Brevet FR2938253A1 — publié le 20100514

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT D'EAU RESIDUAIRE. L'invention est relative à un procédé de traitement d'eau résiduaire, du genre de ceux selon lesquels on introduit l'eau à traiter sous un plancher perforé d'une cellule, ce plancher supportant une couche de matériau granulaire fixe immergé, à bactéries fixées sur le matériau, et on fait passer l'eau à traiter selon un flux ascendant à travers la couche de matériau granulaire. Un procédé de ce type, connu et mis en oeuvre dans des installations de la société déposante, est désigné par le terme "biofor" et est décrit ~o notamment dans le "Mémento Technique de l'Eau" 10ème édition, tome 2, pages 937-938 DEGREMONT. Des rampes pour insuffler de l'air sous la couche de matériau granulaire sont prévues pour assurer un traitement efficace de l'eau par les bactéries aérobies. L'eau traitée est récupérée en partie supérieure de la cellule par un premier déversoir. Périodiquement, des 1s opérations de lavage du matériau granulaire sont effectuées et l'eau de lavage est récupérée par un deuxième déversoir. Bien qu'un tel procédé et une telle installation donnent satisfaction, le génie civil nécessité pour la construction d'une telle cellule est relativement compliqué et coûteux, notamment en raison de la présence de deux déversoirs 20 ou goulottes. En outre, on constate, à l'aide de prélèvements effectués dans la couche de matériau granulaire qui peut atteindre une hauteur de plusieurs mètres, notamment environ 3 mètres, que l'épuration s'effectue principalement sensiblement dans le premier tiers inférieur de la couche de matériau granulaire. La couche n'est donc pas utilisée au mieux. 25 L'invention a pour but, surtout, d'offrir un procédé de traitement d'eau résiduaire qui permet de simplifier la construction de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé, et de mieux répartir le traitement de l'eau sur toute l'épaisseur de la couche de matériau. De préférence, le procédé de l'invention doit permettre un rinçage de la cellule sous plancher pour s'affranchir de 30 nettoyages périodiques et permettre de réduire la hauteur sous plancher. Selon l'invention, le procédé de traitement d'eau résiduaire du genre défini précédemment est caractérisé en ce que : - le flux ascendant est réalisé en condition d'anoxie, au moins par périodes, de sorte que l'eau à traiter subit une dénitrification, 35 - puis l'eau à traiter, après traversée ascendante de la couche de matériau granulaire est dirigée vers une deuxième cellule, au-dessus d'une autre couche de matériau granulaire fixe immergé à bactéries fixées, supportée par un plancher perforé, l'eau à traiter effectuant une traversée de cette deuxième cellule selon un flux descendant, et en condition aérée, - et on évacue l'eau traitée en partie basse de la deuxième cellule, 5 au-dessous du plancher perforé. Avantageusement, après un certain temps de fonctionnement, on cesse l'injection d'eau résiduaire et le prélèvement d'eau traitée, et on effectue un rinçage sous plancher de la première cellule par circulation en circuit fermé de l'eau d'une cellule vers l'autre. ~o De préférence, après rinçage, on inverse le fonctionnement et on introduit l'eau à traiter sous le plancher perforé de la deuxième cellule, l'eau à traiter traverse selon un flux ascendant la couche de matériau granulaire de la deuxième cellule en condition anoxie, au moins par périodes, de sorte que l'eau à traiter subit une dénitrification, 15 - l'eau à traiter, après traversée ascendante de la deuxième cellule, est dirigée vers la première cellule au-dessus de la couche de matériau granulaire pour traverser cette première cellule selon un flux descendant, et en condition aérée, - et on évacue l'eau traitée en partie basse sous le plancher de la 20 première cellule, - après un certain temps de