Brevet FR3030483A1 — publié le 20160624

NOUVELLE INSTALLATION DE TRAI TEM ENT DES EAUX RESI DUAI RES La présente invention concerne le traitement des eaux résiduaires d'origine urbaines ou industrielles, notamment le traitement primaire des eaux, 5 qui peut intervenir avant un rejet au milieu récepteur ou en amont d'un traitement biologique ou physico chimique. La pollution traitée sur les stations d'eaux résiduaires est caractérisée selon la nature du contenu, qu'elle soit en matière minérale, carbone, azote ou phosphore, et sa forme, qu'elle soit particulaire, colloïdale ou dissoute. 10 Le traitement primaire des eaux résiduaires consiste à séparer au moyen d'une action physique éventuellement complétée d'une action chimique la fraction particulaire de la pollution. On distingue dans l'art antérieur trois grandes familles de séparateurs de la fraction particulaire : les décanteurs, les flottateurs, et la filtration primaire. 15 La mise en oeuvre des décanteurs peut être purement physique, ou enrichie par des réactifs d'origine chimique ou organique, permettant une meilleure interception de la pollution colloïdale. Les flocs formés par ajout de réactifs peuvent, selon certaines technologies, être lestés pour obtenir une taille d'ouvrage plus compacte. 20 La mise en oeuvre des flottateurs peut inclure l'ajout de réactifs (coagulant et/ou flocculateurs) et d'un agent assurant la flottation (microbulles d'air par exemple). La filtration primaire peut inclure l'ajout de réactifs chimique pour améliorer la capture de la pollution colloïdale. 25 Le choix d'une technologie dépend d'un faisceau de paramètres : la qualité d'eau souhaitée en sortie, l'emprise au sol disponible, le coût de construction de l'équipement, le coût d'exploitation, la technicité requise pour opérer, les équipements ou le type de filière de traitement aval ou la disponibilité des réactifs sur site. 30 La plupart de ces technologies sont matures et disposent d'un important retour d'expérience, permettant aisément de quantifier leurs performances et limites d'application. Cependant, hormis le phosphore dissous, qui peut être précipité par ajout de sels métalliques, les installations actuellement disponibles en traitement 35 primaire ne peuvent éliminer que la fraction particulaire et colloïdale de la pollution. La fraction dissoute ne peut pas être traitée par ces méthodes et un étage secondaire doit être mis en oeuvre pour être en mesure de l'éliminer. De ce fait, les rendements d'élimination de la pollution par ces technologies sont essentiellement déterminés par la fraction non soluble de la pollution. Il existe dans l'art antérieur plusieurs systèmes qui combinent un séparateur physique ou physico-chimique existant avec un traitement préalable de la pollution dissoute carbonée. Par exemple, une méthode conventionnelle consiste à combiner un clairificateur conventionnel avec le traitement préalable par boues activées à forte charge. Cette méthode permet d'obtenir une bonne dégradation de la pollution dissoute et particulaire, mais la valorisation des boues extraites n'est pas satisfaisante. Un autre inconvénient est que l'installation pour mettre en oeuvre cette méthode nécessite une emprise au sol importante liée à l'installation d'un clarificateur. La combinaison de la technologie MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) avec un décanteur ou un flottateur permet la mise en oeuvre d'une installation compacte et d'obtenir une bonne dégradation de la pollution dissoute et une meilleure valorisation des boues extraites. Cependant, la consommation énergique de la technologie MBBR est très importante, en raison de la nécessité du soufflement d'air en permanence. Il existe par conséquent un besoin de mettre à disposition une installation compacte, efficace et de faible demande en énergie, permettant d'éliminer efficacement à la fois la fraction particulaire, colloïdale et la fraction dissoute de la pollution. Un aspect de la présente invention a pour objet de pallier ce manque technique et de proposer une nouvelle installation de traitement des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle, notamment des eaux primaires. L'installation de l'invention comprend une cuve de contact