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WO2009047406A2 - Procede et installation d'epuration d'eaux residuaires par un traitement biologique. - Google Patents

Procede et installation d'epuration d'eaux residuaires par un traitement biologique. Download PDF

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WO2009047406A2
WO2009047406A2 PCT/FR2008/001113 FR2008001113W WO2009047406A2 WO 2009047406 A2 WO2009047406 A2 WO 2009047406A2 FR 2008001113 W FR2008001113 W FR 2008001113W WO 2009047406 A2 WO2009047406 A2 WO 2009047406A2
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WO
WIPO (PCT)
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treatment
treatment zone
aerated
zone
flotation
Prior art date
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PCT/FR2008/001113
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WO2009047406A3 (fr
Inventor
Laure Graveleau
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Suez International SAS
Original Assignee
Degremont SA
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Publication date
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Priority to EP08837949A priority patent/EP2173672A2/fr
Priority to CN2008801009627A priority patent/CN101795981B/zh
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Publication of WO2009047406A3 publication Critical patent/WO2009047406A3/fr
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • C02F3/085—Fluidized beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/24—Treatment of water, waste water, or sewage by flotation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a process for the purification of wastewater by a biological treatment using a set of micro-organisms for the removal of carbon and nitrogen, or even phosphorus, a part of the microorganisms being fixed on mobile solid supports and constituting a fluidized fixed biomass.
  • the biological treatment of water aims to eliminate carbon, nitrogen or even phosphorus, thanks to the metabolic activity of a set of bacteria with different metabolic spectra. These characteristics impose operating conditions and in particular specific hydraulic and biological residence times requiring the multiplication of the number of structures. This entails, as disadvantages, high construction costs and a large footprint.
  • the carbon fraction is present in water in soluble form and dissolved and estimated by the COD (chemical oxygen demand). Heterotrophic bacteria are able to assimilate this carbon under aerobic conditions or in the presence of nitrates, thus allowing the denitrification of the aquatic environment.
  • COD chemical oxygen demand
  • Heterotrophic bacteria are able to assimilate this carbon under aerobic conditions or in the presence of nitrates, thus allowing the denitrification of the aquatic environment.
  • the COD / biomass ratio present in the reactor their oxygen requirement is more or less important: when this ratio is low (low mass load), the oxygen requirement to degrade the same amount of COD is nearly 40% higher than that necessary in case of high ratio (high mass load).
  • the assimilation of carbon is more economical under conditions of high mass load. Note that under these conditions, the carbon removal efficiency is of the order of 75 to 85%.
  • Nitrogen treatment requires a first step called nitrification which consists of biologically oxidizing ammonium in the form of nitrites and / or nitrates.
  • the bacteria performing this step have a low growth rate, requiring their maintenance in the system for a long time and thereby causing conditions of low mass load.
  • the second step called denitrification requires carbon available to achieve the reduction of nitrites and / or nitrates to nitrogen gas.
  • the kinetics of denitrification are of the same order of magnitude as that of nitrification.
  • Advanced carbon treatment under low mass loading conditions is not always compatible with denitrification and causes the addition of external carbon in the form of methanol, for example, which represents, in addition to an additional operating cost, significant constraints in security term near the station.
  • the purpose of the invention is, above all, to optimize the volumes of the reactors and the supply of oxygen.
  • This optimization is obtained by coupling conditions of high mass loading in free culture and a nitrogen treatment under low mass load conditions by the fixed fluidized biomass.
  • the free crop is re-circulated from a sludge flotation system, realized in a structure with a speed greater than 10m / H.
  • the re-circulation is controlled so that the concentration is compatible with the flotation system selected.
  • the process for purifying wastewater by a biological treatment using a set of microorganisms having different metabolic spectra, for the removal of carbon and nitrogen, even phosphorus, a part of the microorganisms being fixed on mobile solid supports and constituting a fluidized fixed biomass is characterized in that:
  • Another part of the microorganisms is free for an activated sludge type treatment
  • a first non-aerated treatment zone is provided followed by a second aerated treatment zone
  • the treated effluent is subjected to a solid / liquid separation by flotation at a speed greater than 10 m / h, and
  • a portion of the sludge recovered by flotation is re-circulated to the activated sludge treatment, this re-circulation being controlled so that the concentration of MES (suspended solids) of the effluent subjected to the liquid / solid separation remains compatible with the flotation retained.
  • MES uspended solids
  • conditions of high mass loading in free culture and a nitrogen treatment under conditions of low mass loading by the fluidized fixed biomass are coupled.
  • the high mass load preferably corresponds to a load greater than 0.4 kgDB0 5 .kg -1 MV.j -1 .
