Brevet FR2989078A1 — publié le 20131011

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT D'EFFLUENTS A POLLUTION BIODEGRADABLE. L'invention est relative à un procédé de traitement d'effluents à pollution biodégradable, notamment d'effluents industriels ou urbains, procédé selon lequel l'effluent est soumis à un premier traitement aérobie à boues activées, suivi d'un second traitement par filtration sur membrane. Par effluent biodégradable, on désigne un effluent dans lequel la pollution présente un rapport DCO/DBO5 inférieur à 3,5 (DCO = demande 10 chimique en oxygène ; DB05= demande biochimique en oxygène après 5 jours d'incubation). WO 2011/06 55 20 montre un procédé dans lequel les deux traitements sont effectués dans une même cuve, le traitement aérobie ayant lieu en partie basse tandis que la filtration sur membrane est effectuée dans la 15 partie supérieure, séparée de la partie basse par un écran laissant un passage étroit entre les deux compartiments. Il est souhaitable de réduire l'empreinte carbone et l'empreinte des eaux et boues provenant d'un tel procédé de traitement d'effluents. Il est souhaitable de pouvoir rejeter les eaux traitées directement 20 dans le milieu récepteur, via le réseau pluvial, ce qui implique de respecter une norme de rejet plus contraignante que dans le cas où le rejet de l'eau traitée s'effectue dans un réseau communautaire urbain. Ainsi, l'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé qui permet d'atteindre des rendements élevés d'élimination de la pollution carbonée, en 25 particulier d'obtenir un rendement épuratoire égal ou supérieur à 98 % d'élimination de la pollution carbonée. Selon l'invention, le procédé de traitement d'effluents à pollution biodégradable comprend un premier traitement aérobie à boues activées auquel est soumis l'effluent, suivi d'un second traitement par filtration sur 30 membrane, et est caractérisé en ce que le premier traitement aérobie est un traitement en cultures mixtes avec supports mobiles de bactéries, sous une faible charge massique et avec maintien d'un âge de boues élevé. De préférence, la charge massique est inférieure à 0,3 kg DB05/kgMES.jour. L'âge des boues, dans le premier traitement, est 35 avantageusement supérieur à 10 jours pour la biomasse libre et supérieur à 20 jours pour la biomasse fixée. Les membranes peuvent être externes à un réacteur assurant le premier traitement. Les deux traitements peuvent être effectués dans des réacteurs séparés, l'effluent ayant subi le premier traitement étant envoyé dans le réacteur du deuxième traitement. Les membranes peuvent être immergées dans le deuxième réacteur effectuant le deuxième traitement. Le premier traitement en cultures mixtes est avantageusement réalisé, sous faible charge massique, dans un réacteur MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), en particulier un réacteur du type connu sous le nom METEOR® de la Société Degrémont. Ce réacteur peut être couplé à un bioréacteur à membrane organique (BRMO), notamment du type connu sous le nom ULTRAFOR® de la Société Degrémont. Les supports mobiles sont avantageusement constitués par des éléments en matière plastique comportant des anneaux et des extensions radiales vers l'intérieur et/ou l'extérieur, ces supports ayant une densité légèrement inférieure à celle de l'eau, en particulier d'environ 0,9-0,98. Les supports mobiles sont retenus dans le réacteur au moyen d'une grille statique ou d'une crépine dont l'espacement entre barreaux est adapté au matériau. L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement d'effluents défini précédemment, cette installation comprenant au moins un bioréacteur pour un premier traitement 20 aérobie à boues activées et des membranes pour assurer un traitement par filtration de l'effluent après qu'il ait subi le premier traitement, cette installation étant caractérisée en ce que le bioréacteur pour traitement aérobie à boues activées comporte des supports mobiles de bactéries pour un traitement en cultures mixtes. 25 L'installation peut comporter deux réacteurs séparés affectés respectivement à chacun des traitements, les membranes étant immergées dans le second réacteur. En variante, les membranes peuvent être externes. Selon une autre variante, les membranes peuvent être immergées dans le bioréacteur comportant des supports mobiles de bactéries. 