biologique (1) équipée de disques rotatifs biologiques (8), connectée en amont d'un décanteur physico-chimique à floc lesté (2), ledit décanteur étant au mois constitué par une zone de coagulation (3), une zone de floculation (4), une zone de décantation lamellaire (5) et une zone d'épaississement (6) et un circuit externe (7) permettant la recirculation des boues épaissies dans la zone d'épaississement (6) vers la zone de floculation (4) et ladite cuve de contact biologique (1). On entend par « eau résiduaire d'origine urbaine ou industrielle », une eau chargée en polluants susceptibles de nuire au milieu naturel ainsi qu'a la santé humaine, résultante d'une activité humaine, notamment domestique ou industrielle. On entend par « eau primaire », une eau traitée par un traitement primaire tel que précédemment défini. La cuve de contact biologique (1) associée aux disques rotatifs biologiques (8) permet le développement de deux types de biomasse au sein de la cuve: une biomasse libre sous forme de boues activées et une biomasse fixée sur les disques rotatifs biologiques (8). Ce système permet d'abattre, d'une part, une partie de la pollution dissoute et particulaire par adsorption physique sur les flocs recirculés du décanteur primaire et d'éliminer, et d'autre part, la fraction soluble de la pollution carbonée non adsorbée par la biomasse. Les deux types de biomasse, libre et fixée, sont constitués de bactéries hétérotrophes, utilisant le carbone aisément biodégradable de l'eau brute pour leur croissance. La culture fixée sur les disques rotatifs assure un démarrage très rapide en cas d'augmentation de la charge, permettant d'adapter le nombre de disques en fonction de la charge reçue. Le décanteur physico-chimique à floc lesté placé en aval de la cuve de contact biologique permet de séparer l'eau traitée non seulement de l'ensemble de la pollution particulaire contenue dans l'eau brute, mais également des boues produites par la dégradation de la pollution carbonée dissoute réalisée par les disques rotatifs biologiques. La décantabilité des boues produites par la biomasse de l'invention a trois rôles complémentaires vis-à-vis de ceux de la cuve de contact biologique : 30 - coaguler la pollution colloïdale non adsorbée par les flocs de la cuve de contact, - assurer la bonne floculation des bactéries formées lors de l'épuration par biomasse libre de la cuve de contact, cette floculation n'étant pas possible dans la cuve de contact biologique, en raison de l'âge de boue appliqué trop 35 jeune et de l'absence de réactifs, de de la cuve de contact est assurée par l'ajout de coagulant dans la zone coagulation (3) et l'ajout de polymère dans la zone de floculation (4). Le décanteur physico-chimique à floc lesté (2) de l'installation - séparer les flocs formés de l'eau épurée dans le décanteur lamellaire. Les boues épaissies dans la zone d'épaississement (6) du décanteur sont recirculées vers la zone de floculation (4) et ladite cuve de contact biologique (1), ce qui permet de régénérer la biomasse libre impliquée dans l'épuration de la 5 pollution dissoute et de recycler le polymère encore actif pour faciliter l'accrochement de la biomasse libre sur les disques rotatifs biologiques. Le décanteur physico-chimique à floc lesté (2) peut être tout décanteur de ce type connu dans l'art antérieur, notamment un décanteur Densadeg®. Afin de maximiser le potentiel énergique de l'eau brute, notamment le 10 potentiel de production de méthane par la digestion des boues extraites en fond de la zone d'épaississement (6) du décanteur (2), l'eau brute est maintenue dans la cuve de contact biologique pendant un temps de contact très court afin de ne traiter que la partie dissoute de la pollution organique, la plus facilement biodégradable. 