Brevet FR2926810A1 — publié le 20090731

Procédé de purification biologique de l'eau et réacteur mettant en oeuvre le procédé La présente invention concerne un procédé de purification biologique de l'eau dans lequel l'eau à traiter est introduite dans un réacteur contenant des éléments de support pour la croissance d'un biofilm, les éléments de support étant maintenus en mouvement dans le réacteur et étant dimensionnés de façon à être conservés dans le réacteur grâce à un filtre permettant de libérer l'eau à partir du réacteur par les ouvertures du filtre, l'élément de support comprenant : - une enveloppe tubulaire s'étendant suivant un axe longitudinal, l'enveloppe délimitant une surface interne protégée contre une collision avec les autres éléments du support, - à l'intérieur de l'enveloppe, une pluralité de parois internes délimitant une surface protégée et permettant un passage de l'eau, -l'élément de support présentant une surface protégée 600 m2/m3 de volume d'éléments de support, l'élément de support étant réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dm3. Le document WO-A-91/11 396 décrit un procédé de ce type. Néanmoins, pour de petites dimensions de l'élément de support, les performances du réacteur ne sont pas entièrement satisfaisantes. Un but de l'invention est d'améliorer l'efficacité du procédé de purification biologique de l'eau. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de purification biologique de l'eau dans lequel l'eau à traiter est introduite dans un réacteur contenant des éléments de support pour la croissance d'un biofilm, les éléments de support étant maintenus en mouvement dans le réacteur et étant dimensionnés de façon à être conservés dans le réacteur grâce à un filtre permettant de libérer l'eau à partir du réacteur par les ouvertures du filtre, l'élément de support comprenant : -une enveloppe tubulaire s'étendant suivant un axe longitudinal (A), l'enveloppe délimitant une surface interne protégée contre une collision avec les autres éléments du support, - à l'intérieur de l'enveloppe, une pluralité de parois internes délimitant une surface protégée et permettant un passage de l'eau, - l'élément de support présentant une surface protégée 600 m2/m3 de volume d'éléments de support, l'élément de support étant réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dm3, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire a une longueur (L) mesurée suivant son axe longitudinal (A) supérieure ou égale au diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant l'une quelconque des combinaisons techniquement possibles : - l'enveloppe tubulaire a une longueur mesurée suivant son axe longitudinal comprise entre 1 et 2 fois le diamètre externe moyen de l'enveloppe, de préférence entre 1 et 1,7 fois, de préférence encore entre 1,1 et 1,5 fois ; - la longueur de l'enveloppe tubulaire est comprise entre 5 mm et 9 mm, de préférence entre 5 mm et 7 mm ; - le diamètre externe moyen de l'enveloppe tubulaire est de préférence compris entre 3 mm et 8 mm, de préférence entre 4 mm et 6 mm, de préférence encore entre 4, 5 mm et 5,5 mm, de préférence encore environ égal à 5 mm ; - l'enveloppe tubulaire présente, sur sa surface externe, des nervures faisant saillie radialement par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe et s'étendant de préférence sur toute la longueur de l'enveloppe, les nervures ayant une hauteur comprise entre 0,5 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1,5 mm ; - les nervures sont réparties régulièrement sur la surface externe de l'enveloppe, l'enveloppe ayant de préférence une nervure pour chaque secteur angulaire d'un angle compris entre 15° et 25°, de préférence d'un angle d'environ 20°; - les parois internes sont des parois de séparation s'étendant de préférence radialement par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe tubulaire et s'étendant de préférence parallèlement à l'axe longitudinal de l'enveloppe tubulaire ; - l'élément de support est réalisé par extrusion de matière plastique et découpage de la matière extrudée ; et - la surface protégée de l'élément de support est 800 m2/m3 de volume d'éléments de support, de préférence encore 1000 m2/m3 de volume d'éléments de support, de préférence encore 1100 m2/m3 de volume d'éléments de support. L'invention a également pour objet un réacteur de purification biologique de l'eau délimitant un volume de traitement de l'eau et comprenant : - une entrée d'eau ; - une sortie d'eau ; - un filtre d'occultation partielle de la sortie d'eau, le filtre étant propre à permettre le passage de l'eau ; - un système de mise en mouvement de l'eau à traiter ; et - un grand nombre d'éléments de support pour la croissance d'un biofilm, propres à être maintenus dans l'eau à l'intérieur du réacteur par un dimensionnement adapté du filtre, l'élément de support comprenant : - une enveloppe tubulaire s'étendant suivant un axe longitudinal, l'enveloppe délimitant une surface interne protégée contre une collision avec les autres