FR2762834A1 - Batch biological treatment of winery effluents - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT DES EAUX RESIDUAIRES
ET LEUR APPLICATION AUX EFFLUENTS VINICOLES
DESCRIPTION
L'invention est relative à un procédé et une installation pour le traitement des eaux résiduaires utilisant les techniques suivantes - la technique d'épuration biologique aérobie, par boues activées, dans au moins deux réacteurs disposés en cascade; - la technique de séparation physique dans une unité de filtration membranaire couplée à un réacteur biologique aérobie; qui sont combinées et exploitées (procédé et installation) de manière nouvelle et originale.PROCESS AND PLANT FOR THE TREATMENT OF WASTEWATER
AND THEIR APPLICATION TO WINE EFFLUENTS
DESCRIPTION
The invention relates to a method and an installation for the treatment of waste water using the following techniques - the aerobic biological purification technique, by activated sludge, in at least two reactors arranged in cascade; - the physical separation technique in a membrane filtration unit coupled to an aerobic biological reactor; which are combined and exploited (process and installation) in a new and original way.
Dans les techniques sus-mentionnées - le fonctionnement se fait en continu avec pour conséquences, pour avoir un bon rendement d'épuration, soit une limitation du volume d'eaux résiduaires à traiter, soit la mise en place de réacteurs de grandes dimensions, voire de plusieurs installations, ce qui accroit de manière substantielle le montant financier des investissements à réaliser; - la séparation eaux/boues se fait, dans la première technique, par décantation dans le deuxième réacteur avec pour conséquence une limitation du rendement et du degré d'épuration; - le traitement biologique se fait, dans la deuxième technique, dans la cuve unique avec pour conséquence une limitation du rendement et des difficultés pour maintenir le rapport eaux/boues optimun. In the aforementioned techniques - the operation is done continuously with the consequences, to have a good purification yield, either a limitation of the volume of waste water to be treated, or the installation of reactors of large dimensions, even several installations, which substantially increases the financial amount of the investments to be made; - the water / sludge separation is done, in the first technique, by decantation in the second reactor with the consequence of limiting the yield and the degree of purification; - the biological treatment is done, in the second technique, in the single tank with as a consequence a limitation of the yield and difficulties to maintain the optimum water / sludge ratio.
L'invention vise donc à réaliser un procédé, dans une installation bien spécifique, qui diminue de façon sensible, voire supprime, les inconvénients sus-mentionnés et qui peut être utilisé avantageusement au traitement des effluents vinicoles issus du lavage des cuves de stockage de la vendange et de vinification, ainsi que du sol. The invention therefore aims to carry out a process, in a very specific installation, which significantly reduces, even eliminates, the above-mentioned drawbacks and which can be used advantageously for the treatment of wine effluents from the washing of storage tanks of the harvest and winemaking, as well as soil.
Le procédé selon l'invention consiste essentiellent a) à alimenter en eau résiduaire un premier réacteur biologique aérobie, préalablement ensemencé de boues activées, par lot qui séjourne dans celui-ci, en présence d'air, le temps nécessaire à l'obtention d'une teneur en DBO5 ou en DCO établie expérimentalement en fonctiondu type d'eau résiduaire à épurer; b) à alimenter un deuxième réacteur biologique aérobie, préalablement vidé de toute boue et eau résiduaire, également par lot, à partir du premier réacteur, en fin de phase de traitement et après décantation, par transfert de la partie qui surnage et d'une partie, de volume bien défini, des boues contenues dans le fond du premier réacteur, de manière à travailler à une charge massique différente de la précédente, et à faire séjourner ledit lot, dans le deuxième réacteur, en présence d'air, le temps nécessaire à l'obtention d'une teneur en DBO5 ou en DCO compatible avec les normes de rejet en vigueur; c) à coupler ledit deuxième réacteur à une unité de filtration membrahaire qui sépare les eaux des boues biologiques actives jusqu'à l'obtention d'un volume de boues bien défini; d) à recycler une partie desdites boues dans le premier réacteur pour constituer la masse de boue activée nécessaire à un nouveau cycle de traitement d'un nouveau lot d'eaux résiduaires provenant d'une cuve de stockage. The process according to the invention consists essentially of a) supplying waste water to a first aerobic biological reactor, previously seeded with activated sludge, per batch which remains therein, in the presence of air, the time necessary for obtaining d '' a BOD5 or COD content established experimentally depending on the type of waste water to be treated; b) supplying a second aerobic biological reactor, previously emptied of any sludge and waste water, also in batches, from the first reactor, at the end of the treatment phase and after decantation, by transfer of the floating part and a part, of well-defined volume, of the sludge contained in the bottom of the first reactor, so as to work at a mass load different from the previous one, and to make the said batch remain in the second reactor, in the presence of air, the time necessary to obtain a BOD5 or COD content compatible with the rejection standards in force; c) coupling said second reactor to a membrane filtration unit which separates the water from the active biological sludge until a well-defined volume of sludge is obtained; d) recycling part of said sludge into the first reactor to constitute the mass of activated sludge necessary for a new treatment cycle for a new batch of waste water from a storage tank.
Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et dont l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représentée au dessin annexé (figure unique). The characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following detailed description of at least one preferred embodiment of the latter given by way of non-limiting example and the installation of which for the implementation of the method according to the invention is shown in the accompanying drawing (single figure).
L'installation représentée, plus particulière adaptée au traitement des effluents vinicoles et ce de manière non limitative, comporte essentiellement: - Une arrivée (1) d'eau résiduaire préalablement tamisée à un calibre de 0,5 à 1 mm (élimination des éléments les plus grossiers tels les grappes, les pépins, etc.). The installation shown, more particularly adapted to the treatment of wine effluents and this in a nonlimiting manner, essentially comprises: - An inlet (1) of residual water previously screened to a size of 0.5 to 1 mm (elimination of the elements coarser, such as grapes, seeds, etc.).
- Une cuve de stockage tampon (2), placée à l'intérieur ou à l'extérieur de la cave coopérative, de volume égal au moins au 1/4 du volume annuel produit par ladite cave, prévue pour éviter les variations brutalesdepHetdecharges organiques carbonées de manière à préserver le bon fonctionnement du traitement biologique et à étaler l'épuration des eaux sur 9 à 11 mois c'est à dire d'une saison sur l'autre minimisant ainsi la taille de la station d'épuration et de ses coûts d'exploitation.- A buffer storage tank (2), placed inside or outside the cooperative cellar, of volume equal to at least 1/4 of the annual volume produced by said cellar, designed to avoid sudden variations in carbonaceous organic charges so as to preserve the proper functioning of the biological treatment and to spread the water purification over 9 to 11 months, that is to say from one season to the other, thus minimizing the size of the treatment plant and its costs operating.
La cuve peut comporter une pompe ou un agitateur horizontal pour en brasser le contenu. Elle comporte également un évent (3) pour sa mise en communication avec l'atmosphère et une pompe de reprise (4) pour le remplissage périodique (1 fois par semaine par exemple) d'un premier réacteur (R1).The tank may include a pump or a horizontal agitator to stir the contents. It also includes a vent (3) for its communication with the atmosphere and a recovery pump (4) for the periodic filling (once a week for example) of a first reactor (R1).
- Une pompe-doseuse (5) qui permet l'équilibrage nutritif de l'effluent en nutriment et micronutriment. Cet apport a pour but de mettre en place les conditions les plus favorables au développement des bactéries épuratrices dans les réacteurs biologiques. Il est proportionnel au débit pour pallier le déséquilibre nutritionnel.- A dosing pump (5) which allows nutrient balancing of the effluent in nutrient and micronutrient. The purpose of this contribution is to set up the most favorable conditions for the development of purifying bacteria in biological reactors. It is proportional to the flow to compensate for the nutritional imbalance.
Une correction de pH peut également être mise en oeuvre.A pH correction can also be implemented.
Le sigle DB05 correspond à la Demande Biologique en 02 sur 5 jours.The acronym DB05 corresponds to the Biological Demand in 02 over 5 days.
- Un premier réacteur biologique (R1) aérobie à boues activées.- A first aerobic biological reactor (R1) with activated sludge.
Les eaux sont mélangées à une boue biologique active. Les matières carbonées dissoutes (sucres, alcools notamment éthylique) sont dégradées totalement et transformées en matière vivante active pour l'épuration des eaux. On peut suivre cette dégradation par la mesure de la DCO (Demande Chimique en 02). The waters are mixed with an active biological mud. The dissolved carbonaceous materials (sugars, especially ethyl alcohols) are completely degraded and transformed into active living matter for the purification of water. This degradation can be followed by measuring the COD (Chemical Demand in 02).
La DCO dissoute (matières carbonées dissoutes) est transformée en DCO particulaire (matières carbonées sous forme de micro-organismes vivants).Dissolved COD (dissolved carbonaceous matter) is transformed into particulate COD (carbonaceous matter in the form of living microorganisms).
Le temps de séjour dans le premier réacteur se situe entre 6 à 9 jours pour l'application vinicole expérimentée selon l'invention.The residence time in the first reactor is between 6 to 9 days for the wine application tested according to the invention.
- Un premier dispositif (6) de comptage et de prélèvement d'échantillons contenus dans les eaux à traiter pour l'analyse des paramètres de pollution.- A first device (6) for counting and taking samples contained in the water to be treated for the analysis of pollution parameters.