15 L'homme du métier saura calculer le volume de la cuve de contact biologique en tenant compte le volume de l'eau brute à traiter et le temps de contact de l'eau brute dans ladite cuve de contact. Selon un mode de réalisation particulier, la cuve de contact biologique (1) a un volume permettant d'assurer un temps de contact de l'eau brute dans ladite 20 cuve de contact inférieur à 20 minutes, avantageusement de 10 à 20 minutes. La répartition de la recirculation entre la zone de floculation (4) et la cuve de contact biologique (1) est paramétrable et peut être ajustée par l'utilisateur. Typiquement, les ratios du flux recirculé entre la zone de floculation (4) et la cuve de contact biologique (1) se situent autour de 30% de flux dirigé dans la 25 zone de floculation(4) et 70% dans la cuve de contact biologique (1), ou inversement. La fraction carbonée particulaire est laissée intacte pour la digestion, alors que la partie dissoute est dégradée en une boue biologique très jeune facilement fermentescible. L'age de boue obtenu pour la biomasse libre est ainsi 30 très faible, inférieur à 0,5 jours, afin de limiter au maximum la consommation d'oxygène liée à la respiration bactérienne. Contrairement à d'autre technologie de réacteur biologique qui nécessite une quantité plus importante de l'oxygène et le soufflement d'air en permanence, en raison de la réduction du temps de contact, la demande en oxygène de la 35 biomasse libre et fixée dans la cuve de contact est très faible. L'oxygène nécessaire au traitement de la pollution carbonée dissoute dans l'eau brute peut être uniquement fourni par la rotation des disques biologiques. Par conséquent, la demande énergique des disques rotatifs est aussi très faible. Selon un autre mode de réalisation particulier, le nombre et la taille des disques rotatifs biologiques (8) dans la cuve de contact biologique (1) sont fonction de la charge en pollution carbonée dissoute. Typiquement, la cuve de contact biologique (1) de l'installation de la présente invention permet d'éliminer entre 20 et 40 g de DB05 soluble par m2 de disque et par jour. Dans un mode de réalisation plus particulier, ladite cuve de contact biologique (1) comporte un moyen de mesure de la concentration d'oxygène dissous dans la cuve de contact biologique (1), notamment une sonde immergée dans ladite cuve. Dans un autre mode de réalisation plus particulier, ladite cuve de contact biologique (1) comporte un moyen de mesure de la concentration en matière solide dans ladite cuve. Dans un autre mode de réalisation plus particulier, ledit décanteur (2) comporte un moyen de mesure du débit de recirculation des boues épaissies. Dans un autre mode de réalisation, ladite cuve de contact biologique (1) est confinée. L'installation de l'invention peut être mise en oeuvre pour différentes applications industrielles, notamment pour : - la réhabilitation d'une station existante, pour prétraiter la pollution entrante et augmenter sa capacité, à la fois en quantité (plus de DB05 potentiellement éliminable) et en qualité (bascule d'une station existante en forte charge pour le traitement du carbone en traitement de l'azote), - le traitement décentralisé des déversoirs d'orages pour atténuer le rejet de pollution vers le milieu naturel, - l'intégration dans le premier étage de traitement pour éliminer le carbone organique et ainsi favoriser le traitement par flore bactérienne anamox en aval, le traitement d'effluents industriels très riches en carbone organique dissous. Grace à sa grande compacité, l'installation de l'invention peut être insérée dans des containers pour un traitement des eaux résiduaires. Un autre aspect de l'invention est de proposer un procédé de traitement des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle, en particulier procédé de traitement primaire des eaux par une installation de l'invention. Ledit procédé comprend les étapes suivantes : - injecter l'eau brute dans la cuve de contact biologique (1) équipée de disques rotatifs biologiques (8), - maintenir l'eau brute dans ladite cuve (1) pendant un temps de contact inférieur à 20 minutes pour éliminer la pollution dissoute, - injecter et maintenir l'eau issue de la cuve de contact biologique (1) dans le décanteur (2) de ladite installation pour éliminer la pollution particulaire et colloïdale, - extraire l'eau traitée de la zone de décantation lamellaire (5) et des boues épaissies de la zone d'épaississement (6), - éventuellement recirculer une partie des boues épaissies vers la zone de floculation (4) et ladite cuve de contact (1). Selon un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, la concentration en matière solide dans la cuve de contact biologique (1) est