  • the recirculation of sludge recovered by flotation to the activated sludge treatment is controlled so that the MES concentration of the effluent subjected to flotation remains between 0.3 g / l and 1.5 g / l.
  • the first non-aerated treatment zone is a high load anoxic treatment zone, for removal of most of the carbon and a part of the nitrogen mainly by the action of heterotrophic bacteria, followed by the second aerated treatment zone for nitrogen removal.
  • Both treatment areas can be physically separated.
  • a fraction of the nitrates produced in the second aerated treatment zone can be re-circulated to the first anoxic treatment zone.
  • the concentration of MES is measured in the first high-load anoxic treatment zone, and the recirculation rate of the sludge recovered by flotation is controlled so as to maintain the concentration of MES in the desired range.
  • the invention also relates to an installation for the purification of wastewater comprising a biological reactor containing a set of microorganisms having different metabolic spectra, for the elimination of carbon and nitrogen, or even phosphorus, a part of the microorganisms being fixed on mobile solid supports and constituting a fluidized fixed biomass, characterized in that:
  • Another part of the microorganisms is free for an activated sludge type treatment
  • the biological reactor comprises a first non-aerated treatment zone followed by a second aerated treatment zone.
  • the plant comprises, downstream of the biological reactor, a float with a separation rate greater than 10 m / H which receives the effluent leaving the biological reactor,
  • a circuit for re-circulating a portion of the sludge recovered from the float to the biological reactor
  • the MES concentration of the effluent subjected to flotation is maintained between 0.3 g / L and 1.5 g / L.
  • Means for maintaining the MES concentration of the effluent under flotation in a given range may include:
  • the first non-aerated treatment zone is an anoxic zone with a high load, for removal of most of the carbon and a part of the nitrogen, mainly by the action of heterotrophic bacteria, followed by a second aerated zone. treatment for nitrogen removal.
  • Both treatment areas can be physically separated.
  • a fraction of the nitrates produced in the second aerated treatment zone can be re-circulated to the first anoxic treatment zone.
  • this system has the advantage of producing, in a natural way, little excess sludge, these sludges being on the other hand highly fermentable and therefore a potential source of carbon that can be used for denitrification after specific treatment.
  • the invention proposes a new solution combining the advantages of the fixed culture for the treatment of nitrogen (nitrification and denitrification) and those of a high load activated sludge at the top, to improve the overall treatment. This association allows a significant reduction in the size of structures and oxygen requirements and also allows the use of a high-speed biomass separation system by sludge flotation, compatible with the reduction objective of the size of the treatment works and the quality of the discharges on the phosphorus concentration.
  • the supports of the fixed biomass are retained in the reactor while the treated water and the free biomass are oriented on the high-speed separation flotation, according to the requirements of the treated water quality.
  • the float has a significantly lower volume than a conventional clarifier and the possible addition of reagent ensures optimal quality of treatment and offers the possibility of precipitation removal of excess phosphorus.
  • the zone of high head load is useful to allow hydrolysis of the dissolved organic matter, or particulate, brought by the wastewater.
  • This pre-hydrolysis under anoxic conditions produces easily assimilable organic matter necessary for the denitrification stage and improves the kinetics of nitrification by autotrophic bacteria in the aerated zone.
  • the complete treatment of nitrogen (nitrification and denitrification) can be advantageously obtained either by sequential aeration or by a channel-like configuration allowing the use of the residual carbon after the high charge for denitrification.
  • the invention makes it possible to clog, thanks to the high load, the organic load variations often observed and conducive to malfunctions of the filamentous type on the aeration treatments. prolonged, and on fixed cultures to limit the development of a loose biofilm little resistant to abrasion forces implemented in the aerated or anoxic reactor.
  • Fig.1 is a diagram of an installation according to the invention.
  • Fig.2 is a diagram of an alternative embodiment of the installation according to the invention.
  • FIG.1 of the drawing one can see an installation E for the purification of waste water which comprises a biological reactor 1 containing a set of microorganisms having different metabolic spectra for the removal of carbon and nitrogen or even phosphorus. Part of the microorganisms is fixed on mobile solid supports 2 schematically represented by circles in the drawing.
  • the arrival of water to be treated is provided by a pipe 3.
  • the output of the treated effluent is provided by a pipe 4.
  • a retention grid (not shown) is provided on the outlet of the treated effluent to maintain the supports 2 in the reactor 1.
  • Another part of the microorganisms is free in the reactor 1 liquor for an activated sludge type treatment.
  • the reactor 1 comprises a first non-aerated treatment zone 1a situated on the inlet pipe 3 side.