fonctionnement, on cesse l'injection d'eau résiduaire et le prélèvement d'eau traitée, et on effectue un rinçage sous plancher de la deuxième cellule avec l'eau de la première cellule selon une circulation en circuit fermé entre les deux cellules, 25 - et on inverse à nouveau le fonctionnement. Lors des phases de traitement, dans la cellule où l'eau à traiter est admise en condition d'anoxie, on peut éventuellement réaliser des syncopages de courte durée en insufflant de temps en temps de l'air. Après un certain nombre de cycles, on effectue un lavage simultané 30 des deux cellules, et on évacue en partie supérieure l'eau de lavage. De préférence, une recirculation d'eau est effectuée de la cellule aval vers la cellule amont par prélèvement d'eau sous le plancher de la cellule aval et injection sous le plancher de la cellule amont. Le débit de recirculation est supérieur au débit d'eau traitée, en particulier est au moins égal à deux fois le débit d'eau 35 traitée. L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux cellules pour fonctionner en duo, l'une en flux ascendant et l'autre en flux descendant, chaque cellule comportant un plancher perforé qui supporte une couche de matériau granulaire fixe immergé, à bactéries fixées sur le matériau, une communication étant prévue entre les cellules pour le passage de l'eau à traiter d'une cellule à l'autre, un seul déversoir étant prévu pour l'évacuation de l'eau de lavage, tandis que l'eau traitée est évacuée en partie basse de l'une des cellules, chaque cellule comportant des moyens disposés sous la couche de matériau granulaire pour insuffler de l'air dans cette couche. De préférence les deux cellules sont juxtaposées et séparées par ~o une paroi verticale, le passage de l'eau à traiter d'une cellule à l'autre s'effectuant par dessus le bord supérieur de cette paroi, le déversoir de récupération de l'eau de lavage étant formé par une goulotte commune aux deux cellules et disposée au-dessus du bord supérieur de la paroi de séparation. 15 Un circuit de recirculation est prévu entre les espaces situés sous les planchers de chaque cellule, ce circuit étant équipé d'une pompe dont le sens de fonctionnement (aspiration/refoulement d'une cellule à l'autre) peut être inversé. Plusieurs cellules peuvent être juxtaposées, par exemple selon une 20 disposition circulaire de sorte que, par permutation, au moins une cellule soit mise à l'arrêt, notamment pour des travaux de maintenance, pendant que deux autres cellules fonctionnent en duo à flux ascendant et descendant. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus 25 explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe verticale schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, en cours de traitement avec un flux 30 ascendant dans la cellule de gauche et un flux descendant dans la cellule de droite. Fig. 2 montre, semblablement à Fig. 1, l'installation en phase de rinçage. Fig. 3 montre, semblablement à Fig. 1, l'installation après inversion 35 du sens de fonctionnement. Fig. 4 montre l'installation en phase de rinçage après fonctionnement selon Fig. 3. Fig. 5 montre l'installation en cours de lavage simultané des deux cellules. Fig. 6 montre l'installation en fonctionnement parallèle en mode dégradé pour des débits d'eau à traiter supérieurs aux débits normaux, et Fig. 7 est une vue schématique en plan, à échelle réduite, d'une installation avec trois cellules dont l'une est mise au repos. En se reportant aux dessins, notamment à Fig. 1, on peut voir une installation I de traitement d'eau résiduaire qui comporte deux cellules juxtaposées, Cl, C2. Chaque cellule est formée par un bassin limité par un fond horizontal 1.1 et 1.2. Les cellules sont juxtaposées et séparées par une paroi to verticale 2 dont la hauteur est inférieure à celle des parois latérales 3.1, 3.2. Chaque cellule comporte un plancher perforé 4.1, 