Brevet FR3025510A1 — publié le 20160311

Procédé de traitement des eaux usées industrielles par le couplage d'un réacteur biologique par culture fixée sur supports mobiles et d'un filtre à macrophytes La présente invention appartient au domaine du traitement des eaux usées qui sont évacuées, en particulier, des infrastructures industrielles. Les stations d'épuration annexées à des ensembles industriels, sont souvent saturées et n'arrivent pas à traiter les eaux usées conformément aux exigences des réglementations des pays développés. Pour disposer d'installations conformes aux normes de traitement des effluents industriels, il est usuel d'avoir recours à des filières incorporant des « boues activées », mettant en oeuvre un bassin d'aération qui fonctionne avec un clarificateur en aval, à partir duquel les boues activées sont réinjectés dans le bassin d'aération. Une telle méthode de traitement est décrite dans la demande W02011033476. Cette méthode de traitement à l'aide de boues activées est coûteuse à mettre en place et le fonctionnement de la filière boue activée impose la présence d'un clarificateur avec recirculation des boues en amont, et, de ce fait, elle est complexe aussi bien à mettre en oeuvre, qu'à maintenir en fonctionnement. La présente demande vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. La présente invention concerne une installation de traitement d'eaux 30 usées comprenant : - un bassin tampon contenant un système destiné à aérer et à agiter ; - un réacteur biologique contenant des supports mobiles à cultures fixées 3025510 2 susceptibles de développer un biofilm à leur surface, positionné en aval du bassin tampon ; et - un filtre planté de macrophytes, positionné en aval du réacteur biologique. 5 L'installation de traitement d'eaux usées selon l'invention est peu coûteuse à mettre en place, à installer et est d'une maintenance aisée, tout en conservant, voire en améliorant, les performances obtenues dans le cadre des boues activées. La production de boue est plus faible en 10 volume par rapport aux stations d'épurations qui fonctionnent à l'aide de boues activées. En outre, les boues produites sont davantage minéralisées et plus stables, ce qui permet de les valoriser notamment dans le secteur de l'horticulture. Contrairement aux boues activées, il n'est pas indispensable de procéder à une évacuation en continu des boues, ce 15 qui rend l'installation plus performante en termes de la gestion des boues à évacuer. Pour les effluents industriels chargés en déchets solides de grosse taille, un dispositif de dégrillage et/ou tamisage est avantageusement prévu en 20 amont : il protège le reste du dispositif par rapport aux risques de colmatage et d'usure des équipements. Le système destiné à aérer et à agiter l'effluent dans le bassin tampon est avantageusement un aérateur brasseur comportant une vis hélicoïdale. La 25 puissance d'un tel aérateur brasseur à vis hélicoïdale est par exemple d'au moins 5,5 kW pour un bassin tampon de l'ordre de 80 m3. Lorsque les eaux qui sont évacuées en sortie de l'usine ont une température élevée, comme dans le cas d'une chocolaterie, le bassin tampon comporte avantageusement un système de refroidissement suffisant pour que les eaux qui sortent dudit bassin soient refroidies à une température inférieure à 30 °C. Le système de refrcidissement est 3025510 3 avantageusement un système d'arrosage du bassin tampon, en surface, et comporte une pompe destinée à collecter les eaux dans le fond du bassin tampon. Ladite pompe a par exemple un débit d'au moins 40 m3/h. 5 L'installation de traitement des eaux usées comporte avantageusement un dispositif de dégraissage apte à provoquer la flottation des graisses, positionné directement en aval du bassin tampon. Le dispositif de dégraissage est avantageusement un dégraisseur muni d'un dispositif de bullage permettant d'accélérer la flottation des graisses. Le dispositif de 10 dégraissage est avantageusement couplé à un dispositif de traitement physico-chimique permettant la formation