éléments du support, - à l'intérieur de l'enveloppe, une pluralité de parois internes délimitant une 20 surface protégée et permettant un passage de l'eau, - l'élément de support présentant une surface protégée 600 m2/m3 de volume d'éléments de support, l'élément de support étant réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dm3, 25 caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire a une longueur mesurée suivant son axe longitudinal supérieure ou égale au diamètre externe moyen de l'enveloppe. Suivant des modes particuliers de réalisation, le réacteur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant l'une 30 quelconque des combinaisons techniquement possibles : - l'enveloppe tubulaire a une longueur mesurée suivant son axe longitudinal comprise entre 1 et 2 fois le diamètre externe moyen , de préférence entre 1 et 1, 7 fois, de préférence encore entre 1,1 et 1,5 fois ; - les éléments de support présentent les caractéristiques qui leur sont propres définies ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un réacteur biologique à lit fluidisé pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue agrandie de côté d'un élément de support pour la croissance biologique d'un biofilm, l'élément de support étant contenu dans le réacteur de la figure 1, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et - la figure 3 est une vue de face de l'élément de support de la figure 2. Dans le procédé de purification biologique de l'eau selon l'invention, l'eau nécessitant un traitement passe à travers un réacteur biologique à lit fluidisé 2 (� moving bed biofilm reactor � en anglais) dans lequel des éléments de support 3 pour la croissance d'un biofilm sont maintenus en mouvement dans l'eau à traiter et garder à l'intérieur du réacteur 2 grâce à un filtre 4 d'évacuation de l'eau. Le dimensionnement du filtre 4 est adapté pour retenir les éléments de support 3 dans le réacteur 2 tout en permettant l'écoulement de l'eau. Ce type de réacteur 2 est, de façon connue, particulièrement avantageux par rapport à, par exemple, des réacteurs à traitement par boues activées, en ce qu'il permet une concentration de bactéries par mètre cube de réacteur plus importante. Le traitement de l'eau s'en trouve accéléré et/ou le volume nécessaire du réacteur est réduit. Comme illustré sur la figure 1, le réacteur 2 délimite un volume 5 de traitement de l'eau, et comprend une entrée d'eau 6, et une sortie d'eau 8 occultée par le filtre 4. Sur la figure 1, seule une partie des éléments de support 3 a été représentée pour plus de clarté. Le réacteur 2 comprend en outre des moyens de brassage 12 de l'eau et des moyens d'aération 14. Les moyens de brassage 12 sont de préférence mécaniques et comprennent de préférence au moins une hélice dont l'axe de rotation est de préférence horizontal. Le procédé est par exemple anoxie lorsqu'il s'agit de traiter les nitrates ou aérobie lorsqu'il s'agit de traiter le carbone ou l'azote ammoniacal. Les éléments de support 3 étant identiques, seul l'un d'entre eux est décrit ci-dessous. Comme illustré sur la figure 2, chaque élément de support 3 comprend une enveloppe tubulaire 18 s'étendant suivant un axe longitudinal A et une pluralité de parois internes 20 s'étendant à l'intérieur de l'enveloppe 18. L'enveloppe tubulaire 18 a une forme générale cylindrique d'axe longitudinal A. L'enveloppe 18 délimite une surface externe 24 propre à entrer en collision avec les autres éléments du support 3 et une surface interne 26 protégée contre une collision avec les autres éléments de support 3. Dans tout ce qui suit, les intervalles doivent se comprendre comme incluant les bornes. L'enveloppe 18 a une longueur supérieure ou égale à son diamètre externe moyen � D � (voir figure 3), de préférence comprise entre 1 et 2 fois le diamètre externe moyen D, de préférence encore entre 1 et 1,7 fois, de préférence encore entre 1,1 et 1,5 fois, par exemple environ 1,4 fois. Le diamètre externe moyen D est mesurée en section transversale, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe longitudinal A de l'enveloppe 18. Dans l'exemple considéré, le diamètre externe moyen D est sensiblement égal au diamètre externe maximal et au diamètre externe minimal de l'enveloppe 18. La longueur de l'enveloppe 18 est de préférence comprise entre 5 mm et 9 mm, de préférence entre 5 mm et 7 mm. Le diamètre externe moyen D de l'enveloppe 18 est de préférence compris entre 3 mm et 8 mm, de préférence entre 4 mm et 6 mm, de préférence encore entre 4, 5 mm et 5, 5 mm, de préférence encore environ égal à 5 mm. Dans l'exemple illustré, le diamètre externe moyen D est égal à 5 mm et la longueur L est égale à 7 mm. La surface externe 24 de l'enveloppe 18 est cylindrique, de génératrice parallèle à l'axe A. La surface externe 24 est continue. La surface externe 24 de l'enveloppe 18 forme une pluralité de nervures longitudinales 30 faisant saillie radialement. Les nervures 30 s'étendent longitudinalement sur toute la longueur L de l'enveloppe 18 et sont