4.2 situé à une distance h au-dessus du fond, de sorte qu'une chambre 5.1, 5.2 est formée entre le plancher et le fond. Les perforations du plancher sont équipées de buselures 6 permettant le passage de fluide des chambres 5.1, 5.2 dans le 15 compartiment situé au-dessus du plancher. Chaque plancher supporte une couche de gravier K1, K2, surmontée d'une couche 7.1, 7.2 de matériau granulaire fixe immergé, à bactéries fixées sur le matériau. Le matériau granulaire des couches 7.1, 7.2 peut être constitué de billes d'argile expansées d'un diamètre d'environ 3 à 4 mm, cet exemple 20 n'étant pas limitatif. La hauteur de la couche 7.1, 7.2 peut être d'environ 3 m. Des rampes 8.1, 8.2 sont avantageusement prévues sous la couche de matériau, au-dessus du plancher, notamment dans la couche de gravier, pour une injection d'air. En variante, l'air pourrait être injecté par les buselures 6. Une conduite 9.1, 9.2 débouche en partie basse de chaque chambre 25 5.1, 5.2. Chaque conduite est équipée d'une vanne 10.1, 10.2. Un circuit 11 est prévu pour recirculer l'eau entre les cellules. Le circuit 11 est formé par une conduite reliée à un orifice 12.1 s'ouvrant dans le fond de la chambre 5.1 et un autre orifice 12.2 s'ouvrant dans le fond de la chambre 5.2. Une pompe de recirculation P est installée sur le circuit 11, le 30 sens de fonctionnement de cette pompe P pouvant être inversé. Au-dessus du bord supérieur de la paroi 2 est prévue une goulotte G formant déversoir, située de manière à laisser libre un passage 13 entre le bord supérieur de la paroi et la goulotte. Le procédé de traitement de l'eau résiduaire et le fonctionnement de 35 l'installation sont exposés ci-après. Première phase Selon Fig. 1, l'eau résiduaire à traiter arrive par la conduite 9.1, la 4 vanne 10.1 étant ouverte. L'eau à traiter s'écoule selon un flux ascendant à travers les buselures 6 et la couche 7.1 de matériau granulaire, en condition d'anoxie, l'alimentation en air des rampes 8.1 étant coupée de sorte qu'aucune injection d'air n'est effectuée dans la couche de matériau granulaire 7.1. s Lors de cette étape de traitement, l'eau résiduaire subit une dénitrification, et un traitement du carbone. L'eau à traiter est dirigée, selon la flèche 14, vers la deuxième cellule C2, au-dessus de la couche 7.2 de matériau granulaire, qu'elle va traverser selon un flux descendant. Les rampes 8.2 sont alimentées en air qui est insufflé ~o dans la couche 7.2 pour un traitement en condition aérée. Dans la cellule C2, le traitement du carbone de l'eau est complété, et la nitrification est assurée. L'eau traitée est recueillie dans la chambre inférieure 5.2 à travers les buselures 6 et est évacuée par la conduite 9.2, la vanne 10.2 étant ouverte. 15 La pompe P tourne dans un sens qui assure une recirculation de l'eau provenant de la chambre 5.2 vers la chambre 5.1. Le débit de recirculation est ajusté au débit d'eau traitée qui sort par la conduite 9.2 en fonction de la caractéristique des eaux et/ou des performances à atteindre. II peut être régulé dans une fourchette de 1 à 20 plusieurs fois le débit d'eau traitée. Il en résulte que le débit d'eau qui traverse les buselures 6 est plus élevé que le débit d'eau qui arrive par la conduite 10.1, ce qui permet de mieux stabiliser et de mieux répartir les écoulements entre les différentes buselures 6 et dans le matériau. La recirculation permet de ramener les nitrates produits dans la 25 cellule C2 vers la cellule Cl pour traitement. La durée de cette première phase est adaptée aux performances recherchées, et peut être de quelques heures. Deuxième phase 30 On procède ensuite à un rinçage sous le plancher 4.1 de la cellule Cl, comme illustré sur Fig.2. Pour cela, les vannes 10.1 et 10.2 sont fermées tandis que le sens de recirculation est inversé par rapport à la première phase de traitement de Fig. 1, de sorte que l'eau