Brevet FR2756274A1 — publié le 19980529

La présente invention concerne une régulation optimisée des procédés d'élimination du phosphore contenu dans des effluents notamment des eaux usées, simultanément par voie biologique et physico-chimique. Le principe de la déphosphatation biologique est basé sur la capacité de certaines bactéries, appelées poly-P, d'accumuler le phosphore sous forme instable de complexes polyphosphatés ou de l'adénosine tri phosphate (ATP). Cette accumulation a lieu en conditions aérobies ou anoxiques, en présence d'oxygène dissous ou de nitrates. Cette accumulation aérobie est précédée par une étape anaérobie en amont, lors de laquelle, les bactéries poly-P effectuent une fermentation anaérobie sur la matière organique issue de l'eau usée, afin de la transformer en molécules facilement assimilables : les acides gras volatils (AGV). Ensuite, ces acides gras volatils sont transformés par les bactéries poly-P en matières de réserve, appelées poly beta-hydroxy alkanoates (PHA). Le composé le plus souvent lié à ces transformations est le poly beta-hydroxy butyrate (PH B). Pour effectuer cette transformation, les bactéries poly-P puisent de l'énergie à partir de la dépolymérisation des réserves intracellulaires en polyphosphate. Ce processus s'accompagne du relargage du phosphore soluble, sous forme d'orthophosphates, dans le milieu. Le retour en conditions aérobies ou anoxiques est accompagné par le processus inverse. Les bactéries poly-P effectuent une accumulation de phosphore soluble sous forme de polyphosphates intracellulaires (ATP), avec comme source d'énergie, le PHB accumulé précédemment. Ce processus est accompagné d'une disparition du phosphore de la phase soluble. Sur le schéma des figures la et lb des dessins annexés, on a résumé les mécanismes mis en jeu lors des phases anaérobie (figure 1 a) et aérobie (anoxique -figure lb). Sur les figures 2a et 2b des dessins annexés, on a illustré, à titre d'exemples non limitatifs, deux configurations possibles de la filière mettant en oeuvre la déphosphatation biologique. Ces configurations comportent une séquence des zones anaérobie 1, anoxique 2 et aérobie 3 (figure 2a) ou anaérobie 1 et aérobie 3 (figure 2b). La filière comporte en outre un clarificateur 4 (clarificateur secondaire) dont la fonction est de séparer les boues biologiques de 1' effluent traité, étant entendu que cette installation comporte en amont des zones 1, 2 et 3, les moyens classiques de dessablage, dégraissage et éventuellement de clarification primaire. Une partie des boues provenant du clarificateur 4 est recyclée en tête vers la zone anaérobie 1, le reste allant à la purge. L'expérience montre que, dans la pratique, ce processus est souvent difficile à maîtriser, car les formes du phosphore accumulé à l'intérieur des cellules bactériennes sont très instables. II suffit d'un temps de séjour relativement court en milieu anaérobie, pour qu'un relargage du phosphore en phase soluble se produise. Le manque de fiabilité des procédés mettant en oeuvre une déphosphatation biologique est souvent dû à deux facteurs principaux: - Une indisponibilité ou une insuffisance de la source du carbone facilement assimilable se traduisant par une fraction trop faible et souvent variable dans le temps de la DCO facilement assimilable dans l'eau usée; - Un relargage incontrôlé du phosphore en phase liquide pendant les temps de séjour prolongés dans le clarificateur, ce qui se traduit pas des problèmes d'exploitation. Ces facteurs permettent d'expliquer les défaillances des installations classiques de déphosphatation biologique. Pour assurer un niveau de traitement fiable, on associe en général dans la même filière la déphosphatation biologique et la déphosphatation physico-chimique. On parle alors de déphosphatation combinée. Une fraction du phosphore de l'eau usée est ainsi éliminée par voie biologique, en présence du carbone organique facilement assimilable de l'eau usée. L'importance de cette fraction du phosphore assimilé par les bactéries poly-P dépend de la concentration en matière facilement assimilable dans l'eau usée. Ainsi, la contribution de la déphosphatation biologique à l'élimination globale du phosphore est très variable, entre 40 et 90%. Pour assurer le rendement d'élimination du phosphore exigé par le niveau de rejet requis, le reste du phosphore doit être éliminé par la précipitation physicochimique. Cette précipitation a généralement lieu dans la zone d'aération , suite à l'injection d'un produit précipitant, par exemple des sels ferreux ou ferriques. La quantité du produit injecté est calculée en fonction de la concentration du phosphore à éliminer par précipitation, multipliée par un facteur stoechiométrique. Jusqu'à présent, la quantité du produit précipitant à injecter était estimée de façon empirique ou bien le produit précipitant était injecté en excès pour obtenir l'élimination complète du phosphore. Parfois, les doses peuvent être asservies à la mesure du phosphore soluble dans l'eau usée à l'entrée de la station. Ces modes d'injection ne peuvent cependant pas garantir, de façon fiable, le niveau parfois très sévère de rejet en matière phosphorée. Lorsque la précipitation du phosphore est combinée aux mécanismes de la déphosphatation biologique, les fractions du phosphore incorporé par les bactéries poly-P se trouvent toujours en état très instable. II