  • This zone is advantageously provided for an anoxic treatment with a high load.
  • This anoxic zone does not comprise, in the bottom of the reactor, a means of aeration for injecting air.
  • the high load corresponds to a mass load greater than 0.4 kgDBO 5 .kg "1 MV.j '1.
  • the letter j corresponds to" day "
  • BOD corresponds to the biochemical oxygen demand
  • BOD 5 corresponds to the quantity. of oxygen consumed after 5 days of incubation.
  • MV is the volatiles content that is an approximate measure of organic matter (see “technical Digest water” 10th edition Degrémont, Volume 1, pages 418- 419, and pages 534-535).
  • This first high-load anoxic treatment zone allows removal of most of the carbon and a portion of the oxidized nitrogen mainly by the action of heterotrophic bacteria.
  • the first zone 1a is followed by a second aerated treatment zone 1b for the oxidation of nitrogen, essentially by autotrophic bacteria.
  • the second zone 1b comprises, in the bottom, aeration means 5 constituted for example by air blowing ramps in the liquor located above.
  • the treated effluent leaving the line 4 of the reactor 1 is sent into a float 6 whose solid / liquid separation rate is greater than 10m / H.
  • Floats of this type are marketed by the plaintiff company, and are described in particular in the already cited work "Memento technique of water” 10 th edition, Volume 2, pages 876-877.
  • the solid particles collect in the form of a mud bed 7 at the top of the float.
  • Part of the sludge is re-circulated through a pipe 8 to the inlet pipe 3 of the reactor 1. The other part of the sludge is evacuated.
  • the re-circulation of the sludge is controlled so that the suspended solids concentration (MES) of the effluent sent via line 4 into the float 7 remains between 0.3 g / l and 1.5 g / l in order to ensure a good Operation of this float 6.
  • MES suspended solids concentration
  • the result of the measurement is transmitted to a controller 10 or microcomputer which, depending on the desired concentration of MES in the float 7, controls the rate of recirculation of the sludge by adjusting the speed of a pump 11 installed on the pipeline 8.
  • Fig.2 shows an alternative embodiment of the installation according to which the biological reactor 21 comprises two treatment zones 21a, 21b physically separated.
  • Zone 21a is a non-ventilated zone, not including a means of aeration.
  • This zone 21a advantageously anoxic zone, comprises at least one stirring means 12, in particular of the spiral type.
  • the ventilated zone 21b provided in the lower part of aeration means 5, communicates with the zone 21a by a non-visible passage in FIG. 2 provided with a grid for retaining the solid supports 2 in their respective portions 21a and 21b.
  • a fraction of the nitrates produced in the second aerated zone 21b of treatment is re-circulated by a line 13 from zone 21b to zone 21a.
  • Zone 1a or 21a at the head of the installation allows hydrolysis of dissolved organic matter, or particulate, brought by the wastewater. This pre-hydrolysis under anoxic conditions produces easily assimilable organic matter necessary for the denitrification stage and improves the kinetics of nitrification by autotrophic bacteria in aerated zone 1b.
  • Complete nitrogen treatment can be achieved either by sequenced aeration or by a channel-like configuration allowing the use of residual carbon after the high load for denitrification.
  • the data presented below correspond to a daily hydraulic flow of 420 m 3 / H, a MES concentration of 250 mg / L with a MV content (volatile matter) of 80%.
  • the COD of the effluent is 500 mg / L, 40% of which is BOD.
  • the nitrogen concentration is 45 mg / L.
  • the water treatment objectives are: TWA of 20 mg / L, BOD of 20 mg / L, NGL (global nitrogen) of 14 mg / L and PT (total phosphorus) of 2 mg / L.
  • the step of pre-hydrolysis of the organic matter in anoxic condition will promote the kinetics of denitrification by providing easily assimilable BOD (abbreviated: DBOfa) and nitrification kinetics by limiting the carbon input in the aerated zone.
  • DBOfa easily assimilable BOD
  • the water treatment plant requires an overall structure size of the order of 40% compared to a conventional solution.
  • the invention applies, in particular, to any effluent treatment having a carbon concentration which may vary from 100 mg / l to 800 mg / l and containing a proportion of assimilable carbon of 20 to 100%, a carbon mass ratio. / nitrogen above 3.5 and no limit for the carbon / phosphorus ratio.
  • the treated effluent can be waste water of residual, industrial or agricultural origin.
  • the suspended matter concentration of the effluent can be controlled by the addition of a decantation step at the head of any biological treatment.