rectilignes. Les nervures 30 ont une hauteur � h � mesurée radialement comprise entre 0,5 mm et 2 mm, et de préférence entre 1 mm et 1,5 mm. La hauteur h correspond à la différence entre le rayon externe maximal et le rayon externe minimal de l'enveloppe 18. Les nervures 30 sont réparties régulièrement sur toute la surface externe 24 de l'enveloppe 18. L'enveloppe 18 possède de préférence une nervure 30 sur chaque secteur angulaire, dont l'angle est par exemple compris entre 15° et 25°, de préférence environ 20°. La surface interne 26 de l'enveloppe 18 est cylindrique d'axe A. Elle est lisse et de section circulaire. La surface interne 26 délimite une partie de la surface protégée de l'élément de support 3. Les parois de séparation 20 s'étendent radialement par rapport à l'axe A et s'étendent longitudinalement de préférence sur toute la longueur L de l'enveloppe tubulaire 18, parallèlement à l'axe A. Elles sont jointives au niveau de l'axe A. Les parois 20 sont agencées angulairement entre elles de façon régulière. Dans l'exemple illustré, les parois 20 étant au nombre de quatre, elles sont agencées à 90° et forment une croix en section transversale. Les parois internes 20 délimitent une surface protégée à l'intérieur de l'enveloppe 18 et permettent un passage facile de l'eau à travers l'enveloppe tubulaire 18. L'épaisseur moyenne de l'enveloppe tubulaire 18 et des parois internes 20 25 est par exemple comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm, de préférence entre 0,2 mm et 0,3 mm. Dans l'exemple illustré, l'épaisseur a une valeur d'environ 0,2 mm. La surface protégée de l'élément de support 3 correspond, dans l'exemple illustré, à la somme de la surface interne 26 de l'enveloppe tubulaire 18 et de la 30 surface des parois 20 s'étendant à l'intérieur de l'enveloppe 18. Il est à noter que la surface externe 24 ne définit pas une surface protégée. La surface protégée de l'élément de support 3 est de préférence 600 m2/m3 de volume d'éléments de support 3, de préférence >_ à 800 m2/m3 de volume d'éléments de support 3, de préférence encore 1000 m2/m3 de volume d'éléments de support 3, de préférence encore 1100 m2/m3 de volume d'éléments de support 3. Les valeurs de surface protégée ci-dessus correspondent à la surface protégée obtenue en remplissant entièrement un cube de 1 m3 avec des éléments de support 3, les éléments de support 3 étant agencés de la façon la plus compacte possible. Le taux de remplissage du réacteur 2 est par exemple compris entre 30% et 70%, de préférence entre 35% et 60%. Il correspond au rapport du volume total occupé par les éléments de support 3 sur le volume occupé par l'eau et les éléments de support 3, exprimé en pourcentage. Les éléments de support 3 sont réalisés par extrusion d'une matière plastique et découpage transversal de la matière extrudée. L'élément de support 3 est par exemple réalisé en Polyéthylène Haute 15 Densité (PEND), ou dans un autre matériau de type adapté, pour une rigidité importante. L'élément de support 3 est de préférence réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dcm3. 20 Avec l'invention, le rapport entre la surface externe 24 de l'enveloppe tubulaire 18 et le volume de l'élément de support 3 est important. Il s'ensuit que l'action de l'eau sur la surface externe 24 de l'élément de support 3 est importante et que la mobilité de l'élément de support 3 est bonne. Les nervures 30 augmentent le coefficient de frottement entre la surface externe 24 et l'eau du 25 réacteur 2 et ainsi la mobilité de l'élément de support 3. La quantité d'eau traversant l'élément de support 3, rapportée au volume de l'élément de support 3, est également importante, du fait de la mobilité accrue de l'élément de support 3. Les performances du réacteur 2 s'en trouvent améliorées. La géométrie de l'élément de support 3 évite qu'il ne se bouche. 30 La taille de l'élément de support 3 est également suffisamment importante pour éviter que les ouvertures du filtre 4 ne soient trop petites et ne se bouchent. La géométrie et l'agencement des parois internes 20 augmentent la surface protégée tout en permettant un passage facile de l'eau. En outre, l'agencement radial et jointif des parois 20 augmente la rigidité de l'élément de support 3. La réalisation de l'élément de support 3 par extrusion limite son coût de fabrication. En variante, l'élément de support présente un nombre différent de parois 20, par exemple trois parois agencées à 120°. En variante également, la surface externe 24 présente un nombre différent de nervures 30. REVENDICATIONS 1.