Brevet FR2667860A1 — publié le 19920417

La prèsente invention a trait au domaine du traitement des eaux usées et résiduaires, ou toutes eaux contenant de l'azote ammoniacal, par le procédé biologique dit aux boues activées, dans des cuves ou bassins de fermentation où des cultures de micro-organismes, dispersées dans un milieu aqueux plus ou moins riche en éléments minéraux, se nouthtssant d'un substrat organique ou micro-organique. Elle concerne plus spécialement un procédé d'épuration des eaux permettant d'éliminer ou réduire totalement l'azote total de l'eau par transformation de l'azote ammoniacal en ions nitrates puis élimination de ces derniers, autrement dit selon un processus de nitrification puis denitrification. Dans la technique connue du traitement biologique des eaux résiduaires, liteau, après décantation, est envoyée dans un bassin aéré puis dans un clarificateur400 la boue ou biomasse est recyclée en tête du bassin. On utilise des bactéries hétérotrophes aérobies qui éliminent le carbone par utilisation de l'oxygène dissout dans le milieu aqueux et des bactéries autotrophes pour transformer l'ammoniac en nitrites et nitrates. Toutefois, le taux de croissance des bactéries autotrophes étant plus faible, elles ne peuvent se maintenir de façon stable dans la boue activée que si l'age moyen de cette dernière est élevé, généralement entre 5 et 30 jours. Afin d'obtenir un développement normal de ces bactéries autotrophes dites nitrifiantes, il est alors nécessaire de concevoir un volume de bassin au moins trois fois plus important, de façon a multiplier par le même chiffre le temps de séjour et l'age des boues. On se heurte alors à des problèmes de coûts importants pour les installations. En outre, si le processus de nitrification a bien lieu dans ce cas, on ne peut parvenir à la fonction de dénitrification c'est- -dire de suppression des nitrates de l'eau. Dans le but d'obtenir successivement une nitrification puis une dénitrification, tout en évitant la mise en oeuvre de plusieurs séries de bassins, on a préconisé l'utilisation d'un bassin unique muni de sections ou zones alternativement aérées (avec une teneur maximale en oxygène dissous de 1,5 p;p.m maximum) et non aérées où â-.là#llïtiite-dé#i\anaérôb#osé (brevet français publie N 2372121). Malgré les perfectionnements apportés, un tel système exige la mise en oeuvre de volumes importants pour le bassin a biomasse ou alors la transformation des bassins existants en dispositifs à Zones multiples alternées. Afin de pouvoir s'affranchir de la nécessité d'utiliser un bassin à boue activée de très grand volume pour obtenir un temps de séjour prolongé et un âge des boues supérieur à 5 jours en vue d'une possible nitrification puis dénitrification, on peut penser à adjoindre au système conventionnel précité d'épuration, un ensemble à biomasse fixé comme par exemple un dispositif de filtration (épuration à lit de charbon actif ou autre charge granulaire type biocarbone - marque déposée orv - ou équivalente).Toutefois, si le dispositif est installé en fin de traitement, après la clarification, la phase de dénitrification ne peut avoir lieu; si par contre il est prévu en amont du bassin à boue activée, on obtient une nitrification/dénitrification mais le bassin Iwlrnême n'est plus véritablement opérationnel ; enfin si le dispositif est placé entre le bassin à boue et le clarificateur, la biomasse introduite dans le lit fixe provoque rapidement des phénomènes de colmatage. L'invention a donc pour but, compte tenu de cet état de la technique, de proposer un procédé permettant d'assurer dans de bonnes conditions à la fois l'épuration des pollutions carbonées et les phases successives de nitrification et dénitrification dans une installation générale de traitement qui ne nécessite pas d'importantes modifications du volume du bassin à boue activée et qui peut donc être adapté aux dispositifs conventionnels existants d'épuration. Conformément au principe général du procédé de l'invention, où l'ensemble du traitement inclut, après une éventuelle décantation primaire, un séjour en bassin à boue activée et une clarification, on prévoit qu'une partie au moins de la liqueur mixte dudit bassin est envoyée dans un lit fluidisé, garni de granulé solide en expansion, avant de rejoindre la phase de clarification. L'utilisation de la technique des lits fluidisés est, certes, bien connue dans l'épuration des eaux