Landscapes

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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
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Abstract

Procédé d'épuration d'eaux résiduaires par un traitement biologique mettant en oeuvre un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents, pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des micro-organismes étant fixée sur des supports solides mobiles (2) et constituant une biomasse fixée fluidisée. Une autre partie des micro-organismes est libre pour un traitement de type boue activée; on prévoit une première zone non aérée de traitement (21a) suivie d'une deuxième zone aérée de traitement (21b); on soumet l'effluent traité à une séparation solide/liquide par flottation (6) à une vitesse supérieure à 10m/H, et on re-circule (8) une partie de la boue récupérée par flottation vers le traitement par boue activée, cette re-circulation étant contrôlée (9,10,11) pour que la concentration en MES de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide reste compatible avec la flottation retenue.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION D'EPURATION D'EAUX RESIDUAIRES PAR UN TRAITEMENT BIOLOGIQUE.
L'invention est relative à un procédé d'épuration d'eaux résiduaires par un traitement biologique mettant en œuvre un ensemble de micro-organismes pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des microorganismes étant fixée sur des supports solides mobiles et constituant une biomasse fixée fluidisée.
Le traitement biologique des eaux vise l'élimination du carbone, de l'azote, voire du phosphore, grâce à l'activité métabolique d'un ensemble de bactéries ayant des spectres métaboliques différents. Ces caractéristiques imposent des conditions de fonctionnement et en particulier des temps de séjours hydrauliques et biologiques spécifiques nécessitant la multiplication du nombre des ouvrages. Ceci engendre, comme inconvénients, des coûts de construction élevés et une emprise au sol importante.
Le développement de procédés biologiques permettant une croissance bactérienne sous forme de biofilm fixé sur des supports solides mobiles, en particulier comme montré par EP 0 575 314, a permis d'envisager des conditions de faible charge massique avec des ouvrages de traitement de taille plus réduite. La charge éliminée est ainsi exprimée en kgDCO/m3 de matériaux/J. La fourniture en oxygène est par ailleurs accrue au-delà des besoins métaboliques pour permettre une bonne homogénéisation des supports dans le réacteur. Le coût élevé des supports représente une part très importante du coût total de construction de l'installation et constitue bien souvent une limite à la diffusion du procédé. Les conditions d'élimination de l'azote impose de plus l'ajout de carbone externe (de type méthanol) pour satisfaire les rendements de dénitrification, ce qui pénalise le coût d'exploitation.
Différentes alternatives pour pallier les inconvénients évoqués précédemment sont envisagées au procédé à boues activées classique : par exemple l'ajout de procédés membranaires dans Ie réacteur biologique ou sur Ia re-circulation des boues.
Ces procédés nécessitent des phases de lavages importantes pénalisant leur rentabilité globale. La fraction carbonée est présente dans l'eau sous forme soluble et dissoute et estimée par la DCO (demande chimique d'oxygène). Les bactéries hétérotrophes sont capables d'assimiler ce carbone en condition aérobie ou en présence de nitrates permettant ainsi la dénitrification du milieu aquatique. Selon le ratio DCO/biomasse présent dans le réacteur, leur besoin en oxygène est plus ou moins important : lorsque ce ratio est faible (faible charge massique) le besoin en oxygène pour dégrader une même quantité de DCO est près de 40% supérieur à celui nécessaire en cas de ratio élevé (forte charge massique). Ainsi l'assimilation du carbone est plus économique en condition de forte charge massique. A noter que dans ces conditions, le rendement d'élimination du carbone est de l'ordre de 75 à 85%.
Le traitement de l'azote nécessite une première étape appelée nitrification qui consiste à oxyder biologiquement l'ammonium sous forme de nitrites et/ou de nitrates. Les bactéries réalisant cette étape ont un taux de croissance faible, nécessitant leur maintien dans le système pendant une longue période et occasionnant, par là même, des conditions de faible charge massique. La seconde étape appelée dénitrification nécessite du carbone disponible pour réaliser la réduction des nitrites et/ou nitrates en azote gazeux. Les cinétiques de dénitrification sont du même ordre de grandeur que celle de la nitrification.
Un traitement poussé du carbone en condition de faible charge massique n'est pas toujours compatible avec une dénitrification et occasionne l'ajout de carbone externe sous forme de méthanol par exemple, ce qui représente, outre un surcoût d'exploitation, des contraintes importantes en terme de sécurité aux abords de la station.
L'invention a pour but, surtout, d'optimiser les volumes des réacteurs et la fourniture d'oxygène.
Cette optimisation est obtenue en couplant des conditions de forte charge massique en culture libre et un traitement de l'azote en condition de faible charge massique par la biomasse fixée fluidisée. La culture libre est re-circulée à partir d'un système de flottation des boues, réalisé dans un ouvrage avec une vitesse supérieure à 10m/H. La re-circulation est contrôlée de manière à ce que la concentration soit compatible avec le système de flottation retenu.
