Brevet FR2701703A1 — publié le 19940826

La présente invention concerne une installation et un procédé d'épuration biologique des eaux résiduaires par digestion5 aérobie de boues activées. L'invention est plus particulièrement destinée à résoudre les problèmes inhérents à l'épuration des eaux résiduaires, dont la production et l'émission dans le milieu environnant sont de10 nature discontinue ou périodique et dont la teneur en BOD et COD est extrêmement variable dans le temps, comme c'est par exemple notamment le cas pour les effluents d'installations industrielles ou artisanales de vinification Comme on le sait, le processus de vinification se déroule à des périodes15 bien déterminées de l'année, et les différentes phases du processus de vinification entraînent la nécessité d'évacuer, durant des laps de temps limités, les eaux résiduaires se caractérisant par des teneurs extrêmement élevées en BOD et COD Le volume de ces effluents est par ailleurs bien20 évidemment fonction de facteurs extérieurs, qui varient d'une année sur l'autre et qui sont difficilement prévisibles, tels que la production annuelle. Les installations connues et actuellement en service, qui se composent des bassins d'aération habituels, normalement enterrés et qui se caractérisent par des coûts d'investissement et des frais fixes élevés, font preuve, de par leur nature même, d'une souplesse qui laisse beaucoup à désirer quant à leur aptitude à supporter les fluctuations des30 débits d'alimentation Ceci oblige à les surdimensionner, ce qui augmente notablement les coûts, sans qu'une telle mesure permette pour autant d'obtenir la fiabilité qui s'impose. La présente invention a pour but de proposer une installation particulièrement simple et économique permettant d'obtenir un rendement d'épuration élevé même en présence de pointes dans la teneur en BOD et COD des effluents à traiter. Pour réaliser cet objectif, l'invention propose une installation d'épuration des eaux résiduaires utilisant le principe de la digestion aérobie de boues activées, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'un ensemble de récipients de conception modulaire, respectivement équipés de dispositifs d'aération indépendants des effluents et de moyens de raccordement permettant de faire passer les effluents en série d'un récipient dans le suivant. La description détaillée qui suit, qui s'appuie sur les planches de dessins ci-jointes, permettra de mieux comprendre les avantages et les particularités de l'installation suivant l'invention Les différentes figures représentent respectivement:15 Figure 1 L'installation, en représentation schématique, vue de l'avant. Figure 2 L'installation correspondant à la figure 1, vue en plan. Figure 3 Une variante de configuration de l'installation, en représentation schématique, vue de l'avant. Comme le montrent les figures, l'installation se compose d'un ensemble de récipients modulaires respectivement désignés par25 les chiffres ( 1) à ( 4) Chacun d'eux comporte un fond plat ou bombé et est ouvert à sa partie supérieure Chacun de ces récipients est réalisé en matière plastique composite, en polyester armé de fibres par exemple, et est monté sur une plate-forme commune reposant sur le sol L'utilisation de ces3 o récipients modulaires présente le gros avantage de ce qu'il est possible de faire varier la hauteur de chaque récipient dans une proportion importante, ce qui permet de respecter les temps de résidence requis par le processus d'épuration. L'installation peut donc ainsi comporter des récipients modulaires de différentes hauteurs, la hauteur maximale étant généralement de l'ordre de 12 mètres Un autre avantage de cette installation réside dans son encombrement limité dans le 3 2701703 plan horizontal et dans la possibilité de faire varier et d'adapter la disposition des différents récipients dans l'espace en fonction de la place dont on dispose. s Chaque récipient est doté de dispositifs d'aération ( 5), placés au voisinage du fond, qui insufflent de l'air depuis le fond au travers de la masse d'effluents à traiter Ces dispositifs d'insufflation d'air, munis de vannes de régulation de débit, sont constitués par exemple par une10 membrane poreuse. Chaque récipient est, de préférence, muni de moyens de conditionnement qui, suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, se présentent sous la forme d'un serpentin,1 S non représenté sur les schémas, faisant partie intégrante de la paroi du récipient et entourant sa surface latérale, qui véhicule un fluide vecteur thermique destiné à maintenir la température des effluents, lors du processus de digestion, à des valeurs généralement comprises entre 5 et 30 'C, y compris20 durant les périodes hivernales. L'installation comporte un premier récipient ( 1) appelé récipient d'homogénéisation, dans lequel les effluents, en provenance d'une fosse de récupération ( 6), sont alimentés par25 une conduite de refoulement ( 7), qui débouche près du fond ou près des dispositifs d'insufflation d'air, dans des conditions telles que les effluents soient placés au contact d'oxygène dès qu'ils pénètrent dans le récipient Le récipient d'homogénéisation, dont le niveau de remplissage varie en30 fonction du débit d'alimentation d'effluents, joue un rôle important notamment dans les cas o les teneurs en BOD et COD des effluents varient par paliers dans le temps, évitant ainsi les phénomènes de choc qui pourraient avoir une incidence préjudiciable sur le bon déroulement du processus de digestion3 aérobie dans les récipients suivants. Une conduite de refoulement ( 8), raccordée à une pompe immergée ( 9), achemine les effluents du récipient 4 d'homogénéisation au premier récipient de la batterie de digesteurs, identifié par le repère ( 2), par l'intermédiaire d'une conduite descendante ( 10) qui débouche au voisinage du fond du récipient ( 2) Chacun des récipients modulaires ( 2), 5 ( 3) et ( 4) est raccordé en série au récipient suivant par l'intermédiaire de dispositifs de transfert à déversoir ( 11). Le niveau des effluents dans ces récipients reste donc constant en dépit des variations du débit d'alimentation Les effluents en provenance du récipient ( 4) sont déversés dans un10 récipient terminal ( 12) faisant office de bassin de décantation Le récipient terminal ( 12) peut avoir une configuration identique à celle des récipients ( 1) à ( 4), mais il est de préférence muni d'un fond conique, disposition qui facilite le processus de décantation des boues.15 Du récipient de décantation ( 12), les effluents clarifiés sont évacués par une conduite ( 13), cependant que les boues sont extraites du fond du récipient par une conduite ( 14) et envoyées dans un système de filtration ( 15).20 Le récipient de décantation ( 12) comporte, avantageusement, une conduite de recyclage ( 17) qui, à l'aide d'une pompe immergée ( 16), permet d'effectuer le recyclage d'une partie au moins des boues décantées dans un25 des récipients de fermentation. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation de l'installaticn d'épuration, dans lequel les éléments identiques à ceux déjà représentés aux figures 1 et 2 sont repérés par les mêmes30 numéros. L'installation illustrée à la figure 3 diffère de celle représentée aux figures 1 et 2 essentiellement sur les points suivants L'alimentation dans le récipient d'homogénéisation35 ( 1) des effluents en provenance de la fosse de récupération ( 6) s'effectue par l'intermédiaire d'une conduite ( 71) qui débouche à la partie supérieure du récipient ( 1) et les effluents sont transférés, depuis ce récipient, au premier récipient de digestion ( 2) par l'intermédiaire de la pompe ( 9) qui aspire les effluents au niveau du fond, et par une conduite ( 81) qui débouche à la partie supérieure du récipient ( 2) Les effluents sont ensuite acheminés dans les récipients suivants par l'intermédiaire des conduites ( 82) qui prélèvent les effluents au niveau du fond de chaque récipient et les véhiculent jusqu'à la partie supérieure du suivant On réalise ainsi un cheminement à contre-courant entre les effluents et le flux d'air ou d'oxygène insufflé dans la masse depuis leio fond. Le récipient de digestion ( 4) est du type à double étage et comporte une enveloppe tubulaire intérieure ( 41), disposée suivant le même axe que celui du récipient ( 4), dans laquelle1 S sont envoyés les effluents en provenance du deuxième récipient de digestion par l'intermédiaire de la conduite ( 82) Depuis l'intérieur de cette enveloppe ( 41), les effluents sont envoyés, par l'intermédiaire d'une conduite ( 83), dans l'enceinte annulaire qui se trouve entre le récipient ( 4) et20 l'enveloppe ( 41) D'autres dispositifs d'aération ( 51) sont prévus au niveau du fond de cette enceinte annulaire pour insuffler de l'air dans celle-ci. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le 2 récipient ( 4) au moins est muni de dispositifs de conditionnement, tels que par exemple une chemise ( 42) à l'intérieur de laquelle est disposé un serpentin dans lequel circule un fluide chauffant. Les effluents sont en dernier lieu transférés par une conduite ( 84) à la partie supérieure du récipient de décantation ( 12) qui, dans le présent cas de figure, comporte un élément tubulaire ( 121) disposé coaxialement par rapport au récipient constituant le décanteur, à l'intérieur duquel débouche la conduite d'alimentation ( 84) Les boues activées décantées sont recyclées depuis le récipient de décantation dans un des récipients de digestion. 