- Un deuxième réacteur biologique (R2) aérobie qui est alimenté par le premier (R1). Le temps de séjour est différent et la charge massique également.- A second aerobic biological reactor (R2) which is powered by the first (R1). The residence time is different and the mass load also.
Dans le cas du traitement des effluents vinicoles, la somme cumulée des temps de séjour des deux réacteurs est au plus égale à 13 jours.In the case of the treatment of wine effluents, the cumulative sum of the residence times of the two reactors is at most equal to 13 days.
- Une unité de filtration membranaire (FM) qui sépare, après le deuxième temps de séjour, les eaux des boues biologiques actives (durée de ladite phase : 8 à 16 heures).- A membrane filtration unit (FM) which separates, after the second residence time, the water from the active biological sludge (duration of the said phase: 8 to 16 hours).
Les eaux épurées peuvent être rejetées en milieu récepteur naturel, en réseau pluvial ou être réutilisées pour l'arrosage extérieur.The purified water can be discharged into a natural receiving environment, in a rain network or be reused for outdoor watering.
L'unité (FM) effectue une micro (0,1-0,2 pm) ou une ultrafiltration (0,010,05 ym) tangentielle sur des membranes minérales.The unit (FM) performs micro (0.1-0.2 µm) or ultrafiltration (0.010.05 µm) tangential on mineral membranes.
- Une pompe de circulation (7) qui assure une vitesse tangentielle élevée dans la lumière des tubes des différents éléments membranaires ainsi que la boucle de recirculation.- A circulation pump (7) which ensures a high tangential speed in the lumen of the tubes of the various membrane elements as well as the recirculation loop.
- Une pompe de gavage (8) qui assure le gavage de la boucle de recirculation en effluent ainsi qu'en solution lavante lors de la phase de lavage automatique des membranes.- A booster pump (8) which boosts the recirculation loop in effluent as well as in washing solution during the automatic membrane washing phase.
- un bac de lavage (9) qui permet la préparation automatique de solutions froides ou chaudes à partir d'eau de ville et de solutions concentrées (chlore, acide ou base injectées grâce à 3 pompes doseuses).- a washing tank (9) which allows automatic preparation of cold or hot solutions from city water and concentrated solutions (chlorine, acid or base injected using 3 metering pumps).
- Un deuxième dispositif (10) de comptage et prélèvement d'échantillons de l'eau en sortie de l'installation.- A second device (10) for counting and taking samples of the water leaving the installation.
La différence entre le dispositif de sortie (10) et le dispositif d'entrée (6) permet d'obtenir le rendement épuratoire de l'installation.The difference between the outlet device (10) and the inlet device (6) makes it possible to obtain the purification efficiency of the installation.
Le procédé selon 1 invention consiste: a) à alimenter en eau résiduaire (1) le premier réacteur (R1), préalablement ensemencé en boues activées, par lot qui séjourne dans celui-ci, en présence d'air, le temps nécessaire à l'obtention d'une teneur en DB05 et DCO établie expérimentalement en fonction du type d'eau résiduaire à traiter (phase I); b) à alimenter le deuxième réacteur (R2), préalablement vidé de toute boue et eau, également par lot, à partir du premier réacteur, en fin de traitement et après décantation (1/4 à 1/2 heure environ), par transfert de la partie qui surnage et d'une partie, de volume bien défini, des boues contenues dans le fond du réacteur (R1), de manière à travailler à une charge massique (Kg de DB05 dégradé par Kg de MVS / temps de séjour exprimé en jours : MVS étant la concentration en Matières Volatiles Solides vivantes) différente de la précédente, et à faire séjourner ledit lot, dans ledit deuxième réacteur, en présence d'air, le temps nécessaire à l'obtention d'une teneur en DB05 ou en
DCO compatible avec les normes de rejet en vigueur (phase II); c) à coupler ledit deuxième réacteur à l'unité de filtration membranaire (FM) qui sépare les eaux des boues biologiques actives jusqu'à l'obtention d'un volume de boues bien défini (phase III); d) à recycler une partie desdites boues dans le premier réacteur (R1) pour constituer la masse de boue activée nécessaire à un nouveau cycle de traitement d'un nouveau lot d'eau résiduaire provenant de la cuve de stockage (2).The method according to 1 invention consists of: a) supplying waste water (1) to the first reactor (R1), previously sown with activated sludge, by batch which remains therein, in the presence of air, the time necessary for the '' obtaining a BOD5 and COD content established experimentally according to the type of waste water to be treated (phase I); b) feeding the second reactor (R2), previously emptied of all sludge and water, also in batches, from the first reactor, at the end of treatment and after decantation (approximately 1/4 to 1/2 hour), by transfer of the part which floats and of a part, of well defined volume, of the sludge contained in the bottom of the reactor (R1), so as to work at a mass load (Kg of DB05 degraded by Kg of MVS / residence time expressed in days: MVS being the concentration in Volatile Solids living) different from the previous one, and allowing said batch to remain in said second reactor, in the presence of air, the time necessary to obtain a BOD5 content or in
COD compatible with applicable discharge standards (phase II); c) coupling said second reactor to the membrane filtration unit (FM) which separates the water from the active biological sludge until a well-defined volume of sludge is obtained (phase III); d) recycling a part of said sludge into the first reactor (R1) to constitute the mass of activated sludge necessary for a new treatment cycle of a new batch of waste water from the storage tank (2).