30 Les supports mobiles sont avantageusement constitués par des anneaux en matière plastique de densité inférieure à celle de l'eau, spécialement conçus pour permettre une colonisation durable et stable par les bactéries. Le bioréacteur pour traitement aérobie en cultures mixtes comporte 35 des moyens d'alimentation en air surpressé pour assurer, d'une part, l'apport d'oxygène nécessaire aux bactéries et, d'autre part, la mise en suspension des supports mobiles. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- 2 9890 78 3 dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence au dessin annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ce dessin : 5 Fig. 1 est un schéma d'une installation mettant en oeuvre le procédé de traitement de l'invention avec membranes externes. Fig. 2 est un schéma d'une variante de l'installation avec deux réacteurs séparés pour assurer les deux traitements et Fig. 3 est un schéma, à plus grande échelle, d'un exemple de 10 support mobile pour le traitement en cultures mixtes. En se reportant à Fig. 1, on peut voir que l'installation pour le traitement de l'effluent industriel qui arrive par une canalisation 1 comprend un bioréacteur 2 dans lequel est déversé l'effluent. L'effluent à traiter est biodégradable avec un rapport DCO/DBO5 15 inférieur à 3,5. A titre d'exemple, les paramètres de dimensionnement pour un effluent à traiter sont les suivants : débit : 40 m3/jour DCO : 1200 kg/jour DBO5 : 800 kg/jour ce qui, dans ce cas, correspond à un rapport DCO/DBO5 égal à 1,5. Les rendements épuratoires visés pour respecter les normes de rejet au milieu naturel sont très élevés : supérieurs à 99 % en masse d'élimination de la pollution carbonée. Un exemple d'objectif de traitement d'eaux industrielles pour un rejet en milieu naturel est le suivant pour l'eau traitée : DCO : 125 mg/L DBO5 : 30 mg/L MES : 35 mg/L (MES = matières en suspension) t°C Le réacteur 2 est du type MBBR (bioréacteur à lit mobile), comportant des supports mobiles 4 sur lesquels se développent les bactéries. L'aération en continu ou en discontinu de l'effluent dans le réacteur 2 assure en outre la mise en suspension des supports mobiles 4. Comme visible sur Fig.3, ces supports 4 sont avantageusement réalisés sous la forme d'anneaux en matière plastique de densité légèrement inférieure à celle de l'eau, par exemple densité de 0,90 à 0,98, et sont conçus avec des extensions radiales et/ou longitudinales pour permettre une colonisation durable et stable de bactéries. Une grille statique ou une crépine 5 est prévue dans le réacteur pour retenir les supports 4. Le traitement est effectué en maintenant un âge de boues élevé dans le réacteur biologique 2 pour permettre une dégradation poussée de la matière organique et une production réduite de boues en excès. L'âge de boues est avantageusement au moins égal à 5 jours. De préférence, l'âge des boues, dans le premier traitement, est supérieur à 10 jours pour la biomasse libre et supérieur à 20 jours pour la biomasse fixée. Le réacteur 2 en cultures mixtes est avantageusement du type METEOR® de la Société Degrémont. L'effluent sort du réacteur 2, en partie basse, par une conduite 6 sur laquelle est installée une ou deux pompes 7, et est envoyé vers une unité à membranes de filtration 8a, 8b. Selon l'exemple de Fig. 1, les membranes sont externes au réacteur. Les deux membranes sont alimentées en parallèle par l'effluent provenant du réacteur 2. Le filtrat, ou perméat, sortant de la membrane 8a est envoyé à l'entrée de la seconde membrane 8b. La sortie du filtrat de la membrane 8b est recueillie par une conduite 9. Les membranes constituent une barrière totale qui garantit l'absence de départs de boues dans le filtrat de sorte que la conduite 9 peut être dirigée vers un milieu récepteur naturel tout en assurant un parfait respect de l'environnement. Une partie du rétentat de chaque membrane est recyclée par une conduite 10 vers le réacteur 2. L'autre fraction des boues est dirigée par une conduite 11 vers une installation de traitement des boues. Les membranes 8a, 8b peuvent être placées dans un carter. Elles peuvent être utilisées en filtration dite tangentielle. La culture mixte assurée par le réacteur 2 apporte une stabilité des processus biologiques et une bonne résistance aux variations et à-coups de charge, tandis que les membranes de filtration permettent d'obtenir