circule de la chambre 5.1 vers la chambre 5.2, s'écoule selon un flux ascendant à travers la couche de matériau 35 granulaire 7.2, passe par dessus la paroi 2 suivant le sens de la flèche 15 pour s'écouler selon un flux descendant à travers la couche 7.1. De préférence, pendant cette phase de rinçage, de l'air est insufflé par les rampes 8.1 et 8.2 dans les couches 7.1 et 7.2. Cette phase de rinçage peut durer quelques minutes. Lors de la première phase de Fig. 1 et de celle de Fig. 2, le niveau supérieur L1 de l'eau dans les cellules se trouve plus bas que les bords supérieurs de la goulotte G. Troisième phase Après rinçage de la chambre 5.1, comme illustré sur Fig.3 on inverse le fonctionnement qui était celui de Fig. 1. L'admission de l'eau à traiter s'effectue par la conduite 9.2, la vanne 10.2 étant ouverte, tandis que l'eau to traitée est évacuée par la conduite 9.1, la vanne 10.1 étant ouverte. L'alimentation en air des rampes 8.2 est coupée de sorte que l'eau à traiter s'écoule selon un flux ascendant, en condition anoxie, à travers la couche 7.2 de matériau granulaire, passe par dessus la paroi 2 suivant la flèche 15 et traverse la couche 7.1 de la cellule Cl selon un flux descendant en condition 15 aérée, l'air étant distribué par les rampes 8.1. L'eau traverse les buselures 6 et est évacuée en partie basse par la conduite 9.1. Le sens de la recirculation est inversé par rapport à la phase 1 et l'eau passe de la chambre 5.1 vers la chambre 5.2. Au cours de cette phase, le traitement de dénitrification a lieu dans la 20 cellule C2 tandis que le traitement de nitrification et du carbone a lieu dans la chambre Cl. Cette phase peut durer, comme la première phase, plusieurs heures. Quatrième phase : 25 Lorsque la phase précédente est terminée, on effectue un rinçage de la chambre 5.2 sous le plancher 4.2 de la cellule C2 comme illustré sur Fig.4. Pour cela, le sens de la recirculation est à nouveau inversé de sorte que l'eau passe de la chambre 5.2 vers la chambre 5.1. Les vannes 10.1 et 10.2 sont fermées. 30 De préférence, de l'air est insufflé par les rampes 8.1 et 8.2. L'écoulement d'eau s'effectue au-dessus de la paroi 2 comme illustré par la flèche 14 sur Fig. 4. Cette opération de rinçage peut durer quelques minutes. Lorsqu'elle est terminée, un cycle de fonctionnement est achevé et un nouveau cycle peut 35 débuter en reprenant la première phase correspondant au schéma de Fig. 1, et ainsi de suite. Après un certain nombre de cycles, on procède à un lavage simultané des deux cellules Cl, C2 comme illustré sur Fig. 5. La pompe P est arrêtée, et de l'eau de lavage est admise dans les chambres 5.1 et 5.2 par les conduites 9.1 et 9.2, les vannes 10.1 et 10.2 étant ouvertes. Le niveau supérieur L2 de l'eau de lavage monte au-dessus du bord supérieur de la goulotte G qui sert de déversoir pour l'évacuation de l'eau de lavage. L'alimentation en air des rampes 8.1 et 8.2 est coupée. Les couches de matériau granulaire 7.1 et 7.2 sont lavées selon un flux ascendant du liquide de lavage. Lorsque le lavage est terminé, l'installation est prête à débuter un Io nouveau cycle selon le schéma de Fig. 1. Plusieurs cycles correspondant aux quatre phases énoncées précédemment ont lieu entre deux opérations de lavage simultané des deux cellules Cl, C2. is L'installation I est prévue pour un certain débit maximum d'eau résiduaire pour le traitement précédemment décrit. II peut arriver que, dans des circonstances exceptionnelles, notamment par suite de pluies abondantes, le débit d'eau résiduaire à traiter soit plus élevé que le maximum normalement admissible. 