- Procédé de purification biologique de l'eau dans lequel l'eau à traiter est introduite dans un réacteur (2) contenant des éléments de support (3) pour la croissance d'un biofilm, les éléments de support (3) étant maintenus en mouvement dans le réacteur (2) et étant dimensionnés de façon à être conservés dans le réacteur (2) grâce à un filtre (4) permettant de libérer l'eau à partir du réacteur (2) par les ouvertures du filtre (4), l'élément de support (3) comprenant : - une enveloppe tubulaire (18) s'étendant suivant un axe longitudinal (A), l'enveloppe (18) délimitant une surface interne (26) protégée contre une collision avec les autres éléments du support (3), - à l'intérieur de l'enveloppe (18), une pluralité de parois internes (20) délimitant une surface protégée et permettant un passage de l'eau, - l'élément de support (3) présentant une surface protégée 600 m2/m3 de volume d'éléments de support (3), l'élément de support (3) étant réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dm3, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (18) a une longueur (L) mesurée suivant son axe longitudinal (A) supérieure ou égale au diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe (18). 2.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant la revendication 1, dans lequel l'enveloppe tubulaire (18) a une longueur (L) mesurée suivant son axe longitudinal (A) comprise entre 1 et 2 fois le diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe (18), de préférence entre 1 et 1,7 fois, de préférence encore entre 1,1 et 1,5 fois. 3.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel la longueur (L) de l'enveloppe tubulaire (18) est comprise entre 5 mm et 9 mm, de préférence entre 5 mm et 7 mm. 4.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe tubulaire (18) est de préférence compris entre 3 mm et 8 mm, de préférence entre 4 mm et 6 mm, de préférence encore entre 4,5 mm et 5,5 mm, de préférence encore environ égal à 5 mm. 5.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe tubulaire (18) présente, sur sa surface externe (24), des nervures (30) faisant saillie radialement par rapport à l'axe longitudinal (A) de l'enveloppe (18) et s'étendant de préférence sur toute la longueur (L) de l'enveloppe (18), les nervures (30) ayant une hauteur (h) comprise entre 0,5 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1,5 mm. 6.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant la revendication 5, dans lequel les nervures (30) sont réparties régulièrement sur la surface externe (24) de l'enveloppe (18), l'enveloppe (18) ayant de préférence une nervure (30) pour chaque secteur angulaire d'un angle compris entre 15° et 25°, de préférence d'un angle d'environ 20°. 7.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les parois internes (20) sont des parois de séparation s'étendant de préférence radialement par rapport à l'axe longitudinal (A) de l'enveloppe tubulaire (18) et s'étendant de préférence parallèlement à l'axe longitudinal (A) de l'enveloppe tubulaire (18). 8.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de support (3) est réalisé par extrusion de matière plastique et découpage de la matière extrudée. 9.- Procédé de purification biologique de l'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface protégée de l'élément de support (3) est 800 m2/m3 de volume d'éléments de support (3), de préférence encore 1000 m2/m3 de volume d'éléments de support (3), de préférence encore 1100 m2/m3 de volume d'éléments de support (3). 10.- Réacteur de purification biologique de l'eau (2) délimitant un volume (5) de traitement de l'eau et comprenant : - une entrée d'eau (6) ; - une sortie d'eau (8) ; - un filtre (4) d'occultation partielle de la sortie d'eau (8), le filtre (4) étant propre à permettre le passage de l'eau ; -un système de mise en mouvement de l'eau à traiter (12) ; et- un grand nombre d'éléments de support (3) pour la croissance d'un biofilm, propres à être maintenus dans l'eau à l'intérieur du réacteur (2) par un dimensionnement adapté du filtre (4), l'élément de support (3) comprenant : - une enveloppe tubulaire (18) s'étendant suivant un axe longitudinal (A), l'enveloppe délimitant une surface interne (26) protégée contre une collision avec les autres éléments du support (3), - à l'intérieur de l'enveloppe (18), une pluralité de parois internes (20) délimitant une surface protégée et permettant un passage de l'eau, - l'élément de support (3) présentant une surface protégée 600 m2/m3 de volume d'éléments de support (3), l'élément de support (3) étant réalisé dans une matière plastique dont la densité est comprise entre 0,9 et 1,2, de préférence entre 0,92 et 0,98, de préférence encore entre 0,92 et 0,96 kg/dm3, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (18) a une longueur (L) mesurée suivant son axe longitudinal (A) supérieure ou égale au diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe (18). 11.- Réacteur de purification biologique de l'eau suivant la revendication 10, dans lequel l'enveloppe tubulaire (18) a une longueur (L) mesurée suivant son axe longitudinal (A) comprise entre 1 et 2 fois le diamètre externe moyen (D) de l'enveloppe (18), de préférence entre 1 et 1,7 fois, de préférence encore entre 1,1 et 1,5 fois. 12.- Réacteur (2) selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les éléments de support (3) présentent les caractéristiques qui leur sont propres définies dans l'une quelconque des revendications 2 à 9.