Brevet FR2711639A1 — publié le 19950505

PROCEDE PERFECTIONNE D'EPURATION D'EAUX USEES DU TYPE "A BOUES ACTIVEES", PERMETTANT D'ACCROITRE LES RENDEMENTS D'EPURATION L'invention concerne un procédé d'épuration d'eaux usées par voie biologique, du type dit "à boues activées". Lors de l'épuration biologique d'eaux usées selon le procédé à boues activées -procédé utilisé dans plus de 60 % des stations d'épuration communales des pays développés- les eaux usées souvent préalablement dessablées et dégraissées sont conduites (parfois via un bassin de pré-décantation) dans le bassin d'activation où la dégradation biologique est réalisée par des bactéries aérobies. Les eaux usées sont ensuite séparées des flocs de micro-organismes épurateurs (boues activées) par gravitation dans un bassin de post-décantation (généralement désigné par "clarificateur" ou "décanteur secondaire" et qui sera désigné ci-après par "décanteur"). L'eau épurée peut alors - soit être traitée spécifiquement pour éliminer une pollution ciblée (ammonium, phosphates, métaux, ...) puis rejetée à la rivière, - soit être directement rejetée à la riviere. Les boues recueillies à la base du décanteur sont partiellement reconduites vers le bassin d'activation afin d'y maintenir un nombre élevé de microorganismes épurateurs. Les boues en excès sont soutirées puis conditionnées à part afin de réduire leur volume et leur masse, en vue d'une utilisation agricole ou d'un dépôt en décharge. Les exploitants des stations d'épuration biologique des eaux usées par boues activées sont confrontés à deux difficultés principales 1) Maintenir une concentration suffisante de micro-organismes épurateurs dans le bassin d'activation au contact de l'eau à traiter. Si, de par la composition physico-chimique des eaux à l'entrée de la station, les bactéries qui se développent dans le milieu s'associent en flocs filamenteux qui décantent très peu (40 % des stations en Europe), la séparation eaux/micro-organismes épurateurs se fait très difficilement. Le décanteur ne peut plus jouer son rôle de clarification de l'eau traitée et le surnageant qui est dirigé vers la rivière contient de nombreux microorganismes épurateurs : on assiste alors à un lessivage régulier du bassin d'activation qui se vide peu à peu des micro-organismes épurateurs, conduisant ainsi à l'arrêt de l'épuration des eaux usées. 2) Nitrifier les ions ammonium de l'effluent à traiter car, d'une part, les ions ammonium qui constituent la plus grande partie de la pollution azotée sont très toxiques, et d'autre part, la nitrification de l'ammonium est l'étape limitante de l'élimination des nutrients azotés en partie responsables des problèmes d'eutrophisation des fleuves, des rivières et des lacs. Lorsque les quantités d'eaux usées à épurer sont supérieures à la capacité de traitement de la station (stations dites "à moyenne ou à forte charge", signifiant que la pollution à traiter est très importante par rapport à la quantité de micro-organismes épurateurs présents dans le bassin d'activation), l'exploitant ne peut plus faire recirculer les boues issues du décanteur par manque de capacité volumique de l'installation. C'est par exemple le cas des stations épurant les eaux usées de villes dont la population croit. Les boues activées sont alors presque exclusivement éliminées du système épuratoire. I1 s'ensuit une diminution régulière, dans le bassin d'activation, de la quantité de micro-organismes dégradant la pollution carbonée et une absence totale de micro-organismes dégradant la pollution azotée, ces derniers ne s'implantant pas dans les boues "jeunes", c'est-à-dire dans des boues n'ayant pas séjourné très longtemps dans la station. La pollution carbonée entrant dans la station n'est donc que faiblement dégradée tandis que la pollution azotée n'est pas dégradée. Peu de solutions existent pour maintenir une concentration suffisante de micro-organismes épurateurs (on parle souvent de "biomasse") dans le bassin d'activation, et/ou implanter les bactéries nitrifiantes indispensables à l'élimination de la pollution azotée. Dans le cas d'une station en sous-capacité (quantités d'eaux à traiter supérieures à la capacité de traitement), la seule solution consiste à agrandir les bassins d'activation. Cette extension de la station est très onéreuse et parfois impossible quand la station est située en zone urbanisée où les terrains disponibles manquent. L'objet de la présente invention est de mettre à disposition un procédé qui permet une augmentation de la biomasse épuratrice dans le bassin d'activation, même si les boues activées se présentent sous forme de filaments difficiles à séparer de l'eau traitée, et même si le taux de purge des boues dans le décanteur est important du fait de la sous capacité de la station à traiter les effluents entrants. Cette augmentation de la concentration de la biomasse active concerne en premier lieu les microorganismes qui dégradent la pollution carbonée ; grâce à l'augmentation du temps de séjour des micro-organismes dans le bassin d'activation, elle concerne également les microorganismes qui oxydent et dégradent la pollution ammoniacale. Le procédé perfectionné visé par l'invention permet donc une diminution des rejets de matières organiques dans les rivières ainsi qu'une possibilité d'éliminer, à génie civil constant, les ions ammonium toxiques. A cet effet, le procédé