Brevet FR2806400A1 — publié le 20010921

L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement biologique d'effluents organiques à forte concentration. La réduction des flux polluants est une nécessité, compte-tenu de la réglementation sur l'assainissement. Les réacteurs biologiques associant une technique de séparation par membranes sont des procédés récents, qui apportent une solution satisfaisante permettant de répondre aux nouveaux objectifs d'assainissement. Procédés biologiques aérobies Ces procédés sont connus sous la dénomination commerciale BRM BioRéacteurs à Membrane (marque déposée), ainsi que le système EBA Epuration Biologique Assistée (marque déposée). Le principe de ces procédés consiste à dégrader, par voie aérobie, la pollution organique avec production d'une biomasse. Cette biomasse est concentrée par une technique de séparation membranaire, de type microfiltration ou ultrafiltration, ce qui permet de maintenir une concentration élevée en biomasse dans le réacteur. Ces procédés sont décrits, notamment, dans "Membrane Bioreactor for wastewater treatment : the state of the art and new developments, L. Van Dijk and G.C.G. Roncken, Wat. Sci. Tech, Vol. 35, N'10, pp 35-41, 1997", et dans "the application of membrane biological reactors for the treatment of wastewaters, K. Brindle and T. Stephenson, Biotechnology and bloengineering, Vol.49, pp 601-610, 1996. Bien que produisant moins de biomasse que les procédés à boues activées classiques, ces procédés conduisent, malgré tout, à une production de biomasse qu'il faut éliminer régulièrement. Procédés biologiques anaérobies Les réacteurs anaérobies se caractérisent les temps de séjour des liquides et des solides. On distingue deux familles de procédés : les réacteurs biologiques, où les temps de rétention des liquides et des solides sont identiques (systèmes infiniment mélanges), et ceux où les temps de rétention sont dissociés. La dissociation de temps de rétention peut se faire soit à l'extérieur du réacteur par séparation physique (systèmes de réacteur à membrane à contact anaérobie), soit à l'interieur du réacteur par fixation de la biomasse (réacteurs à cellules fixées, reacteurs à lit fluidisé, réacteurs à lit de boues expansées...) . La dissociation des temps de séjour hydraulique et des solides permet de meilleures performances en matière de dépollution, en optimisant l'utilisation des volumes. Les systèmes infiniment mélangés sont procédés assez simples, utilisés en traitement d'eau, essentiellement pour la stabilisation des boues et très rarement pour le traitement des effluents bruts. Les procédés à contact anaérobie sont constitués d'un réacteur infiniment mélangé, associé à un décanteur situé en aval, qui permet de maintenir une teneur en biomasse plus élevée à l'intérieur du réacteur biologique par recyclage des boues. L'efficacité du procédé dépend essentiellement de l'aptitude à décanter des boues anaérobies. Ces procédés constituent un progrès par rapport aux réacteurs infiniment mélangés seuls, mais présentent l'inconvénient d'être encore assez volumineux. Les réacteurs anaérobies, du type à membrane à contact anaérobie, sont constitués d'un réacteur infiniment mélange, associé à un dispositif de séparation membranaire. La séparation membranaire est plus efficace que la décantation simple, mais la concentration en biomasse dans le réacteur reste limitée, du fait du maintien des cellules en suspension. réacteurs à cellules fixées, à lit fluidisé, ainsi que` les réacteurs à lit de boues expansées, permettent de maintenir des teneurs en micro organismes élevées dans les réacteurs et, donc, d'obtenir des performances epuratoires très élevées. Cependant, les effluents sortant des réacteurs atteignent rarement un niveau suffisamment bas en DCO pour permettre un rejet direct dans le milieu naturel. De plus, un risque d'entraînement la biomasse existe. Ces procédés sont décrits notamment dans "Anaerobic Digestion of a synthetic wastewater containing starch by a membrane reactor, Z. Cadi, H. Huyard, J. Manem, R. Moletta, Environmental Technology, Vol.15, pp 1029-1039, 1994." La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle est caractérisée, résout le problème consistant à definir un procédé et à créer un dispositif d'application de ce procédé avec lesquels, d'une part, des effluents organiques à forte concentration puissent être traités efficacement, en vue d'éliminer, quasi totalement, la pollution carbonée, et, d'autre part, le perméat soit constitué d'une eau parfaitement clarifiée et désinfectée, avec absence totale de matière en suspension. procédé de traitement biologique d'effluents organiques à forte concentration, mettant en oeuvre un réacteur biologique anaérobie un separateur, selon l'invention, se caractérise, principalement, en ce qu'il consiste à réaliser, successivement, les opérations suivantes maintien d'une forte concentration en biomasse dans un réacteur biologique anaérobie, b) séparation physique membranaire très performante en sortie du réacteur biologique anaérobie, c) recyclage du rétentat, issu de la séparation membranaire, dans le réacteur biologique anaérobie. Le dispositif d'application du procédé selon l'invention, mettant en oeuvre un réacteur biologique anaérobie et un séparateur, se caractérise en ce que le réacteur anaérobie est à cellules fixées, de type ascendant, en ce que le séparateur est constitué d'une unité de filtration membranaire en ce que ledit réacteur est disposé au-dessus d'une grille délimitant haut d'une zone de répartition de l'effluent qui se trouve à la base du réacteur, en ce l'effluent sortant du réacteur est dirigé vers la cuve d'alimentation de l'unité de filtration membranaire et en ce que ladite unite de filtration membranaire comporte un groupe de circulation de pompage volumétrique un dispositif de régulation de la pression. Le réacteur anaérobie est doté d'un système de régulation thermique, permettant de maintenir une température d'environ 35 C (mésophile) ou