notamment dans le traitement d'une eau brute pour réduire le taux de M.E.S (Matières en Suspension) ou encore pour nitrifier c'est à dire transformer en nitrates l'ammoniaque de Liteau. Toutefois, on ne peut envisager la phase de dénitrification car la quantité de matières carbonisées n'est alors plus suffisante. Conformément à l'originalité du procédé de l'invention, le réacteur à lit fluidisé est alimenté directement par la biomasse issue du bassin de traitement biologique à boue activée. Cette solution permet de multiplier par un nombre important (couramment par 3) le volume de la liqueur mixte et donc d'augmenter l'age des boues en favorisant des bactéries nitrifiantes. Si, par exemple, on ajoute un réacteur à lit flU1dSS à un bassin à boue activée muni de deux zones dont l'une anoxique et l'autre normalement aérée (en aérobie) et si l'on effectue un recyclage de la liqueur mixte (donc des nitrates) ainsi d'ailleurs que d'une partie des boues, on peut obtenir d'excellents résultats de nitrification et dénitrification en conservant la taille d'un bassin à boue déjà installé. Selon un autre avantage du procédé, on utilise pour la phase de dénitrification le carbone contenu dans l'eau à traiter sans avoir à utiliser d'additif carboné supplémentaire, comme par exemple du méthanol si l'on adoptait la solution précitée d'un réacteur à biomasse fixée ou encore d'un lit fluidisé après le clarificateur. Le choix du dispositif de fluidisation et la détermination des divers paramètres et de leur optimum peuvent être effectués selon les données connues pour l'thonine de l'art. Toutefois, il statère particulièrement avantageux, quoique non limitatif, dtadopter un système à plusieurs contenants avec injection gazeuse, tel que par exemple celui faisant l'objet du brevet européen N0162796 de 1984. L'implantation de la phase de fluidisation dans un système de traitement biologique conventionnel d'eau résiduaire peut être réalisée de plusieurs façons et l'on décrira ci-dessous quatre modes principaux d'exécution en se référant à la planche des dessins annexés. On a illustré très schématiquement sur ces figures 1 à 4 une installation classique du traitement d'eau résiduaire par voie biologique, comprenant la succession, dans le sens du traitement : d'un éventuel décanteur primaire D ; d'un bassin B à boue activée pouvant ou non être séparé en des zones : anoxique B1 (totalement privée d'oxygène) ou aérée B2 (en aérobie) et d'un clarificateur C. L'eau brute à traiter 1 suit le cheminement de gauche à droite et l'eau épurée 2 est récupérée à la sortie du clarificateur C. La ligne en pointillés 3 correspond à un recyclage de la liqueur mixte alors que la ligne en pointillés 4 représente le recyclage des boues d'épuration. Les boues en excès 5 retirées du clarificateur C sont stockées et/ou traitées de façon classique. Le dispositif à lit fluidisé, incorporé à l'installation de traitement selon 11 invention, est représenté par la lettre L. Conformément au principe illustré sur la figure 1, le système à lit fluidisé L est disposé en aval de la zone anoxique B1 créée dans la cuve de boue existante. Il est alimenté en courant ascendant par la biomasse 6 tirée de cette zone B1 et son effluent 7 est envoyé dans la zone en aérobie B2 du bassin à boue activée. Selon la variante de la figure 2, la fluidisation est installée entre la zone en aérobie B2 et le clarificateur C. L'alimentation en amendant 8 est soutirée de B2 alors que l'effluent 9, qui a traversé le lit fluidisé est envoyé en tête du clarificateur C. Conformément à un autre mode de réalisation il les tré sur la figure 3, le bassin de traitement se trouve totalement en anoxie B1 alors que la fluidisation L, installée en aval du bassin, fonctionne en aérobie, son effluent 9 étant envoyé en tête du clarificateur C. Enfin, selon la variante de la figure 4 et toujours dans le cadre de l'invention, on peut prévoir l'installation de fluidisation L en amont du bassin de traitement à condition de la faire fonctionne ner en milieu anoxique alors que la cuve B2 est totalement en aérobie. Dans ce cas, L est alimenté en ascendant par l'eau 10 sortant du décanteur D et son effluent 11 est envoyé dans le bassin aéré B2 à boue activée. Le recyclage de la liqueur mixte 3 est ici envoyé à base du fluidificateur L dépourvu d'oxygène ou air. Grâce au principe selon l'invention selon lequel la biomasse circule dans un fluidiseur annexé à