Selon l'invention, le procédé d'épuration d'eaux résiduaires par un traitement biologique mettant en œuvre un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents, pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des micro-organismes étant fixée sur des supports solides mobiles et constituant une biomasse fixée fluidisée, est caractérisé en ce que :
- une autre partie des micro-organismes est libre pour un traitement de type boue activée,
- on prévoit une première zone non aérée de traitement suivie d'une deuxième zone aérée de traitement ,
- on soumet l'effluent traité à une séparation solide/liquide par flottation à une vitesse supérieure à 10m/H, et
- on re-circule une partie de la boue récupérée par flottation vers le traitement par boue activée, cette re-circulation étant contrôlée pour que la concentration en MES (matières en suspension) de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide reste compatible avec la flottation retenue.
De préférence, on couple des conditions de forte charge massique en culture libre et un traitement de l'azote en condition de faible charge massique par la biomasse fixée fluidisée. La forte charge massique correspond, de préférence, à une charge supérieure à 0,4 kgDB05.kg"1MV.j"1.
Avantageusement, la re-circulation de boue récupérée par flottation vers le traitement par boue activée est contrôlée pour que la concentration en MES de l'effluent soumis à la flottation reste comprise entre 0.3 g/L et 1.5 g /L.
On peut prévoir que la première zone non aérée de traitement est une zone de traitement anoxie à forte charge, pour une élimination de la majeure partie du carbone et d'une partie de l'azote principalement par action de bactéries hétérotrophes, suivie de la deuxième zone aérée de traitement pour élimination de l'azote.
Les deux zones de traitement peuvent être séparées physiquement.
Une fraction des nitrates produits dans la deuxième zone aérée de traitement peut être re-circulée vers la première zone de traitement anoxie.
Avantageusement, on mesure la concentration en MES dans la première zone de traitement anoxie à forte charge, et on commande le taux de recirculation de la boue récupérée par flottation de manière à maintenir la concentration en MES dans la plage souhaitée.
L'invention est également relative à une installation pour l'épuration d'eaux résiduaires comportant un réacteur biologique contenant un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents, pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des micro-organismes étant fixée sur des supports solides mobiles et constituant une biomasse fixée fluidisée, caractérisée en ce que :
- une autre partie des micro-organismes est libre pour un traitement de type boue activée,
- le réacteur biologique comprend une première zone non aérée de traitement suivie d'une deuxième zone aérée de traitement.,
- l'installation comporte, en aval du réacteur biologique, un flottateur à vitesse de séparation supérieure à 10 m/H qui reçoit l'effluent sortant du réacteur biologique,
- un circuit est prévu pour re-circuler une partie de la boue récupérée du flottateur vers le réacteur biologique,
-et des moyens sont prévus pour maintenir la concentration en MES de l'effluent dans une plage compatible avec la flottation.
De préférence, la concentration en MES de l'effluent soumis à la flottation est maintenue entre 0.3 g/L et 1.5 g /L.
Les moyens pour maintenir dans une plage déterminée la concentration en MES de l'effluent soumis à la flottation peuvent comprendre :
- un moyen de mesure de la concentration en MES dans le réacteur biologique,
- un contrôleur auquel est envoyé le résultat de la mesure,
- et une pompe, commandée par le contrôleur, pour le débit de recirculation.
Avantageusement, la première zone non aérée de traitement est une zone anoxie à forte charge, pour une élimination de la majeure partie du carbone et d'une partie de l'azote, principalement par action de bactéries hétérotrophes, suivie d'une deuxième zone aérée de traitement pour élimination de l'azote.
Les deux zones de traitement peuvent être séparées physiquement. Une fraction des nitrates produits dans la deuxième zone aérée de traitement peut être re-circulée vers la première zone de traitement anoxie.
Ce système présente d'une part l'avantage de produire de manière naturelle peu de boues en excès, ces boues étant d'autre part fortement fermentescibles et donc source potentielle de carbone utilisable pour la dénitrification après traitement spécifique. L'invention propose une solution nouvelle alliant les avantages de la culture fixée pour le traitement de l'azote (nitrification et dénitrification) et ceux d'une boue activée forte charge en tête, pour améliorer le traitement global. Cette association autorise une réduction significative de la taille des ouvrages et des besoins en oxygène et permet, de plus, l'utilisation d'un système de séparation de la biomasse à grande vitesse par flottation des boues, compatible avec l'objectif de réduction de la taille des ouvrages de traitement et de qualité des rejets sur la concentration en phosphore.