de l'invention est du type dit à boues activées, dans lequel on met en contact dans un bassin d'activation, les eaux usées avec une biomasse composée de micro-organismes épurateurs, on sépare l'eau traitée des boues activées dans un décanteur, et on recycle une fraction des boues activées vers le bassin d'activation. Selon la présente invention, on mélange à la biomasse une poudre de kaolin ou de mica de façon à augmenter la densité des boues activées et ainsi, par le recyclage continu de celles-ci, à accroître la concentration en micro-organismes dans le bassin d'activation ainsi que le temps de séjour desdits microorganismes dans ledit bassin d'activation. Il est important que les poudres de kaolin ou de mica soient en contact avec les micro-organismes épurateurs et que les flocs bactériens qui le constituent emprisonnent la poudre de kaolin ou de mica. Dans ces conditions, les quantités de poudre de kaolin ou de mica sont préférentiellement comprises entre 0,01 g/l et 1,0 g/l d'eaux usées. La taille des particules de kaolin ou de mica utilisées est avantageusement inférieure à 100 iim. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé selon l'invention, la taille des particules de kaolin ou de mica utilisées est comprise entre 3 et 50 pm. Par kaolin, on désigne les argiles essentiellement composées de kaolinite, silicate d'aluminium hydraté de formule Al203.2SiO2.2H2O. Par mica, on désigne les micas alumineux tels les muscovites de formule 6SiO2.3Al203.K2O.2H2O, les micas magnésiens tels que les phlogopites de formule 6SiO2.Al203.6MgO.K2O.2H2O ainsi que les illites alumineuses ou magnésiennes dérivant des minéraux précédents par des substitutions variables de Al à Si d'une part, de Fe à Al ou Mg d'autre part. Dans tous les cas, ces espèces naturelles peuvent contenir des minéraux associés. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une densification rapide des boues activées autorisant une bonne séparation de celles-ci dans le décanteur. Dans tous les cas, la recirculation des microorganismes épurateurs du décanteur vers le bassin d'activation afin de dégrader au maximum la pollution organique est très largement favorisée, même si les flocs bactériens se présentent sous forme de filaments qui habituellement décantent très difficilement. De plus, cette meilleure recirculation des boues activées augmente le temps de séjour des micro-organismes épurateurs, permettant une implantation surprenante des bactéries nitrifiantes, même dans les stations dites "à moyenne ou forte charge". Les additifs précités peuvent être introduits, conformément au procédé de l'invention, aussi bien avant le bassin de pré-décantation que directement dans le bassin d'activation. Il est aussi possible d'introduire le kaolin ou le mica dans le circuit de recirculation des boues activées entre le décanteur et le bassin d'activation ou dans le décanteur où il agira directement sur la densification des boues. Il a été démontré que l'ajout de poudre de kaolin ou de mica directement dans le bassin d'activation est particulièrement efficace. L'endroit de la station d'épuration le plus approprié où les additifs selon l'invention doivent être introduits pour conduire à une bonne compact ion des boues activées entraînant l'augmentation la plus rapide de la quantité de biomasse active dans le bassin d'activation ainsi qu'une implantation efficace de bactéries permettant une dégradation de la pollution azotée, dépend de l'agencement de la station, comme par exemple des dispositifs d'aération et de circulation des bassins qui équipent les stations. REVENDICATIONS 1/ - Procédé d'épuration d'eaux usées du type dit "à boues activées", permettant d'accroître le rendement d'épuration de la pollution carbonée et d'assurer une dégradation de la pollution azotée, dans lequel on met en contact dans un bassin d'activation les eaux usées avec une biomasse composée de micro-organismes épurateurs, on sépare l'eau traitée des boues activées dans un décanteur, et on recycle une fraction des boues activées vers le bassin d'activation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on mélange à la biomasse une poudre de kaolin ou de mica de façon à augmenter la densité des boues activées et ainsi, par le recyclage continu de celles-ci, à accroître la concentration en micro-organismes dans le bassin d'activation et le temps de séjour desdits micro-organismes dans ledit bassin d'activation. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une poudre de kaolin ou de mica constituée de particules de taille inférieure à 100 um. 3/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise une poudre de kaolin ou de mica constituée de particules de taille comprise entre 3 et 50 um. 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on mélange entre 0,01 g et 1,0 g de poudre de kaolin ou mica par litre d'eaux usées à traiter entrant dans le bassin d'activation. 5/ - Additif d'épuration permettant d'augmenter le rendement d'épuration carbonée et azotée d'une station d'épuration, comprenant une poudre de kaolin ou de mica. 6/ - Additif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une poudre de kaolin ou de mica constituée de particules de taille inférieure à 100 um. 7/ - Additif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une poudre de kaolin ou de mica constituée de particules de taille comprise entre 3 et 50 um.