maintenue de 1g/L à 2g/L pour favoriser la formation de flocs biologiques, tout en respectant les flux massiques limites applicables sur le décanteur. Selon un autre mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, le débit de recirculation des boues épaissies vers la cuve de contact biologique (1) est de 3% à 10% du débit en eau brute. Cette recirculation permet de maintenir une biomasse libre en activité. La recirculation des boues depuis le fond du décanteur (2) peut être pilotée par un moyen de mesure de la concentration en matières solides dans la cuve de contact biologique (1). Le débit de recirculation peut être piloté par un moyen de mesure de débit installé dans le décanteur (2). Etant donné que les boues du décanteur sont épaissies, le taux de recirculation des boues est très faible. Le soutirage des boues en excès est piloté par gestion du voile de boue dans le décanteur, notamment par une sonde détectrice de voile de boue. Selon un autre mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, la vitesse de rotation des disques (8) est fonction de la concentration d'oxygène dissous dans la cuve de contact biologique (1) et la quantité de biomasse fixée sur les disques. L'oxygène dissous dans la cuve de contact biologique (1) peut être mesuré par un moyen de mesure de la concentration d'oxygène dissous, notamment une sonde, immergée dans ladite cuve. La quantité de biomasse fixée sur les disques est mesurée via la puissance consommée au niveau de l'arbre d'entraînement des disques. Typiquement, la concentration en oxygène dissous à maintenir dans la cuve de contact biologique (1) se situe entre 0,2 et 1 mg/L d'oxygène dissous. L'invention est illustrée davantage par la figure 1 et les exemples ci-après. La figure 1 montre une installation de l'invention, qui est constituée par une cuve de contact biologique (1) équipée de disques rotatifs biologiques (8), connectée en amont d'un décanteur physico-chimique à floc lesté (2), ledit décanteur étant au mois constitué par une zone de coagulation (3), une zone de floculation (4), une zone de décantation lamellaire (5) et une zone d'épaississement (6) et un circuit externe (7) permettant la recirculation des boues épaissies dans la zone d'épaississement (6) vers la zone de floculation (4) et/ou ladite cuve de contact biologique (1). Exemples 1. Exemple de réalisation Une installation de l'invention est mise en oeuvre pour le traitement d'une eau résiduaire urbaine correspondant à 50.000 eh. Le débit de l'eau brute à traiter est 10 000 m3/j. Le coefficient de pointe est 2. La charge polluante de cette eau brute est précisée dans le tableau 1 ci- après. Charge DCO kg/j 6000 DBO kg/j 3000 MES kg/j 3100 NTK kg/j 500 PT kg/j 100 Tableau 1 La totalité des polluants oxydables présents dans l'eau brute est représentée par DCO (demande chimique en oxygène). La pollution organique carbonée biodégradable dans l'eau brute est représentée par DBO (demande biochimique en oxygène). La valeur MES (matières en suspension) correspond à la quantité des éléments en suspension dans l'eau brute. La valeur NTK correspond à la quantité de l'azote sous forme organique ou ammoniacale dans l'eau brute (Azote total Kjeldahl). La valeur PI correspond à la quantité de phosphore total, comprenant le phosphore particulaire ainsi que le phosphore dissous. Le traitement utilisant une installation de l'invention est comparé avec le traitement par le décanteur physico-chimique type « Densadeg » seul. Les principales caractéristiques des deux méthodes de traitement sont reprises dans le tableau 2 comparatif ci-après : Méthode par Méthode par l'installation de « Densadeg@ » l'invention Volume décanteur 391 m3 391 m3 cuve de contact biologique 80 m3 Emprise au sol totale 99 m2 79 m2 Rejet MES (mg/L) 30,0 50,3 Rejet en DBO (mg/L) 75,6 146,0 Abattement de 75% Abattement de 48 % Rejet en DCO (mg/L) 159 249 Rejet en Azote (mg/L) 42,7 42,1 N-NH4 40,2 95,3 N-NO3 0,0 0,0 Rejet en Phosphore (mg/L) 4,9 6,3 P- PO4 (m g/ L) 4,4 5,6 Tableau 2 Par rapport au décanteur physico-chimique à floc lesté, l'installation de l'invention offre une amélioration significative pour l'élimination des matières en 15 suspension (MES), de la pollution organique oxydable, et de la pollution organique carbonée biodégradable. 