20 On peut alors prévoir, comme illustré sur Fig. 6, un mode dégradé de fonctionnement en parallèle des deux cellules Cl, C2. La pompe P est arrêtée et l'eau résiduaire est admise par les deux conduites 9.1, 9.2, les vannes 10.1, 10.2 étant ouvertes. Les rampes d'air 8.1 et 8.2 sont alimentées et insufflent de l'air dans 25 les couches de matériau respectives 7.1 et 7.2. L'eau à traiter s'écoule selon un flux ascendant à travers les deux couches 7.1 et 7.2. En partie haute de l'installation, à un niveau inférieur à celui du bord supérieur de la goulotte G, sont prévues des conduites 16.1, 16.2, sensiblement horizontales traversant les parois 3.1 et 3.2 des cellules pour évacuer à l'extérieur l'eau traitée. 30 Dans ce mode dégradé de fonctionnement, c'est la pollution carbonée qui est essentiellement traitée. Ce mode dégradé présente de l'intérêt pour les circonstances exceptionnelles. Fig. 7 montre, en vue de dessus, une installation de traitement comportant trois cellules Cl, C2, C3 s'étendant sensiblement sur 120° à 35 l'intérieur d'un contour circulaire. Deux cellules adjacentes peuvent être toujours en fonctionnement tandis que la troisième cellule est en phase de lavage. On pourrait prévoir des installations avec un nombre de cellules différent, le procédé étant toujours mis en oeuvre avec une paire de cellules. Lors des première et troisième phases, dans la cellule où l'eau subit un traitement en condition anoxie à flux ascendant, on peut éventuellement réaliser des syncopages en insufflant de temps en temps de l'air à l'aide de la rampe 8.1 ou 8.2. Un exemple de fonctionnement est le suivant : - les phases de traitement correspondant aux première et troisième phases énoncées précédemment ont une durée d'environ 4 h ; - les phases de rinçage entre chaque phase de traitement ont une durée d'environ 5 min, ~o de sorte qu'un cycle complet de quatre phases dure environ 8 h. Après trois cycles, c'est-à-dire environ 24 h, on déclenche le lavage simultané des deux cellules Cl, C2. La durée de ce lavage est d'environ 30 à 60 min. L'invention procure plusieurs avantages. 15 Le génie civil pour la construction des cellules Cl et C2 est simplifié dans la mesure où une seule goulotte G est nécessaire pour l'évacuation de l'eau de lavage tandis que l'eau traitée est évacuée en partie basse des cellules. Le rinçage systématique des chambres 5.1 et 5.2 à chaque 20 alternance du traitement permet de s'affranchir d'un nettoyage périodique sous plancher 4.1 et 4.2. II devient alors possible de réduire la hauteur h sous plancher car il n'est pratiquement plus nécessaire de pénétrer sous le plancher pour le nettoiement. Le volume du matériau granulaire des couches 7.1, 7.2 est optimisé 25 car l'alternance du fonctionnement permet de développer les bactéries sur toute la hauteur des couches de matériau. L'azote est éliminé en dénitrification dans la cellule amont. La recirculation permet une meilleure stabilité de la vitesse ascensionnelle et une bonne répartition du flux. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'eau résiduaire, selon lequel on introduit l'eau à traiter sous un plancher perforé (4.1, 4.2) d'une cellule (Cl, C2), ce plancher supportant une couche de matériau granulaire fixe immergé (7.1, 7.2), à bactéries fixées sur le matériau, et on fait passer l'eau à traiter selon un flux ascendant à travers la couche de matériau granulaire, caractérisé en ce que : - le flux ascendant est réalisé en condition d'anoxie, au moins par périodes, de sorte que l'eau à traiter subit une dénitrification, ~o - puis l'eau à traiter, après traversée ascendante de la couche de matériau granulaire (7.1, 7.2) est dirigée vers une deuxième cellule (C2, Cl), au-dessus d'une autre couche de matériau granulaire fixe immergé (7.2, 7.1), à bactéries fixées, supportée par un plancher perforé (4.2, 4.1), l'eau à traiter effectuant une traversée de cette deuxième cellule selon un flux descendant, et ts en condition aérée, - et on évacue l'eau traitée en partie basse (9.2, 9.1) de la deuxième cellule, au-dessous du plancher perforé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après un certain 20 temps de fonctionnement, on cesse l'injection d'eau résiduaire et le prélèvement d'eau traitée, et on effectue un rinçage sous plancher de la première cellule par circulation en circuit fermé de l'eau d'une cellule vers l'autre. 