une excellente séparation de la biomasse et de l'eau traitée. Les procédés membranaires sont des procédés modulaires qui permettent une adaptation aisée à une éventuelle augmentation de la production par l'adjonction de membranes dans un bassin biologique existant. La mise en oeuvre de la filtration membranaire, véritable barrière physique, assure une qualité d'eau traitée constante et indépendante de l'aptitude à la décantation des boues. Elle permet de s'affranchir, entre autres, des dysfonctionnements liés à la prolifération de bactéries filamenteuses fréquente dans un milieu très fortement biodégradable. Avantageusement, les membranes de filtration sont des membranes de la société Zenon ZeeWeed 500c et 500d. Ces membranes sont pré-intégrées en usine, à collecteurs moulés ; elles assurent une grande robustesse du fonctionnement du système sur les applications de traitements d'eaux résiduaires. Elles garantissent une très bonne qualité de l'effluent (désinfection physique), permettant la réutilisation de l'eau traitée, par exemple pour l'arrosage de zones d'espaces verts. Selon la variante de réalisation de Fig. 2, l'unité de filtration à membrane (s) 8c est disposée dans un deuxième réacteur 12 séparé du premier 2, la (ou les) membrane(s) 8c étant immergée(s) dans l'effluent qui a été préalablement traité dans le réacteur 2. Les éléments du schéma de Fig. 2 identiques ou ayant la même fonction que des éléments décrits à propos de Fig. 1 sont désignés par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. Selon une autre variante de réalisation non représentée, la membrane 8c pourrait être immergée dans le réacteur biologique 2, la 2 0 membrane étant alors protégée pour éviter que les supports ne viennent la cogner. Le bioréacteur à membranes organiques peut être du type ULTRAFOR® (BRMO) de la Société Degrémont. Le couplage d'un réacteur en cultures mixtes, avec supports 25 mobiles 4, et de membranes de filtration 8a, 8b ou 8c, de préférence immergées dans un bioréacteur à membranes organiques, permet d'améliorer la qualité de l'eau traitée en éliminant la pollution biodégradable en totalité grâce au développement d'une biomasse fixée spécifique qui nécessite un temps de résidence important (obtenu avec un âge des boues suffisant) pour 30 son développement et qui s'active en présence d'une pollution difficilement biodégradable. Ce couplage permet également d'augmenter le débit de filtration des membranes du fait que la concentration en matières et en biomasse libre est réduite dans le réacteur biologique 2 et du fait de la qualité rhéologique de la 35 biomasse libre en présence. La réduction de la DCO soluble résiduelle est aussi un facteur favorable à l'augmentation du débit de filtrat des membranes. Le réacteur 2 à cultures mixtes permet de concentrer la biomasse fixée, tandis que la séparation membranaire permet de concentrer la biomasse libre, autorisant de fortes charges volumiques, notamment de l'ordre de 4 kg DBO5/m3.jour, tout en maintenant de faibles charges massiques, notamment inférieures à 0,3 kgDBO5/kgMES.jour. Le couplage selon l'invention d'un réacteur 2 à cultures mixtes et de membranes de filtration permet de diminuer de 25 à 70 % le volume de réacteur biologique par rapport à un bioréacteur à membranes classique à culture libre. La surface membranaire peut également être réduite de 20 à 30 % par rapport à un bioréacteur à membranes classique à culture libre. Le procédé et l'installation de l'invention présentent de nombreux avantages : - compacité et modularité ; - installation qui présente une faible emprise au sol ; - réacteur biologique à cultures mixtes contribuant à la modularité de la station en acceptant des augmentations de la charge polluante ; - membranes de filtration permettant une augmentation de la charge hydraulique ; - réduction de l'empreinte carbone. Le procédé assure une excellente qualité de l'eau traitée et une élimination maximale de la pollution (carbone, azote, phosphore, détergents, 2 0 substances extractibles à l'hexane, AOX, matières en suspension et micropolluants, ...). Le procédé assure également une réduction de la production de boues biologiques de 25 à 35 %, par rapport à un procédé avec bioréacteur à membranes classique à culture libre et une réduction de 35 à 60 % par rapport 25 à un procédé en cultures mixtes seul, permettant ainsi de réduire