un volume d'environ 2400 m3. La canalisation 17 sert à renvoyer le gaz sortant du gazomètre 16 en vue d'obtenir la circulation interne de 10 la boue à travers les lits fixes 7 et 10. Après dégazage de la boue putréfiée dans le puits de dégazage 18, la boue est envoyée dans le dispositif 11 d'épaississement monté en aval et y séjourne environ un jour à un jour et demi. Pour maintenir le circuit extérieur de circulation de la biomasse et pour activer les processus biologiques, on renvoie une partie de la boue épaissie, par l'intermédiaire de la canalisation 14, au réacteur de production de méthane, et on envoie le reste à l'installation 12 de déshydratation de la boue. L'eau trouble obtenue est évacuée, par l'inter20 médiaire de la canalisation 13, en direction d'une admission dans une installation de clarification. Pendant la phase d'hydrolyse, qui intervient dans le réacteur d'acidification 6, dans l'exemple de réalisation, des substances polymères sont décomposées en partie par les 25 exoenzymes, qui sont alors décomposés pendant la phase d'acidification, par exemple pour former des alcools, du C02, du H2 et des acides organiques. Les bactéries qui produisent une hydrolyse, et les bactéries, qui réalisent une acidification, possèdent des temps de génération courts. Pour les 30 bactéries produisant l'acidification, un milieu acide est plutôt favorable. Dans la phase de production de méthane, qui intervient dans le cas de l'exemple de réalisation dans le réacteur 9 de production de méthane, seuls l'acétate, le H2 et 35 le CO2 sont convertis directement en CH4 par les bactéries méthanogènes. D'autres acides organiques, alcools, etc. doivent tout d'abord être convertis en acétate par des bactéries acétogènes, les bactéries acétogènes et méthanogènes pouvant exister pour des questions énergétiques, uniquement en étant en contact intime dans l'espace. Ces deux types d'organismes possèdent de longs temps de génération. Un milieu neutre jusqu'à légèrement alcalin convient pour les bactéries méthanogènes. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration des eaux résiduaires, notamment d'eaux résiduaires communales, et de traitement des boues, selon lequel on introduit les eaux résiduaires brutes 5 dans un étage d'adsorption (A), qui est fortement chargé, et ensuite dans un étage d'activation (B), faiblement chargé, et les boues en excès provenant de l'étage d'adsorption et de l'étage d'activation sont envoyées, sous la forme d'un mélange de boues en excès, après un épaississement préalable, 10 à un étage de traitement des boues, qui comporte au moins un réacteur d'acidification (6) et un réacteur de production de méthane (9), caractérisé en ce que l'on soumet le mélange non déshydraté des boues en excès à une épuration mécanique fine ou poussée (en 2b) à l'aide de grilles et/ou de filtres, 15 qu'on fluidifie le mélange finement épuré des boues au moyen d'un chauffage, produisant une pasteurisation, entre 70 et 750C et au moyen d'une acidification entre 45 et 55 C, et que l'on poursuit le traitement du mélange fluidifié des boues dans un réacteur de production de méthane à lit fixe (9), avec une teneur en substances sèches dépassant 100 kg/m3. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acidification est exécutée dans un réacteur d'acidification à lit fixe (6). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange des boues des eaux usées est traité dans un réacteur (9) à lit fixe de production de méthane avec une teneur en substances sèches comprise entre 150 et 300 kg/m3. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 3, caractérisé en ce que l'épuration fine (en 2b) est exécutée avec une "taille de grain limite" 43 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange des boues est soumis à une circulation intérieure et/ou extérieure dans le réac35 teur d'acidification (6) ou dans un réacteur (9) à lit fixe de production du méthane.