Brevet FR2858608A1 — publié le 20050211

La présente invention concerne le traitement des eaux industrielles et elle vise plus particulièrement une installation destinée à traiter la pollution biologique présente dans les eaux industrielles de procédé, telles que 5 par exemple les eaux recyclées ou les eaux de refroidissement. D'une façon générale, on sait que la maîtrise de la pollution biologique constitue à l'heure actuelle une exigence critique en vue d'un fonctionnement sûr et 10 efficace des systèmes mettant en oeuvre des eaux industrielles. Il est connu que les micro-organismes mis en euvre dans de tels systèmes peuvent entraîner annuellement des dépenses de l'ordre de plusieurs millions d'Euros, en dommages, temps passé aux réparations et au remplacement 15 des installations. De façon plus spécifique, le coût de la pollution biologique ou des développements des biofilms dans les systèmes de traitement et de conditionnement des eaux industrielles, peut se manifester de différentes façons parmi lesquelles on peut citer: une perte du 20 rendement du processus, une réduction de la capacité de production, des problèmes de contrôle de la qualité des produits obtenus, une augmentation des traitements chimiques, des coûts de maintenance non programmés, des frais de remplacement prématuré des équipements et des 25 risques sanitaires. Parmi les facteurs principaux qui influencent la croissance microbienne dans les systèmes de conditionnement et de traitement des eaux industrielles, on peut citer notamment: - la nature des populations microbiennes prédominantes; - les conditions de surface du système et l'alimentation en nutriments disponibles. Dans les systèmes de traitement classiques actuellement mis en oeuvre pour éliminer la pollution biologique, on applique un traitement chimique utilisant des biocides ayant une action toxique sur les développements biologiques, ce qui permet de limiter la croissance microbienne. En ce qui concerne cet état 5 antérieur de la technique, on peut se référer notamment au Memento Technique de l'Eau , Edition du Cinquantenaire, 1989, Tome 2, pages 1368-1371. L'inconvénient de ces techniques connues réside principalement en ce qu'elles génèrent des déchets 10 chimiques pouvant se révéler dangereux pour la santé et pour l'environnement, cet inconvénient étant aggravé par les contraintes de manipulation des produits chimiques mis en oeuvre. Ainsi, parmi les biocides généralement utilisés, on peut citer des dérivés du chlore ou du brome dont 15 l'utilisation et le rejet sont soumis à des contraintes extrêmement sévères. Il en résulte que cette technique connue est de plus en plus difficile à mettre en oeuvre, ce qui amène l'Homme de l'art à rechercher d'autres solutions à ce problème. C'est ainsi que l'on a tenté d'utiliser des agents tensio-actifs non toxiques tels que des bio-dispersants et des bio-détergents afin d'éliminer le biofilm de la surface des installations. Cette technique ne donne pas totalement satisfaction, notamment parce qu'elle entraîne la 25 production de déchets qu'il est nécessaire ensuite d'éliminer. On sait par ailleurs que la croissance des microorganismes dans les systèmes mettant en oeuvre des eaux industrielles nécessite la croissance de plusieurs sources 30 de nutriments: une source de carbone, une source d'azote, une source d'oxygène (en tant qu'accepteurs d'électrons pour la croissance aérobie) et, dans une moindre mesure, une source de phosphate. Le traitement de la pollution biologique nécessite, dans de tels systèmes, une élimination des nutriments. Partant de cet état de la technique, la présente invention se propose d'apporter une installation qui n'en 5 présente pas les inconvénients et qui permet de résoudre le problème technique résultant de l'utilisation de biocides dans les installations de traitement d'eaux industrielles, en éliminant ou au moins en réduisant de façon drastique, leur consommation tout en obtenant un contrôle efficace de 10 la pollution biologique, ce qui résout les problèmes de l'impact sur l'environnement de l'utilisation de tels biocides en vue de la maîtrise de la pollution microbienne. En conséquence, la présente invention concerne une installation de traitement de la pollution biologique dans 15 des systèmes de traitement et de conditionnement des eaux industrielles et plus particulièrement des eaux de recirculation et de refroidissement, ces systèmes comportant un condenseur évaporatif ou une tour de refroidissement et un échangeur thermique, caractérisée en 20 ce qu'elle comporte un filtre à culture biologique fixée, placé en dérivation sur la boucle de recirculation de l'eau de refroidissement du système, de façon à y traiter une fraction de l'eau de recirculation en éliminant les nutriments microbiens qu'elle contient, l'effluent du 25 filtre étant recyclé dans ladite boucle, en amont de l'échangeur thermique. Selon un mode de réalisation préféré de l'installation selon l'invention, le filtre à culture biologique fixée est un filtre BIOFOR , ou tout autre système de filtration 30 biologique aérobie en flux d'air et d'eau ascendant. On peut également utiliser: - des réacteurs à cultures fixées, à flux d'air ascendant et d'eau descendant, ainsi que - des réacteurs à lit fluidisé et mobile (cependant il est alors nécessaire de prévoir un dispositif de séparation solide-liquide pour l'effluent du réacteur). Selon l'invention, la fraction de l'eau de 5 recirculation qui est traitée dans le filtre à culture biologique fixée est telle que 75 à 100% des matières organiques soient éliminées dans ledit circuit de