Les supports de la biomasse fixée sont retenus dans le réacteur tandis que l'eau traitée et la biomasse libre sont orientées sur le flottateur de séparation à haute vitesse, selon les exigences de la qualité d'eau traitée.
Le flottateur présente un volume significativement plus faible qu'un clarificateur classique et l'ajout possible de réactif assure une qualité optimale de traitement et offre la possibilité d'éliminer par précipitation l'excès de phosphore.
La zone de forte charge en tête est utile pour permettre une hydrolyse de la matière organique dissoute, voire particulaire, amenée par l'eau usée. Cette pré-hydrolyse en condition anoxie produit de la matière organique facilement assimilable nécessaire pour l'étape de dénitrification et améliore les cinétiques de nitrification par les bactéries autotrophes en zone aérée.
De plus une partie des nitrates sont dégradés dans cette zone de forte charge en tête réduisant d'autant la quantité de supports en zone anoxie.
Le traitement complet de l'azote (nitrification et dénitrification) peut être avantageusement obtenu soit par une aération séquencée soit par une configuration de type chenal permettant l'utilisation du carbone résiduel après la forte charge pour la dénitrification.
Outre le gain en terme de taille d'ouvrage et de fourniture en oxygène, l'invention permet d'écrêter, grâce à la forte charge, les variations de charge organique souvent observées et propices à des dysfonctionnements de type filamenteux sur les traitements en aération prolongée, et sur les cultures fixées de limiter le développement d'un biofilm lâche peu résistant aux forces d'abrasion mises en œuvre dans le réacteur aéré ou anoxique.
Selon les conditions d'exploitation et les normes de rejet de l'eau traitée, on peut séparer la zone de forte charge de celle à culture fixée et établir des circulations préférentielles des supports, de la phase liquide et de celle solide. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-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 :
Fig.1 est un schéma d'une installation conforme à l'invention et
Fig.2 est un schéma d'une variante de réalisation de l'installation selon l'invention.
En se reportant à Fig.1 du dessin, on peut voir une installation E pour l'épuration d'eau résiduaire qui comporte un réacteur biologique 1 contenant un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore. Une partie des microorganismes est fixée sur des supports solides mobiles 2 représentés schématiquement par des cercles sur le dessin. L'arrivée d'eau à traiter est assurée par une conduite 3. La sortie de l'effluent traité est assurée par une conduite 4. Une grille de rétention (non représentée) est prévue sur la sortie de l'effluent traité pour maintenir les supports 2 dans le réacteur 1.
Une autre partie des micro-organismes est libre dans la liqueur du réacteur 1 pour un traitement de type boue activée.
Le réacteur 1 comprend une première zone non aérée de traitement 1a située du côté de la conduite d'entrée 3. Cette zone est avantageusement prévue pour un traitement anoxie à forte charge. Cette zone anoxie ne comporte pas, dans le fond du réacteur, de moyen d'aération pour injecter de l'air.
La forte charge correspond à une charge massique supérieure à 0,4 kgDBO5.kg"1MV.j'1. La lettre j correspond à « jour », DBO correspond à la demande biochimique en oxygène, et DBO5 correspond à la quantité d'oxygène consommé après 5 jours d'incubation. MV correspond à la teneur en matières volatiles qui est une évaluation approchée de la matière organique (voir « Mémento technique de l'eau » 10ème édition DEGREMONT SUEZ, tome 1, pages 418-419, et pages 534-535).
Cette première zone de traitement anoxie à forte charge permet une élimination de la majeure partie du carbone et d'une partie de l'azote oxydé principalement par action de bactéries hétérotrophes. La première zone 1a est suivie par une deuxième zone 1b aérée de traitement pour l'oxydation de l'azote, essentiellement par des bactéries autotrophes. La deuxième zone 1b comporte, dans le fond, des moyens d'aération 5 constitués par exemple par des rampes d'insufflation d'air dans la liqueur située au-dessus.
L'effluent traité, sortant par la conduite 4 du réacteur 1, est envoyé dans un flottateur 6 dont la vitesse de séparation solide/liquide est supérieure à 10m/H. Des flottateurs de ce type sont commercialisés par la société demanderesse, et sont décrits notamment dans l'ouvrage déjà cité « Mémento technique de l'eau » 10ème édition, tome 2, pages 876-877. Les particules solides se rassemblent sous forme d'un lit de boue 7 en partie supérieure du flottateur. Une partie des boues est re-circulée par une canalisation 8 vers la conduite 3 d'entrée du réacteur 1. L'autre partie des boues est évacuée.