2. Bilan masse de l'installation de l'invention Le schéma et le tableau 3 ci-après illustrent un bilan masse de l'installation de l'invention. Le bilan est effectué pour une eau brute européenne classique, pour laquelle la valeur MES est de 310 mg/L et la valeur DB05 est de 300 mg/L. Le flux de l'eau brute entrant dans une cuve de contact biologique, le flux sortant de ladite cuve et entrant dans un décanteur, le flux de recirculation sortant dudit décanteur et entrant dans la cuve de contact, le flux de l'eau traitée sortant dudit décanteur et le flux des boues sortant dudit décanteur sont respectivement numérotés comme flux 1, 2, 3, 4 et 5. Flux Débit Concentration MES g/L Concentration DBO mg/L 1 Q 0,3 300 2 107,5%X0 2 195 3 7,5%X0 25 4 99%X0 0,02 30 5 1%XQ 25 Tableau 3 L'installation de l'invention permet d'éliminer 90% de pollution particulaire et de pollution organique carbonée biodégradable.15 REVENDICATIONS1. Installation de traitement des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle, en particulier installation de traitement primaire desdites eaux, comprenant une cuve de contact biologique (1) équipée de disques rotatifs biologiques (8), connectée en amont d'un décanteur physico-chimique à floc lesté (2), ledit décanteur étant au mois constitué par une zone de coagulation (3), une zone de floculation (4), une zone de décantation lamellaire (5) et une zone d'épaississement (6) et un circuit externe (7) permettant la recirculation des boues épaissies dans la zone d'épaississement (6) vers la zone de floculation (4) et ladite cuve de contact biologique (1). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve de contact biologique (1) a un volume permettant d'assurer un temps de contact de l'eau brute dans ladite cuve de contact inférieur à 20 minutes, avantageusement de 10 à 20 minutes. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le nombre et la taille des disques rotatifs biologiques (8) dans la cuve de contact biologique (1) sont fonction de la charge en pollution carbonée dissoute. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite cuve de contact biologique (1) comporte un moyen de mesure de la concentration d'oxygène dissous dans la cuve de contact biologique (1), notamment une sonde immergée dans ladite cuve. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite cuve de contact biologique (1) comporte un moyen de mesure de la concentration en matière solide dans ladite cuve. 30 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit décanteur (2) comporte un moyen de mesure du débit de recirculation des boues épaissies. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en 35 ce que ladite cuve de contact biologique (1) est confinée. 25 8. Procédé de traitement des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle, en particulier procédé de traitement primaire des eaux par une installation telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - injecter l'eau brute dans la cuve de contact biologique (1) équipée de disques rotatifs biologiques (8) de ladite installation, - maintenir l'eau brute dans ladite cuve (1) pendant un temps de contact inférieur à 20 minutes pour éliminer la pollution dissoute, - injecter et maintenir l'eau issue de la cuve de contact biologique (1) dans le décanteur (2) de ladite installation pour éliminer la pollution particulaire et colloïdale, - extraire l'eau traitée de la zone de décantation lamellaire (5) de ladite installation et des boues épaissies de la zone d'épaississement (6), - éventuellement recirculer une partie des boues épaissies vers la zone de floculation (4) et ladite cuve de contact (1). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la concentration en matière solide dans la cuve de contact biologique (1) est maintenue de 1g/L à 20 2g/L. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le débit de recirculation vers la cuve de contact biologique (1) est de 3% à 10% du débit en eau brute. 25 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la vitesse de rotation des disques (8) est fonction de la concentration d'oxygène dissous dans la cuve de contact biologique (1) et de la quantité de biomasse fixée sur les disques. 30