recirculation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente 10 invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur le dessin: - la figure 1 est une vue schématique représentant une 15 installation selon la présente invention et - la figure 2 représente l'installation illustrée par la figure 1, avec des données chiffrées concernant un exemple de mise en oeuvre. En se référant à la figure 1, on y a représenté, de 20 façon schématique, une installation de traitement d'une eau industrielle comportant une tour de refroidissement 1 et un échangeur thermique 2 au travers duquel passe l'eau de refroidissement circulant dans une boucle de recirculation 3. Selon la présente invention, on place, en dérivation sur la boucle 3, un filtre à culture biologique fixée 4, au travers duquel passe une fraction de l'eau de recirculation, cette fraction étant délivrée au filtre 4 par une dérivation 5. L'effluent sortant du filtre 4 et 30 duquel a été éliminée une partie très importante des nutriments contenus dans l'eau de refroidissement(ainsi qu'on le verra ci-après) est ramené dans la boucle de recirculation 3 par une conduite 6, généralement située en amont de l'échangeur thermique (2). Le filtre 4 est de préférence un filtre à cultures fixées, c'est-à-dire un système de filtration biologique aérobie le plus souvent en flux d'air et d'eau ascendant. A cet égard, on peut se reporter à la description du filtre 5 BIOFOR faite dans le Memento Technique de l'Eau , Op. Cit. pages 733-737. Il a été constaté que les performances de cette installation mettant en oeuvre un tel système de filtration peuvent être améliorées en utilisant des populations 10 microbiennes spécifiques, notamment en vue d'une élimination de l'azote, du carbone et du soufre. Sur la figure 2 du dessin annexé, on a mentionné des données chiffrées relatives à la mise en oeuvre de l'invention. Les données mentionnées sous chaque élément 15 constitutif de l'installation concernent le débit de l'effluent (en m3/h), la concentration en nutriments (en ppm) et l'apport ou l'élimination en nutriments (en kg/j). On voit ainsi que, dans cet exemple de mise en oeuvre, le filtre 4 permet d'éliminer 7,8 kg/j de nutriments, ce qui 20 se traduit par un taux de 90% d'élimination de nutriments dans le filtre 4 en recyclant seulement 1% de l'eau de refroidissement dans ce filtre (via la conduite 5), ce qui permet d'obtenir une réduction de 64% des nutriments contenus dans l'eau de refroidissement. Cette réduction est 25 équivalente à la formation de 2gm/j de biofilm sur les surfaces de l'échangeur thermique 2. Il est possible d'obtenir une amélioration de 10% des performances de réduction des nutriments en augmentant la fraction de recirculation de l'eau dans le filtre 4 de 1,25 30 à 2%. Les avantages apportés par l'invention sont notamment les suivants: réduction de la toxicité du système grâce à la quasi élimination des programmes d'utilisation des biocides et de produits désinfectants, ce qui limite dans des proportions considérables l'impact sur l'environnement du traitement des eaux de refroidissement, en particulier en ce qui concerne la santé publique; - grande sécurité de mise en oeuvre; - amélioration du transfert thermique grâce à l'élimination du biofilm sur les surfaces de l'échangeur thermique de l'installation; - facilité de mise en oeuvre du biofiltre, celui-ci pouvant 10 être transportable ce qui facilite les échanges en cas de nécessité, notamment son remplacement lorsque la croissance microbienne excède la capacité du système et - possibilité de nettoyer le biofiltre par rétrolavage. - optimisation de la consommation de produits anti-tartres 15 et anticorrosion, conséquence d'une meilleure accessibilité aux surfaces d'échange thermique. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les 20 variantes. C'est ainsi que l'installation décrite ci-dessus n'est pas incompatible avec la mise en oeuvre de biocides, ces derniers pouvant être utilisés à titre de traitement préventif, si le besoin s'en fait sentir. REVENDICATIONS 1 - Installation de traitement de la pollution biologique dans des systèmes de traitement et de 5 conditionnement des eaux industrielles et plus particulièrement des eaux de recirculation et de refroidissement, ces systèmes comportant un condenseur évaporatif ou une tour de refroidissement (1) et un échangeur thermique (2), caractérisée en ce qu'elle 10 comporte un filtre à culture biologique fixée (4), placé en dérivation sur la boucle de recirculation (3) de l'eau de refroidissement du système, de façon à y traiter une fraction de l'eau de recirculation en éliminant les nutriments microbiens qu'elle contient, l'effluent du 15 filtre étant recyclé dans ladite boucle, généralement en amont de l'échangeur (2). 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre (4) à culture biologique fixée est un système de filtration biologique aérobie en 20 flux d'air et d'eau ascendant. 3 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre (4) à culture biologique fixée est un réacteur à lit fluidisé. 4 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre (4) à culture biologique fixée est un réacteur à lit mobile. - Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la fraction de l'eau de recirculation qui est traitée dans le 30 filtre à culture biologique fixée est de l'ordre de 1 à 2%, de façon à obtenir une élimination des nutriments supérieure à 90%. 6 - Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on utilise des populations microbiennes spécifiques, notamment en vue d'une élimination de l'azote, du carbone et du soufre.