La re-circulation des boues est contrôlée pour que la concentration en matière en suspension (MES) de l'effluent envoyé par la conduite 4 dans le flottateur 7 reste comprise entre 0.3 g/L et 1.5 g/L afin d'assurer un bon fonctionnement de ce flottateur 6. Pour exercer le contrôle, on prévoit au moins une sonde 9 de mesure de la concentration en MES, en particulier dans la zone de traitement anoxie 1a. Le résultat de la mesure est transmis à un contrôleur 10 ou micro-ordinateur qui, en fonction de la concentration souhaitée en MES dans le flottateur 7, commande le taux de recirculation de la boue en réglant la vitesse d'une pompe 11 installée sur la canalisation 8.
Fig.2 montre une variante de réalisation de l'installation selon laquelle le réacteur biologique 21 comporte deux zones de traitement 21a, 21b séparées physiquement.
La zone 21a est une zone non aérée, ne comportant pas de moyen d'aération. Cette zone 21a, avantageusement zone anoxie, comporte au moins un moyen d'agitation 12, notamment du type à hélice.
Les éléments de Fig.2 identiques ou jouant un rôle analogue à des éléments déjà décrits à propos de Fig.1 sont désignés par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. La zone aérée 21b, munie en partie basse de moyens d'aération 5, communique avec la zone 21a par un passage non visible sur Fig.2 muni d'une grille pour retenir les supports solides 2 dans leur partie respective 21a et 21b.
Une fraction des nitrates produits dans la deuxième zone aérée 21b de traitement est re-circulée par une conduite 13 de la zone 21b à la zone 21a.
Dans l'installation des Fig. 1 et 2 l'eau traitée est évacuée du flottateur 6 par une conduite 14. La zone 1a ou 21a en tête de l'installation permet une hydrolyse de la matière organique dissoute, voire particulaire, amenée par l'eau résiduaire. Cette pré-hydrolyse en condition anoxie produit de la matière organique facilement assimilable nécessaire pour l'étape de dénitrification et améliore les cinétiques de nitrification par les bactéries autotrophes en zone aérée 1 b.
De plus une partie des nitrates sont dégradés dans cette zone de forte charge en tête, réduisant d'autant la quantité de supports 2 en zone anoxie.
Le traitement complet de l'azote (nitrification et dénitrification) peut être obtenu soit par une aération séquencée soit par une configuration de type chenal permettant l'utilisation du carbone résiduel après la forte charge pour la dénitrification.
Exemple
Les données présentées ci-dessous correspondent à un flux hydraulique journalier de 420 m3/H, une concentration en MES de 250 mg/L avec un taux de MV (matières volatiles) de 80%. La DCO de l'effluent est de 500 mg/L dont 40% de DBO. La concentration en azote est de 45 mg/L.
Les objectifs de traitement de l'eau sont les suivants : MES de 20 mg/L, DBO de 20 mg/L, NGL (azote global) de 14 mg/L et PT (phosphore total) de 2 mg/L.
La présence d'une biomasse de forte charge massique (et donc d'un âge de boue faible, inférieur à 3 jours) en condition d'anoxie permet une préhydrolyse de près de 22% de la DCO entrante, ce qui représente un apport en DBO facilement assimilable de l'ordre de 33mg/L. Cet apport de DBO est nécessaire pour assurer une dénitrification totale puisque l'apport en DBO facilement assimilable par l'eau à traiter (sans étape de pré-hydrolyse) est estimé à 70 mg/L alors que les besoins pour assurer une dénitrification totale sont de 98 mg/L.
Dans le cas d'une configuration classique, sans re-circulation de biomasse libre forte charge, il aurait été nécessaire d'apporter cette DBO complémentaire sous forme de méthanol par exemple.
La présence dans la zone anoxie d'une culture libre en condition de forte charge contribue également à l'élimination des nitrates : cette contribution est estimée entre 10 et 20%, ce qui représente une économie en support dans la zone anoxie. En conclusion, dans l'exemple chiffré retenu, les avantages de la solution proposée sont présentés dans le tableau ci-dessous :
Figure imgf000011_0001
L'étape de pré-hydrolyse de la matière organique en condition anoxie va favoriser les cinétiques de dénitrification en apportant de la DBO facilement assimilable ( en abrégé : DBOfa) et les cinétiques de nitrification en limitant l'apport de carbone dans la zone aérée.
Cette action sur le traitement du carbone jouera de plus un rôle important en cas d'à-coups de charge puisque la concentration en carbone biodégradable sera moindre dans la zone aérée.
On remarque que la station de traitement de l'eau nécessite une taille globale d'ouvrage de l'ordre de 40% par rapport à une solution conventionnelle.