l'installation classique, il devient possible d'effectuer la nitrification et la dénitrification d'une eau à épurer sans avoir à augmenter considérablement le volume des cuves à boues activées. Le procédé convient donc bien pour une adaptation à une installation déjà existante dans laquelle il suffit d'intercaler un dispositif à lit fluidisé selon l'une ou l'autre des variantes précitées. L'exemple de réalisation décrit ci-après met bien. en évidence cette possibilité d'adflptation. On a travaillé sur une station de traitement d'eau résiduaire correspondant à une ville de 10.000 habitants et traitant, pour épuration, un débit d'eau d'environ 2500 jour dont la teneur en DBO était d'environ 650 kg/jour. La station était équipée d'un décanteur primaire, d'un bassin à boue activée et d'un clarificateur. Le décanteur primaire permettait d'éliminer environ 200 kg de DBO par décantation spontanée. Il restait donc 450 kg de DBO pour la cuve à boue activée existante, de volume 300 M3 environ. Ce volume contenait une liqueur mixte (ou biomasse à environ 3g/l de M.E.S soit au total 900 kg. La charge massique pour la biomasse était donc de 0,5 kg de DBO par kg de MES et par jour. Pour une telle charge la station ne pouvait effectuer la nitrification du fait de l'âge insuffisant des boues dans le bassin. Afin que la nitrification puisse avoir lieu dans une telle installation il faudrait ramener la charge massique à un maximum de 0,15, donc avoir une quantité de biomasse de 450/0,15 soit 3000 kg. Pour une quantité de MES de 3 g/l il serait donc nécessaire de disposer d'un volume supplémentaire de 700 m3 de bassin à boue et donc construire plus de 2 bacs à biomasse équivalents au bac existant. En outre, il serait nécessaire de recycler la liqueur mixte dans une zone anoxique à créer dans les 1000 M3 de bassin, ceci pour obtenir la dénitrification. Conformément à l'invention, on a intercale un système à lit fluidisé dans l'installation conventionnelle susvisée selon la realisation illustrt sur la figure 2 du dessin annexée. Ce système était destiné à apporter une quantité de biomasse supplémentaire de 2100 kg (3000900). Du fait qu'un tel système pouvait fonctionner avec une biomasse à 12g/l de MES (ou 12 kg/m3) il a suffit d'un volume supplémentaire à côns- truire de 2100/12 soit 175M3, au lieu des 700m3 précités. Les résultats des expérimentations dans l'exemple susdécrit s'analysent comme suit L'eau brute à traiter contenait 60 g d'azote (NH3) par m3 d'eau. A la sortie de la station existante, non modifiée, il restait encore 38 m#/l d'azote (NH3). Grâce à la mise en place du système à lit fluidisé selon l'invention, on a pu descendre à un taux de 3mg/l d'azote (NH3) et à une valeur de nitrates de 5mg/l. La quantité d'azote total à la sortie était alors de 8mg/l donc inférieure à la limite de 10 fixée par la norme française NGL2. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification d'eaux résiduaires par boues activées en vue d'éliminer à la fois les pollutions d'origine carbonée et celles d'origine azotée selon un processus de nitrification/dénitrification, selon lequel l'eau séjourne dans un bassin de boue activée avant d'être soumise à une clarification, le procédé étant caractérisé en ce qu'une partie au moins de la liqueur mixte dudit bassin est envoyée dans un lit fluidisé, garni de granulé solide en expansion, avant de rejoindre la phase de clarification. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liqueur mixte d'alimentation du lit fluidisé est soutirée dans une zone anoxique du bassin de boue activée alors que l'effluent du lit est envoyé dans une zone en aérobie dudit bassin. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liqueur mixte d'alimentation du lit fluidisé est soutirée dans une zone en aérobie du bassin de boue activée alors que l'effluent du lit est envoyé en tête de la clarification. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du bassin fonctionne en anoxie alors que le lit fluidisé fonctionne en totale aérobie. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du bassin est en aérobie alors que le lit fluidisé fonctionne en anoxie. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue un recyclage de la liqueur mixte depuis la sortie jusqu'à l'entrée du bassin à boue activée ou du lit fluidisé ainsi qu'un recyclage des boues depuis la sortie de la clarification jusqu'à 11 entrée dudit bassin ou du lit fluidisé.