de flocs par coagulation-floculation puis leur séparation par injection directe ou indirecte d'eau pressurisée. Le dégraisseur comporte avantageusement un dispositif de raclage en surface qui permet l'évacuation des graisses flottées vers une 15 fosse spécifique. Le fond du dégraisseur comporte avantageusement une vanne de vidange afin de permettre l'évacuation des matières décantées vers une fosse spécifique. L'eau ainsi dégraissée est dirigée en aval. Un dispositif de neutralisation 20 de l'effluent est avantageusement prévu en sortie du dispositif de dégraissage. Alternativement ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif d'injection de nutriments est avantageusement prévu en sortie du dispositif de dégraissage. 25 Le réacteur biologique utilisé dans le cadre de l'invention est avantageusement un réacteur biologique aéré, c'est-à-dire qu'au moins un moyen d'injection d'air est intégré au réacteur. Le moyen d'injection d'air comprend avantageusement un surpresseur. L'air injecté est avantageusement enrichi en oxygène. Un tel réacteur aéré favorise 30 l'oxydation des matières organiques ; le traitement de l'azote, et donc la nitrification, n'étant pas spécifiquement visés dans ce cadre. 302 5 5 10 4 Le réacteur biologique aéré contient des supports mobiles maintenus en suspension de manière homogène, lesdits supports mobiles sont avantageusement des objets plastiques maintenus en suspension homogène dans le réacteur. Lesdits supports mobiles sont susceptibles 5 de développer un biofilm à leur surface (cultures fixées). Ce réacteur permet avantageusement une élimination d'au moins 80 % de la charge en DBO5 (demande biologique d'oxygène en cinq jours). Un tel réacteur est par exemple un réacteur cylindrique de 50 m3 de volume utile, qui est avantageusement rempli avec au moins 25 %, plus avantageusement 10 d'au moins 30 %, voire d'au moins 40 % en volume de matériau offrant une surface spécifique inférieure à 1200 m2/m3. Ladite surface spécifique est avantageusement comprise entre 100 et 600 m2/m3, voire entre 140 et 370 m2/m3. 15 L'installation de traitement d'eau selon l'invention comprend un système de séparation des boues et de finition de traitement comprenant un filtre planté de macrophytes. Le filtre planté de macrophytes est, par exemple, un filtre planté de roseaux (en particulier Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.), de massettes, de joncs, d'iris et/ou d'herbes à éléphant (en 20 particulier Pennisetum purpureum Schumach.). Avantageusement, l'installation de traitement dans le cadre de l'invention n'a pas recours à l'utilisation de l'hydroponie, c'est-à-dire l'agriculture hors-sol (parfois qualifiée en anglais par le terme « hydroponic reactor »), et est donc moins contraignante que celle-ci en termes de coût et d'entretien des 25 installations, puisqu'en culture hors-sol il est indispensable de maintenir une surveillance étroite des différents paramètres qui conditionnent l'état de santé des plantes. Le système sur filtre à macrophytes comprend avantageusement deux filtres à macrophytes disposés en parallèle. Les filtres à macrophytes sont mis en fonctionnement en alternance, de 30 préférence de manière hebdomadaire. Une telle alternance permet une période de repos pour les filtres plantés de plusieurs semaines, par exemple trois semaines. 302 5 510 5 Chaque filtre planté de macrophytes comprend avantageusement les strates suivantes : - Un bassin en béton ou en terre recouverte de géomembrane (telle 5 que celle définit par la norme AFNOR NFP 84-500) ; - un plancher filtrant ou un dispositif de drains permettant l'aération du filtre et la collecte des effluents traités ; - au moins deux couches de gravier de différents diamètres ; - une couche de sable ou de compost ; et 10 - la partie aérienne des plantes. Une géogrille (plus connue sous le terme anglais « geogrid ») peut être prévue de manière alternative, ou en combinaison, avec les couches de graviers. Une telle géogrille est avantageusement composée d'un matériau ajouré en polyamide ou en polypropylène, et d'au moins 2 cm 15 d'épaisseur. Les effluents traités en sortie de filtre à macrophytes peuvent être rejetés dans le milieu naturel. 