suffit alors d'un problème au niveau de la clarification secondaire, un défaut d'exploitation ou tout simplement un dysfonctionnement de certains équipements, pour que le relargage du phosphore dans la phase liquide au cours de la clarification ait lieu. Ceci entraîne une détérioration immédiate du niveau de rejet en matière phosphorée et un non-respect des normes de rejet. Afin de pallier les inconvénients des solutions selon la technique antérieure rappelées ci-dessus, la présente invention apporte un procédé de traitement des eaux usées par voie biologique, mettant en oeuvre une déphosphatation biologique, ce procédé comportant des étapes de traitements anaérobie, anoxique et aérobie, suivies d'une étape de clarification secondaire, I'eau usée étant mélangée à la boue biologique recyclée à partir de l'étape de clarification secondaire dans la première étape anaérobie, afin d'effectuer un relargage du phosphore dans la phase soluble par les bactéries poly-P, ledit mélange subissant ensuite les étapes traditionnelles de traitements anoxique et aérobie, la boue activée étant séparée de l'eau traitée dans l'étape de clarification secondaire et elle est ensuite partiellement recyclée dans l'étape anaérobie, en tête de la ligne de traitement, et partiellement extraite du système, ce procédé étant caractérisé en ce que: - la concentration en phosphore soluble de l'eau traitée est mesurée sur aumoins deux endroits différents de la ligne de traitement : à l'entrée de l'étape de clarification secondaire afin d'obtenir une mesure P1 et à la sortie de la ligne de traitement pour obtenir une mesure P2, la mesure P1 déterminant les doses du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique devant être injectées dans la liqueur d'au moins l'un des bassins ou s'effectuent les étapes anoxique ou aérobie en amont de la clarification secondaire; - la mesure P2 est comparée en permanence à la mesure P1 afin de détecter un éventuel relargage du phosphore au niveau de la clarification secondaire et, - lorsque la différence des deux mesures (API-P2) est constatée, on déclenche au moins l'une des deux mesures suivantes: - on réalise une injection supplémentaire du produit précipitant, avant la clarification secondaire, afin que la précipitation du phosphore relargué au cours de l'étape de clarification secondaire puisse avoir lieu grâce à l'excès du produit précipitant injecté; - on modifie le débit de recirculation des boues de l'étape de clarification vers la première étape anaérobie, afin de réduire leur temps de séjour durant cette étape de clarification. Selon une caractéristique de la présente invention, la différence entre les mesures P1 et P2 (API-P2) provoquant la modification des doses du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique, ou la modification du débit de recirculation des boues est comprise entre 0,1 et 2 mg - P-P04 /1, de préférence entre 0,1 et 0,5 mg - P-P04 A. Afin de mieux faire comprendre le procédé objet de la présente invention, on en a décrit ci-après un mode de mise en oeuvre. II demeure bien entendu qu'il ne s'agit là que d'un exemple n'ayant aucun caractère limitatif. Au cours de cette description,on se réfère à la figure 3 des dessins annexés qui est un schéma illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention. Sur cette figure 3, on retrouve les zones anaérobie 1, anoxique 2 et aérobie 3 ainsi que le clarificateur secondaire 4 à partir duquel une partie des boues 5 est recyclée vers l'étape anaérobie 1. Le clarificateur secondaire comporte comme connu une purge de boue. Ainsi qu'on le comprend, le procédé objet de la présente invention comporte pour l'essentiel une mesure de la concentration en phosphore soluble (ortho ou polyphosphates) sur deux endroits de la ligne de traitement, à savoir en amont et en aval du clarificateur secondaire (Figure 3). Sur la figure 3, la première mesure en continu P1 détermine le niveau du phosphore soluble dans la liqueur sortant de la zone aérobie 3 et gère les injections du produit précipitant 6 dans l'une des zones précédentes 2,3 en fonction des besoins. Cette mesure P1 permet d'ajuster, en fonction de la valeur mesurée, la dose du produit précipitant. La deuxième mesure en continu P2 détermine le niveau du phosphore soluble à la sortie du clarificateur secondaire 4, correspondant au niveau de rejet, et cette mesure est comparée au niveau détecté par la mesure P1, de manière à obtenir une mesure de la différence (APl-P2). L'objectif de la mesure P2 est avant tout de détecter toute anomalie conduisant vers le relargage du phosphore dans le clarificateur secondaire 4. Selon la présente invention, lorsque la différence API-P2 entre les deux mesures P1 et P2 dépasse une valeur prédéterminée, fixée généralement entre 0,1 et 2 mg - P-P04 /1, et de préférence entre 0,1 et 0,5 mg - P-P04 /1, deux types d'actions peuvent être déclenchées: - Dans un premier temps, la dose du produit précipitant, initialement déterminé par la mesure P1 peut être complétée par une seconde injection 7 de ce produit précipitant, effectuée avant la zone de clarification secondaire 4, afin que la précipitation du phosphore relargué dans le clarificateur puisse avoir lieu grâce à l'excès du produit précipitant injecté. Cette injection secondaire peut être mise en oeuvre de façon continue ou discontinue dans l'une des zones précédant la clarification