le temps de fonctionnement de l'atelier de déshydratation des boues, la consommation en réactifs (coagulants, polymères, eaux de dilution, chaux) et les contraintes d'évacuation des boues déshydratées. Le procédé permet un compostage final des boues pour valorisation 3 0 agricole. Par rapport à un épandage des boues, cette solution permet de s'affranchir de la construction d'un silo de stockage et d'évacuer régulièrement les boues déshydratées. Une réutilisation de l'eau traitée est possible, par exemple pour : - lavage de l'atelier de déshydratation, 35 - dilution secondaire d'un floculant, - appoint d'eaux de chaudière après osmose inverse, - arrosage, tour de refroidissement, - robustesse et fiabilité d'utilisation. Le procédé est stable sous d'importantes variations de charges. L'installation est tolérante aux perturbations. Un rétablissement très rapide du traitement biologique s'effectue après des perturbations majeures (à-coups de charges, variabilité de la composition des effluents...). Il n'y a pas de colmatage des réacteurs, ni de risques de gonflement des boues. Le procédé et l'installation présentent une bonne flexibilité. La technologie est adaptée pour d'autres types d'effluents issus des industries agroalimentaire, pharmaceutique, chimique, pétrochimique, papetière, ainsi que pour les eaux résiduaires urbaines. Le procédé et l'installation offrent une facilité de développements futurs et d'extensions. Dans certains cas, le procédé permet de s'affranchir d'un traitement tertiaire de l'effluent. Il est possible d'utiliser des cuves existantes pour le bioréacteur, et de nombreuses formes de réacteur peuvent être utilisées. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'effluents à pollution biodégradable, notamment d'effluents industriels ou urbains, selon lequel l'effluent est soumis à un premier traitement aérobie à boues activées, suivi d'un second traitement par filtration sur membrane, caractérisé en ce que le premier traitement aérobie est un traitement en cultures mixtes avec supports mobiles (4) de bactéries, sous une faible charge massique et avec maintien d'un âge de boues élevé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge massique est inférieure à 0,3 kg DBO5/kgMES.jour. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'âge des boues, dans le premier traitement, est supérieur à 10 jours pour la biomasse libre et 20 jours pour la biomasse fixée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les membranes (8a, 8b) sont externes à un réacteur (2) assurant le premier traitement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux traitements sont effectués dans des réacteurs séparés (2, 12), l'effluent ayant subi le premier traitement étant envoyé dans le réacteur du deuxième traitement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les membranes (8c) sont immergées dans le deuxième réacteur (12) effectuant le deuxième traitement. 30 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier traitement en cultures mixtes est réalisé, dans un réacteur du type METEOR®. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réacteur du type 35 METEOR® est couplé à un bioréacteur à membranes organiques (BRMO), du type ULTRAFOR®. 9. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement d'effluents 25selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un bioréacteur pour un premier traitement aérobie à boues activées et des membranes pour assurer un traitement par filtration de l'effluent après qu'il ait subi le premier traitement, caractérisée en ce que le bioréacteur (2) pour traitement aérobie à boues activées comporte des supports mobiles (4) de bactéries pour un traitement en cultures mixtes. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux réacteurs séparés (2, 12) affectés respectivement à chacun des traitements, les membranes étant immergées dans le second réacteur (12). 11. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les membranes sont immergées dans le bioréacteur comportant des supports mobiles (4) de bactéries. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que les supports mobiles (4) sont constitués par des éléments en matière plastique comportant des anneaux et des extensions radiales vers l'intérieur et/ou l'extérieur, ces supports ayant une densité légèrement inférieure à celle de l'eau, en particulier d'environ 0,9-0,98.