de 55 C (thermophile). Le garnissage du réacteur s'effectue en vrac ou est ordonné. cuve d'alimentation de l'unité de filtration membranaire est dotée de détecteurs de niveau, commandant l'arrêt ou la mise en fonction de la filtration membranaire. Selon une variante du procédé, un étage de filtration membranaire peut être occupé de membranes d'ultrafiltration ou de nanofiltration. L'automatisme du démarrage est rendu possible par l'association d'un variateur de fréquence, qui permet une montée en vitesse progressive de la pompe, avec une vanne auto-régulée de contre-pression dans le module assurant une pression constante dans la boucle de filtration. avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent, essentiellement, en ce que le traitement biologique s'applique à des effluents organiques à concentration en Demande Chimique en Oxygène supérieure à 10.000 mg 0211, en ce que la pollution carbonée de l'effluent abaissée de plus de 90% à la sortie du réacteur, et en ce que l'abaissement global de la pollution est au moins égal à 99% si l'effluent est biodégradable à 100%, sinon des purges de déconcentration ou détoxication seront nécessaires. L'eau rejetée est parfaitement clarifiée et désinfectée. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui suivre d'une installation de traitement biologique d'effluents organiques à forte concentration, réalisée selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, au regard du dessin annexé représentant le schéma de principe de ladite installation. La figure représente une installation de traitement biologique d'effluents comportant une alimentation 1, reliée à la base d'un réacteur anaérobie 60 à cellules fixées 63, à sortie de biogaz 5 et à sortie d'effluents 2, vers la cuve 7 d'alimentation d'une unité de filtration membranaire 8, avec sortie du perméat 3 et retour du rétentat 4 vers la base 61 du réacteur 60. En examinant la figure plus en détail, on remarque que l'alimentation 1 en effluents de l'installation est raccordée à une zone de répartition 61, située à la base du réacteur 60, en dessous d'une grille 62 séparant le lit fluidisé situé dans la zone de répartition 61, des cellules fixées 63 ; l'homogénéite du réacteur 60 étant assurée par la circulation du rétentat 4 en flux ascendant et la pression à l'intérieur de celui-ci est le résultats de la production de biogaz 5, la température nécessaire à l'entretien de biodégradation étant fournie par un système de chauffage 64 à régulation thermique. On remarque que l'effluent 2 sortant du réacteur 60 est dirige vers l'unité de filtration membranaire 8, constituée d'une cuve 7 à détecteurs de niveau, d'une pompe volumétrique d'alimentation et de circulation commandée par un variateur de fréquence, (non représentée), de l'unité filtration membranaire 8 et d'une vanne auto-régulée de contre-pression 9. L'automatisme de démarrage est assuré par l'association du variateur de fréquence, qui permet une montée en vitesse progressive de la pompe contrôlée par la vanne auto-régulée de contre-pression 9 dans le module. L'unité de filtration membranaire 8 comporte un groupe de circulation de pompage volumétrique tri-pistons ou équivalent; un étage de filtration membranaire pouvant être équipé de membranes d'ultrafiltration ou de nanofiltration. On remarque que le rétentat 4, issu de la séparation membranaire, est recyclé dans le réacteur biologique 60, sous la grille de séparation 62, c'est- à-dire dans la zone de répartition 61 de celui-ci. Ainsi, compte-tenu du recyclage permanent dans le réacteur 60 de la biomasse concentrée dans le rétentat 4, le perméat 3 est constitué d'une eau dépourvue de matière en suspension et, par conséquent, dépolluée à 99%. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement biologique d'effluents organiques à forte concentration, mettant en oeuvre un réacteur biologique anaérobie à cellules fixées et un séparateur, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser successivement, les étapes de traitement suivantes a) maintien d'une forte concentration en biomasse dans le réacteur, b) séparation physique membranaire en sortie du réacteur, c) recyclage du rétentat, issu de la séparation membranaire, dans réacteur. 2. Dispositif de traitement biologique d'effluents organiques à forte concentration, mettant en oeuvre un réacteur biologique anaérobie et séparateur, en appliquant le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réacteur biologique anaérobie (60) est à cellules fixées (63) en ce le séparateur est constitué d'une unité de filtration membranaire (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réacteur biologique anaérobie (60), à cellules fixées (63), est à courant ascendant. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réacteur biologique anaérobie (60) est disposé au-dessus d'une grille (62) délimitant le haut d'une zone de répartition (61) de l'effluent (2), qui se trouve à base du reacteur (60). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité filtration membranaire (8) est constituée d'une cuve d'alimentation (7), vers laquelle est dirigé l'effluent (2) sortant du réacteur (60), dotée de détecteurs de niveaux d'une pompe volumétrique d'alimentation et de circulation commandée par un variateur de fréquence, d'un ou plusieurs étages filtration membranaire, de type ultrafiltration ou nanofiltration, et d'une vanne auto-régulée de contre-pression (9) assurant une pression constante dans la boucle filtration. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le démarrage de l'unité filtration (8) est assuré automatiquement par les détecteurs niveaux, par l'intermédiaire du variateur de fréquence qui assure montée en vitesse et en pression progressive jusqu'à la valeur de consigne affichée. 7. Dispositif selon la revendication 2 ou 5, caractérisé en ce que la pression est maintenue constante, malgré un fonctionnement discontinu de l'unité de filtration (8), grâce à la présence de vannes auto-régulées (9), de contre- pression.