secondaire 4, ou à l'entrée de la zone de clarification secondaire. Elle peut être également effectuée au même endroit que la première injection gérée par la mesure P1. - Une deuxième action consiste à agir directement au niveau des boues relarguant le phosphore, en réduisant leur temps de séjour dans le clarificateur secondaire 4. Ceci est effectué grâce à une augmentation du débit 5 de recirculation des boues Cette action peut être couplée à une mesure du niveau de voile des boues 8. Toujours selon le schéma de la figure 3, le niveau de sortie de l'eau traitée est également contrôlé par une mesure P3 de la turbidité, afin de permettre de détecter les éventuelles pertes en MeS, qui entraîneraient une augmentation de la concentration en phosphore particulaire du rejet. Selon la présente invention, les mesures de la concentration en phosphore soluble de l'eau traitée, P1 et P2 peuvent être obtenues soit à partir de deux appareils de mesure différents, soit à partir d'un appareil unique à deux prises. Les avantages du procédé objet de la présente invention, par rapport à l'état antérieur de la technique de déphosphatation, sont notamment les suivants: - détection en continu de toute anomalie ou de tout défaut au niveau de relargage du phosphore dans le clarificateur, - contrôle et meilleure fiabilité du niveau de rejet en phosphore. - meilleure asservissement des doses du produit précipitant, ce qui se traduit par des économies, - optimisation de la combinaison des déphosphatations biologique et physicochimique. II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de mises en oeuvre décrits et/ou représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement des eaux usées par voie biologique, mettant en oeuvre une déphosphatation biologique, ce procédé comportant des étapes de traitements anaérobie, anoxique et aérobie, suivies d'une étape de clarification secondaire, I'eau usée étant mélangée à la boue biologique recyclée à partir de l'étape de clarification secondaire dans la première étape anaérobie, afin d'effectuer un relargage du phosphore dans la phase soluble par les bactéries poly-P, ledit mélange subissant ensuite les étapes traditionnelles de traitements anoxique et aérobie, la boue activée étant séparée de l'eau traitée dans l'étape de clarification secondaire et elle est ensuite partiellement recyclée dans l'étape anaérobie, en tête de la ligne de traitement, et partiellement extraite du système, ce procédé étant caractérisé en ce que: - la concentration en phosphore soluble de l'eau traitée est mesurée sur aumoins deux endroits différents de la ligne de traitement : à l'entrée de l'étape de clarification secondaire afin d'obtenir une mesure P1 et à la sortie de la ligne de traitement pour obtenir une mesure P2, la mesure P1 déterminant les doses du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique dans la liqueur d'au moins l'un des bassins ou s'effectuent les étapes anoxique ou aérobie en amont de la clarification secondaire; - la mesure P2 est comparée en permanence à la mesure P1 afin de détecter un éventuel relargage du phosphore au niveau de la clarification secondaire et, - lorsque la différence des deux mesures (API -P2) est constatée, on déclenche au moins l'une des deux mesures suivantes: - on réalise une injection supplémentaire du produit précipitant, avant la clarification secondaire, afin que la précipitation du phosphore relargué au cours de l'étape de clarification secondaire puisse avoir lieu grâce à l'excès du produit précipitant injecté; - on modifie le débit de recirculation des boues de l'étape de clarification vers la première étape anaérobie, afin de réduire leur temps de séjour durant cette étape de clarification 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les injections du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique sont mises en oeuvre de façon continue au cours de l'une des étapes précédant la clarification. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les injections du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique sont mises en oeuvre de façon discontinue au cours de l'une des étapes précédant la clarification. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une mesure de la turbidité de l'effluent final, mise en oeuvre de façon continue. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection supplémentaire du produit précipitant le phosphore en phase soluble par voie physico-chimique est effectuée au même endroit que l'injection gérée par la mesure P1. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'injection supplémentaire du produit précipitant le phosphore en phase soluble par voie physico-chimique est effectuée à l'entrée de l'étape de clarification. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence entre les mesures P1 et P2 (AP1-P2) provoquant la modification des doses du produit précipitant le phosphore soluble par voie physico-chimique ou la modification du débit de recirculation des boues se situe dans un intervalle de 0,1 à 2 mg P-P04/l, de préférence 0.1-0.5 mg P-PO4/l. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures de la concentration du phosphore soluble P1 et P2 sont assurées par deux appareils différents. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les mesures de la concentration du phosphore soluble P1 et P2 sont assurées par un appareil à deux prises.