6 Il va de soi que l'installation pourra être équipée d'appareils de régulation et de contrôle, qui sont des dispositifs en soi connus, pour le contrôle des paramètres du processus, tels que la température de digestion, le débit5 d'insufflation d'air, la durée de séjour et les valeurs de BOD et COD dans les effluents bruts et les effluents traités. Le procédé d'épuration suivant l'invention se caractérise par le fait qu'il se présente sous la forme d'un ensemble de10 stades de digestion réalisés dans des récipients à disposition verticale, avec insufflation dans les effluents à traiter d'un gaz renfermant de l'oxygène moléculaire, et comprenant au moins une étape d'homogénéisation, caractérisé par le fait que le niveau des effluents dans le récipient o ce15 processus s'effectue, est variable en fonction du débit d'alimentation des effluents, et une ou plusieurs phases de digestion, et caractérisé par le fait que le niveau des effluents dans les récipients correspondants est maintenu substantiellement constant malgré les fluctuations du20 débit d'alimentation des effluents. On a constaté qu'en conduisant l'opération de façon à maintenir, dans au moins un ou plusieurs des récipients de fermentation, une concentration en oxygène dissous supérieure25 à 3 ppm, on pouvait recycler, depuis le décanteur, dans les récipients de digestion, la totalité des boues de digestion aérobie, en évitant ainsi la formation de boues excédentaires qu'il serait, s'il en était autrement, nécessaire de digérer. Dans de telles conditions on obtient par ailleurs une30 diminution substantielle des nitrites présents dans les effluents, qui sont en l'occurrence transformés en nitrates par oxydation. Pour ce faire, le débit d'insufflation d'air dans les récipients de digestion est réglé de façon à maintenir dans au moins un de ceux-ci une teneur en oxygène dissous supérieure à 3 ppm, de préférence supérieure à 5 et comprise entre 5 et 10 ppm. Les temps de séjour des effluents dans l'installation suivant l'invention sont généralement compris entre 6 et 40 jours, la durée préférentielle se situant entre 6 et 20 jours. Avantageusement, le récipient à d'homogénéisation ( 1) dans lequel le niveau d'effluents varie en fonction du débit d'alimentation, est équipé d'indicateurs de niveau, non représentés sur les schémas, qui sont utilisés conjointement à un dispositif de contrôle et de commande pour déterminer l'augmentation du débit d'alimentation des récipients de digestion et du débit d'insufflation d'air qu'il y a lieu de prévoir lorsque le niveau, par suite d'une augmentation du débit d'alimentation des effluents, dépasse un seuil prédéterminé Le débit d'insufflation d'air est réglé en fonction du niveau dans le récipient d'homogénéisation de manière à maintenir les teneurs en oxygène dissous stipulées dans ce qui précède. Le fait que l'installation soit, suivant l'invention, réalisée suivant le principe de la conception modulaire, permet de réaliser une épuration efficace, disposition qui confère à l'installation la souplesse nécessaire pour traiter des effluents, dont les teneurs en BOD et/ou en COD varient par paliers, permettant par ailleurs de réaliser des 2.5 économies substantielles au niveau de la gestion du processus. Exem Dle On a utilisé une installation correspondant à la configuration décrite à la figure 3, comprenant: un récipient d'homogénéisation de 3 m de diamètre et de 10 m de hauteur, deux récipients de fermentation de 3 m de diamètre et de 10 m de hauteur, acceptant chacun un volume d'effluents de 70 m 3, Un récipient de fermentation à double étage, se composant d'une enveloppe extérieure de 3 m de diamètre et 10 m de hauteur et d'une enveloppe intérieure de 2 m de diamètre, l'enveloppe intérieure ayant un volume d'effluents de 37 m 3 et l'enveloppe extérieure un volume de 33 m 3. un décanteur à fond conique d'un diamètre de 2,3 m. Les différents récipients étaient reliés entre eux comme indiqué à la figure 3. S Le récipient d'homogénéisation était alimenté en eaux résiduaires du processus de vinification suivant un débit Q de m 3/jour, avec un facteur de charge organique Fc (exprimé par BOD 5 Q/M _ 103, équation dans laquelle M représente la masse de matières solides totales en suspension, en kg) de 0,151 et une teneur en COD de 5010 mg/l La durée de séjour déterminée par calcul est de 168 heures, avec une température d'environ 10-C dans les récipients de fermentation Le débit d'insufflation d'air dans les récipients de digestion est réglé de façon à obtenir, dans les récipients 3 et 4, une teneur en oxygène dissous de 9 ppm environ. On a en l'occurrence travaillé avec un recyclage total des boues en provenance du décanteur dans le récipient ( 2), sans obtenir de boues en excédent, et en obtenant en régime de 0 fonctionnement normal un COD de sortie de 41 mg/l. On a ensuite traité dans l'installation un débit d'effluents de 10 m 3/jour, pour un F O de 0,036 et un COD à l'entrée de 2800 mg/l; temps de séjour déterminé par calcul: 504 heures environ Le débit d'insufflation d'air a été réglé de manière à obtenir dans les récipients ( 3) et ( 4) une teneur en oxygène dissous de 7 et 9 respectivement L'installation fonctionnant avec un recyclage total des boues, on n'a pas obtenu de boues excédentaires et le COD de sortie était de 40 mg/i. REVENDICATIONS 1 Installation d'épuration d'eaux résiduaires par digestion aérobie de boues activées, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'un ensemble de récipients modulaires ( 1-4), munis chacun de dispositifs d'aération ( 5) des effluents et de moyens de raccordement ( 8, l O, 11), pour transférer les effluents en série d'un desdits récipients dans le récipient suivant. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée ___ io par le fait que chacun des récipients est réalisé en polyester armé de fibres. 3 Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que chaque récipient de conception is modulaire est équipé de moyens de conditionnement constitués par un serpentin intégré dans la paroi du récipient et entourant sa surface latérale, pouvant être alimenté par un fluide de conditionnement. m 4 Installation selon l'une des revendications 1 à 3,_ caractérisée par le fait qu'elle est constituée: d'un premier récipient d'homogénéisation ( 1) muni de moyens d'aération disposés au voisinage du fond ( 5), d'un ensemble de récipients de digestion ( 2- 4) équipés 2 chacun desdits moyens d'aération indépendants et comportant des moyens d'évacuation ( 11) permettant de maintenir dans chacun des récipients en question un niveau de fluide constant, d'indicateurs de niveaux associés au récipient 0 d'homogénéisation et d'un dispositif de contrôle et de commande utilisant les valeurs fournies par ces indicateurs pour régler le débit d'alimentation des récipients de digestion et le débit d'aération dans lesdits récipients de digestion, en fonction du niveau d'effluents dans le récipient d'homogénéisation. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un récipient terminal de décantation ( 12) pour la décantation des boues, muni de dispositifs de recyclage ( 16, 17) permettant s d'effectuer le recyclage d'une partie au moins des boues décantées dans un des récipients de digestion en question. 6 Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens d'acheminement des effluents d'un récipient dans l'autre comportent une pompe immergée à l'intérieur de la fraction liquide dans au moins un desdits récipients. 7 Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait qu'au moins un des récipients de digestion ( 2-4) en question se présente sous la forme d'un récipient à double corps constitué par une enveloppe tubulaire intérieure et une enveloppe tubulaire2 extérieure coaxiale. 8 Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les récipients modulaires ( 1-4) en question sont réalisés en matière 2 plastique composite. 9 Procédé d'épuration d'eaux résiduaires par digestion aérobie, notamment destiné au traitement des effluents de la vinification, caractérisé par le fait qu'il se déroule en30 un certain nombre d'étapes réalisées dans des récipients à disposition verticale avec insufflation dans les effluents de gaz renfermant de l'oxygène moléculaire depuis la partie inférieure du récipient, et comprenant au moins un premier stade d'homogénéisation, caractérisé par le fait que le35 niveau d'effluents dans le récipient correspondant varie en fonction du débit d'alimentation des effluents et une ou plusieurs phases de digestion, caractérisé par le fait que le niveau d'effluents dans le récipient correspondant est maintenu substantiellement constant malgré des variations du débit d'alimentation des effluents. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le débit d'alimentation dans les récipients digesteurs et le débit d'insufflation d'air dans ledit ou les- dits récipients de digestion est réglé proportionnellement au niveau des effluents dans ledit stade d'homogénéisation, de façon à maintenir dans au moins une des phases de digestion une teneur en oxygène dissous supérieure à 3 ppm. 11 Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, couprenant une phase de décantation des effluents pour la séparation des boues de digestion et dans lequel au moins une partie des boues décantées est recyclée dans l'une desdites phases de digestion. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le flux d'insufflation d'air vu de gaz renfermant de l'oxygène dans une ou plusieurs des phases de digestion permet de maintenir une teneur en oxygène dissous comprise entre 5 et 10 ppm dans au moins une des phases de digestion en question. 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la totalité des boues séparées lors de la décantation est recyclée dans une des phases de digestion et par le fait qu'au niveau de la phase au sein de laquelle est effectué ce recyclage ou d'une phase située en aval de celle-ci, le débit d'insufflation d'air permet de maintenir une teneur en oxygène dissous supérieure à 5 ppm.