25 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après rinçage, on inverse le fonctionnement et on introduit l'eau à traiter sous le plancher perforé de la deuxième cellule (C2), l'eau à traiter traverse selon un flux ascendant la couche de matériau granulaire (7.2) de la deuxième cellule en condition anoxie, au moins par périodes, de sorte que l'eau à traiter subit une dénitrification, 30 - l'eau à traiter, après traversée ascendante de la deuxième cellule (C2), est dirigée vers la première cellule (Cl) au-dessus de la couche de matériau granulaire (7.1) pour traverser cette première cellule selon un flux descendant, et en condition aérée, - et on évacue l'eau traitée en partie basse sous le plancher de la 35 première cellule, - après un certain temps de fonctionnement, on cesse l'injection d'eau résiduaire et le prélèvement d'eau traitée, et on effectue un rinçage sous plancher de la deuxième cellule par circulation en circuit fermé de l'eau d'une 2938253 io cellule vers l'autre. - et on inverse à nouveau le fonctionnement, 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 5 lors des phases de traitement, dans la cellule où l'eau à traiter est admise en condition d'anoxie, on réalise des syncopages en insufflant de temps en temps de l'air. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, après un certain ~o nombre de cycles, on effectue un lavage simultané des deux cellules (Cl, C2), et on évacue en partie supérieure (G) l'eau de lavage. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une recirculation d'eau est effectuée de la cellule aval (C2 ; Cl) vers la 15 cellule amont (Cl ; C2) par prélèvement d'eau sous le plancher de la cellule aval et injection sous le plancher de la cellule amont. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le débit de recirculation est supérieur au débit d'eau traitée, en particulier est au moins égal 20 à deux fois le débit d'eau traitée. 8. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux cellules (Cl, C2) pour fonctionner en duo, l'une (Cl ;C2) en flux ascendant et 25 l'autre (C2 ;Cl) en flux descendant, chaque cellule comportant un plancher perforé (4.1, 4.2) qui supporte une couche (7.1, 7.2) de matériau granulaire fixe immergé, à bactéries fixées sur le matériau, une communication étant prévue entre les cellules pour le passage de l'eau à traiter d'une cellule à l'autre, un seul déversoir (G) étant prévu pour l'évacuation de l'eau de lavage, tandis que 30 l'eau traitée est évacuée en partie basse (9.2 ;9.1) de l'une des cellules, chaque cellule comportant des moyens (8.1, 8.2) disposés sous la couche de matériau granulaire pour insuffler de l'air dans cette couche. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les deux cellules 35 (Cl, C2) sont juxtaposées et séparées par une paroi verticale (2), le passage de l'eau à traiter d'une cellule à l'autre s'effectuant par dessus le bord supérieur de cette paroi, le déversoir de récupération de l'eau de lavage étant formé par une goulotte (G) commune aux deux cellules et disposée au-dessus du bordsupérieur de la paroi de séparation (2). 10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'un circuit de recirculation (11) est prévu entre les espaces (5.1, 5.2) situés sous les planchers de chaque cellule, ce circuit étant équipé d'une pompe (P) dont le sens de fonctionnement peut être inversé. 11. Installation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que plusieurs cellules ( Cl, C2, C3) sont juxtaposées, de sorte que, par ~o permutation, au moins une cellule soit mise à l'arrêt, pendant que deux autres cellules fonctionnent en duo à flux ascendant et descendant.