20 L'installation comporte avantageusement un réseau d'infiltration, par exemple composé d'un puits d'infiltration ou un point de rejet vers un cours d'eau. La présente invention concerne également, selon un autre aspect, un 25 procédé de traitement des eaux usées industrielles par le couplage d'au moins un réacteur biologique par culture fixée sur supports mobiles avec au moins un filtre à macrophytes. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre avantageusement, mais 30 pas exclusivement, à l'aide d'une installation telle que décrite dans la description de l'invention qui précède. 3 02 55 10 6 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre dont les modes de réalisation et les figures sont uniquement donnés à titre illustratif et ne peuvent nullement être considérés comme limitatifs. Les figures qui illustrent les modes de 5 réalisation sont les suivantes : - Les figures 1 et 2 représentent de manière schématique deux modes de réalisation d'installations selon l'invention comportant deux et quatre filtres plantés de roseaux en parallèle. 10 La figure 1 montre un mode de réalisation d'une installation 1 selon l'invention, comprenant un bassin tampon 2 en amont collectant les eaux en sortie d'usine après passage dans un poste de relevage 3, qui permet le lissage des charges polluantes et des débits. Le bassin 2 de forme 15 cylindrique et de hauteur utile minimale de 4,5 m (5 m en tout), a un volume utile de 80 m3, ce volume comprend un volume « mort » de 20 m3, le bassin a une surface au sol sera d'environ 18 m2 (diamètre intérieur de 4,75 m). Le contenu du bassin 2 est aéré et brassé. L'aération et le brassage permettent une meilleure homogénéité des effluents et limitent 20 l'émission d'odeurs en maintenant un niveau d'aération suffisant. Cette aération et ce brassage sont assurés par un aérateur brasseur 4 flottant (type vis hélicoïdale) ayant une puissance d'au moins 5,5 kW. Un système de refroidissement 5 (par « sprincklage »), alimenté par une pompe de fond 6, permet un refroidissement suffisant (température inférieure à 25 30 °C) des effluents issus du site industriel qui 9D nt chauds. La pompe 6 immergée de sprincklage a un débit d'au moins 40 m3/h. Les effluents refroidis et tamponnés alimentent ensuite, à débit constant, un dégraisseur 7 à l'aide d'un dispositif de pompage équipé d'un débitmètre électromagnétique permettant la régulation des pompes. En parallèle, un 30 trop-plein du bassin tampon 2, alimente directement le dégraisseur 7. 3025510 7 Le dégraisseur 7 comprend un dispositif d'injection d'air sous forme de microbulles permettant d'accélérer la flottation des graisses et d'un dispositif de récupération des graisses flottées (raclage de surface). Le dégraisseur est de forme cylindro-conique, sa surface de flottation des 5 graisses a un diamètre d'au moins 1 m. Le dispositif de raclage permet l'évacuation des graisses flottées vers une fosse spécifique. Le fond du dégraisseur 7 comprend une vanne de vidange permettant l'évacuation des matières décantées vers une fosse spécifique. Les eaux dégraissées seront dirigées de manière gravitaire vers un réacteur biologique 8. La 10 conduite de transfert est équipée d'une mesure de pH et d'un système de régulation (injection de soude) permettant de neutraliser les effluents à traiter (effluent ayant un caractère acide, à l'inverse un traitement acide peut être fait pour les effluents basiques). De plus, cette conduite est équipée d'un dispositif d'injection de nutriments (azote et phosphore) 15 permettant de rééquilibrer l'effluent. Les eaux en sortie du dégraisseur 7 sont injectées dans le réacteur biologique 8 avec culture fixée sur des supports mobiles maintenus en suspension de manière homogène et qui sont susceptibles de développer un biofilm à leur surface (cultures fixées). Ce réacteur permet de fixer la 20 biomasse épuratrice sur des supports mobiles, et de provoquer une élimination d'au moins 80 % de la charge en DBO5. Ce réacteur 8 cylindrique de 50 m3 utiles, a une hauteur utile d'au moins 3,4 m, et est rempli à 40 % de matériau offrant une surface spécifique de 220 m2/m3. La surface au sol du réacteur 8 est de 15 m2 (diamètre intérieur de 4,4 m). 