L'invention s'applique, en particulier, à tout traitement d'effluent présentant une concentration en carbone pouvant varier de 100mg/L à 800 mg/L et contenant une part de carbone assimilable de 20 à 100%, un ratio en masse carbone/azote supérieur à 3.5 et sans limite pour le ratio carbone/phosphore.
Selon ces caractéristiques, l'effluent traité peut être de l'eau usée d'origine résiduaire, industrielle ou agricole.
La concentration en matières en suspension de l'effluent pourra être contrôlée par l'ajout d'une étape de décantation en tête de tout traitement biologique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'épuration d'eaux résiduaires par un traitement biologique mettant en œuvre un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents, pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des micro-organismes étant fixée sur des supports solides mobiles et constituant une biomasse fixée fluidisée, caractérisé en ce que :
- une autre partie des micro-organismes est libre pour un traitement de type boue activée,
- on prévoit une première zone non aérée de traitement (1a, 21a) suivie d'une deuxième zone aérée de traitement (1b, 21b),
- on soumet l'effluent traité à une séparation solide/liquide par flottation à une vitesse supérieure à 10m/H, et
- on re-circule une partie de la boue récupérée par flottation vers le traitement par boue activée, cette re-circulation étant contrôlée pour que la concentration en MES de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide reste compatible avec la flottation retenue.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on couple des conditions de forte charge massique en culture libre et un traitement de l'azote en condition de faible charge massique par la biomasse fixée fluidisée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la re-circulation de boue récupérée par flottation vers le traitement par boue activée est contrôlée pour que la concentration en MES de l'effluent soumis à la flottation reste comprise entre 0.3 g/L et 1.5 g /L.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on prévoit que la zone non aérée de traitement est une zone de traitement anoxie (1a, 21a) à forte charge, pour une élimination de la majeure partie du carbone et d'une partie de l'azote principalement par action de bactéries hétérotrophes, suivie de la deuxième zone aérée de traitement (1b, 21b) pour élimination de l'azote.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux zones de traitement (21a, 21b) sont séparées physiquement.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une fraction des nitrates produits dans la deuxième zone aérée de traitement est re-circulée vers la première zone de traitement anoxie.
7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on mesure la concentration en MES dans la première zone de traitement anoxie à forte charge, et on commande le taux de re-circulation de la boue récupérée par flottation de manière à maintenir la concentration en MES dans la plage souhaitée.
8. Installation pour l'épuration d'eaux résiduaires comportant un réacteur biologique contenant un ensemble de micro-organismes ayant des spectres métaboliques différents, pour l'élimination du carbone et de l'azote, voire du phosphore, une partie des micro-organismes étant fixée sur des supports solides mobiles et constituant une biomasse fixée fluidisée, caractérisée en ce que :
- une autre partie des micro-organismes est libre pour un traitement de type boue activée,
- le réacteur biologique (1 , 21) comprend une première zone non aérée de traitement (1a, 21a) suivie d'une deuxième zone aérée de traitement (1b, 21 b).,
- l'installation comporte, en aval du réacteur biologique (1 , 21), un flottateur (6) à vitesse de séparation supérieure à 10 m/H qui reçoit l'effluent sortant du réacteur biologique,
- un circuit (8) est prévu pour re-circuler une partie de la boue récupérée du flottateur vers le réacteur biologique,
-et des moyens (9, 10, 11) sont prévus pour maintenir dans une plage déterminée la concentration en MES de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la concentration en MES de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide est maintenue entre 0.3 g/L et 1.5 g /L
10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens pour maintenir dans une plage déterminée la concentration en MES de l'effluent soumis à la séparation liquide/solide comprennent :
- un moyen de mesure (9) de la concentration en MES dans le réacteur biologique, - un contrôleur (10) auquel est envoyé le résultat de la mesure,
- et une pompe (11), commandée par le contrôleur, pour le débit de re-circulation.
11. Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la première zone non aérée de traitement (1a, 21a) est une zone anoxie à forte charge, pour une élimination de la majeure partie du carbone et d'une partie de l'azote principalement par action de bactéries hétérotrophes, suivie de la deuxième zone aérée de traitement (1b, 21b) pour élimination de l'azote.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les deux zones de traitement (21a, 21b) sont séparées physiquement.
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'une fraction des nitrates produits dans la deuxième zone aérée de traitement (21b) est re-circulée (8) vers la première zone de traitement anoxie (21a).
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que la forte charge de la première zone de traitement anoxie (1a, 21a) est supérieure à 0,4 kgDBO5.kg"1MV.j "1.
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