25 Ce réacteur 8 est équipé d'un dispositif d'aération composé de deux surpresseurs 9 et 10 et d'un réseau immergé de diffusion d'air. Chaque surpresseur sera capable de fournir 180 kg 02/jrs (avec 4 m de colonne d'eau). Les surpresseurs fonctionnent en alternance. Le réacteur 8 alimente de manière gravitaire un poste de relevage 12, qui alimente lui- 30 même par bâchée de 5 m3 deux filtres à macrophytes 13 et 14. 3025510 8 Les filtres à macrophytes 13 et 14 fonctionnent en alternance de manière hebdomadaire (une option à trois filtres est envisageable). Chaque lit a une surface de 205 m2. Chaque lit est installé sur un plancher filtrant permettant une aération naturelle du massif et l'évacuation des eaux 5 filtrées. Ces lits permettent une première filtration sur les premiers centimètres, le résiduel de pollution carbonée, azotée et phosphorée est oxydé et retenu par les bactéries présentes au sein du massif d'environ 1 m d'épaisseur. Les eaux de chaque lit ayant percolé à travers le massif filtrant et le plancher sont envoyées vers un canal de comptage final 10 équipé d'un seuil Venturi et d'une mesure de hauteur (mesure par ultrasons). Après comptage, ces eaux traitées rejoignent un réseau d'infiltration 15. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'une installation 21 selon l'invention, comprenant un bassin tampon 2 en amont collectant les eaux 15 en sortie d'usine après passage dans un poste de relevage 3, qui permet le lissage des charges polluantes et des débits. Le bassin 2 de forme cylindrique et de hauteur utile minimale de 4,5 m (5 m en tout) a un volume utile de 80 m3, ce volume comprend un volume « mort » de 20 m3, le bassin a une surface au sol sera d'environ 18 m2 (diamètre intérieur de 20 4,75 m). Le contenu du bassin 2 est aéré et brassé. L'aération et le brassage permettent une meilleure homogénéité des effluents et limitent leur dégradation en maintenant un niveau d'aération suffisant. Cette aération et ce brassage sont assurés par un aérateur brasseur 4 flottant (type vis hélicoïdale) ayant une puissance d'au moins 5,5 kW. Un système 25 de refroidissement 5 (par « sprincklage »), alimenté par une pompe de fond 6, permet un refroidissement suffisant des effluents issus du site industriel qui sont chauds (température inférieure à 30 °C). La pompe 6 immergée de sprincklage a un débit d'au moins 40 m3/h. Les effluents refroidis et tamponnés alimentent ensuite, à débit constant un flottateur à 30 eau pressurisé 22 à l'aide d'un dispositif de pompage équipé d'un débitmètre électromagnétique permettant la régulation des pompes. En 3025510 9 parallèle, un trop plein du bassin tampon 2, alimente directement le flottateur 22. Le flottateur 22 fonctionne en pressurisation indirecte. La pressurisation est assurée par un tube de dissolution équipé de son propre compresseur. 5 Le flottateur 22 est cylindrique et a une surface de flottation de 1,2 m2. Un système de raclage permet d'évacuer les graisses vers un stockage spécifique. Un dispositif de purge permet d'évacuer les matières décantables vers un poste de relevage placé en amont de filtres à macrophytes. Les eaux dégraissées sont dirigées gravitairement vers un 10 réacteur biologique 8. La conduite de transfert est équipée d'une mesure de pH et d'un système de régulation (injection de soude) permettant de neutraliser les effluents à traiter (effluent ayant un caractère acide). De plus, cette conduite est équipée d'un dispositif d'injection de nutriments (azote et phosphore) permettant de rééquilibrer l'effluent. 15 Les eaux en sortie du flottateur 22 sont injectées dans le réacteur biologique 8 avec culture fixée sur supports mobiles maintenus en suspension de manière homogène. et qui sont susceptibles de développer un biofilm à leur surface (cultures fixées). Ce réacteur permet de fixer la biomasse épuratrice sur des supports mobiles, et de provoquer une 20 élimination d'au moins 80 % de la charge en DBO5. Ce réacteur 8 cylindrique de 50 m3 utiles, a une hauteur utile d'au moins 3,4 m, et est rempli à 40 % de matériau offrant une surface spécifique de 220 m2/m3. La surface au sol du réacteur 8 est de 15 m2 (diamètre intérieur de 4,4 m). Ce réacteur 8 est équipé d'un dispositif d'aération composé de deux 25 surpresseurs 9 et 10 et d'un réseau immergé de diffusion d'air. Chaque surpresseur sera capable de fournir 180 kg 02/jrs (avec 4 m de colonne d'eau). Les surpresseurs fonctionnent en alternance. Le réacteur 8 alimente par trop plein un poste de relevage 23 qui alimente, lui-même, un système de filtres à macrophytes. Ce trop plein est équipé d'une grille de 30 protection permettant de retenir le matériau support. 302 5 5 10 10 Le système de filtre à macrophytes est composé de quatre filtres à macrophytes 24, 25, 26 et 27 fonctionnent en alternance de manière hebdomadaire (une option à trois filtres est envisageable). Chaque lit a une surface de 70 m2. Chaque lit est installé sur un plancher filtrant 5 permettant une aération naturelle du massif et l'évacuation des eaux filtrées. Ces lits permettent une première filtration sur les premiers centimètres, le résiduel de pollution carbonée, azotée et phosphorée est oxydé et retenu par les bactéries présentes au sein du massif d'environ 1 m d'épaisseur. Les eaux de chaque lit ayant percolées à travers le 10 massif filtrant et le plancher sont envoyées vers un canal de comptage final équipé d'un seuil Venturi et d'une mesure de hauteur (mesure par ultrasons). Après comptage, ces eaux traitées rejoignent un réseau d'infiltration 15. REVENDICATIONS1. Installation de traitement d'eaux usées (1, 21) comprenant : - un bassin tampon (2) contenant un système destiné à aérer et à agiter ; - un réacteur biologique (8) contenant des supports mobiles à cultures fixées susceptibles de développer un biofilm à leur surface, positionné en aval dudit bassin tampon ; et - un filtre planté de macrophytes (13, 14, 24, 25, 26 et 27), positionné en aval dudit réacteur biologique (8). 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le système destiné à aérer et à brasser dudit bassin tampon est un aérateur brasseur à vis hélicoïdale (4). 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le bassin tampon (2) comprend un système de refroidissement. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle un dispositif de dégraissage apte à provoquer la flottation des graisses est positionné directement en aval dudit bassin tampon. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le réacteur biologique (8) comporte un moyen d'injection d'air. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les supports mobiles à cultures fixées susceptibles de développer un biofilm à leur surface occupent au moins 25 % du volume dudit réacteur (8) et ont une surface spécifique inférieure à 1200 m2/m3. 30 3025510 12 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite installation comprend deux filtres plantés de macrophytes (13, 14, 24, 25, 26 et 27) disposés en parallèle. 5 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le filtre planté de macrophytes (13, 14, 24, 25, 26 et 27) comprend les strates suivantes : - Un bassin en béton ou en terre recouverte de géomembrane ; - Un plancher filtrant ou un dispositif de drain permettant l'aération du filtre et la collecte des effluents traités ; - au moins deux couches de gravier de différents diamètres; - une couche de sable ou de compost ; et - la partie aérienne des plantes. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant un réseau d'infiltration (15) ou de déversoir vers un cours d'eau. Procédé de traitement d'eaux usées industrielles par le couplage d'au moins un réacteur biologique par culture fixée sur supports mobiles avec au moins un filtre à macrophytes. 10 159. 10. 20