Selon diverses caractéristiques du procédé selon l'invention - L'aération de la masse à traiter, contenue dans l'un ou l'autre des réacteurs, est réalisée séquentiellement, au moyen d'un plancher diffuseur fines bulles, associé à un surpresseur d'air, selon une fréquence de fonctionnement fonction du type d'eau à traiter et pendant un temps fonction de la teneur de l'oxygène dissout par rapport à une valeur de référence bien spécifique.According to various characteristics of the process according to the invention - The aeration of the mass to be treated, contained in one or the other of the reactors, is carried out sequentially, by means of a fine bubble diffuser floor, associated with a pressure booster air, according to an operating frequency depending on the type of water to be treated and for a time depending on the content of dissolved oxygen with respect to a very specific reference value.
- A chaque reprise de la phase d'aération, une action ponctuelle, du type chasse d'air, est réalisée pour permettre la remise en suspension de la totalité des boues. - Each time the aeration phase is resumed, a punctual action, of the air flush type, is carried out to allow the resuspension of all the sludge.
- L'ensemencement initial du premier réacteur (R1), lors du démarrage de l'installation, est réalisé par un apport d'un volume de boues activées calculé pour optimiser le fonctionnement dudit réacteur. Celui-ci peut être par exemple compris entre 10 et 20% du volume de mélange "eaux-boues" initial (la boue biologique peut par exemple provenir d'une station d'épuration biologique du type urbain).- The initial seeding of the first reactor (R1), when the installation starts, is carried out by adding a volume of activated sludge calculated to optimize the operation of said reactor. This can, for example, be between 10 and 20% of the initial "mud-water" mixture volume (the biological mud can for example come from a biological treatment plant of the urban type).
- Le volume des boues transférées du réacteur (R1) au réacteur (R2) est calculé pour optimiser le fonctionnement des deux réacteurs. Celui-ci peut être par exemple compris entre 5 et 15% du volume du mélange "eaux-boues" initial du premier réacteur(la partie qui surnage, qui représente 70 à 80% dudit volume initial, est aussi transmise au deuxième réacteur).- The volume of sludge transferred from the reactor (R1) to the reactor (R2) is calculated to optimize the operation of the two reactors. This may for example be between 5 and 15% of the volume of the initial "mud-water" mixture of the first reactor (the part which floats, which represents 70 to 80% of said initial volume, is also transmitted to the second reactor).
Dans ce cas, le volume obtenu à la fin de la phase de séparation par filtration membranaire est compris entre 10 et 20% du volume du mélange "eaux-boues" initial du premier réacteur.In this case, the volume obtained at the end of the separation phase by membrane filtration is between 10 and 20% of the volume of the initial "water-sludge" mixture of the first reactor.
- Le volume des boues du deuxième réacteur à recycler dans le premier, après la phase de filtration membranaire, est calculé pour optimiser le fonctionnement dudit premier réacteur en tenant compte des boues résiduelles qu'il contient. Il correspond, dans le cas expérimenté, à un volume compris entre 80 et 90X du volume obtenu à la fin de la phase de filtration membranaire (les 10 à 20% restant sont stockés ou évacués hors de l'installation pour vider complétement le deuxième réacteur).- The volume of sludge from the second reactor to be recycled in the first, after the membrane filtration phase, is calculated to optimize the operation of said first reactor taking into account the residual sludge it contains. It corresponds, in the experimented case, to a volume of between 80 and 90X of the volume obtained at the end of the membrane filtration phase (the remaining 10 to 20% are stored or evacuated from the installation to completely empty the second reactor ).
Un équilibrage nutritif des eaux résiduaires peut être réalisé par apport d'un mélange de nutriment ou de micro-nutriment adapté.Nutrient balancing of wastewater can be achieved by adding a suitable nutrient or micro-nutrient mixture.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, comporte de manière indissociable au moins deux réacteurs biologique aérobie disposés en cascade et une unité de filtration membranaire couplée au dernier réacteur.The installation for implementing the method according to the invention comprises inseparably at least two aerobic biological reactors arranged in cascade and a membrane filtration unit coupled to the last reactor.
Le procédé et l'installation, selon l'invention, s'appliquent avantageusement au traitement des effluents vinicoles.The method and the installation according to the invention advantageously apply to the treatment of wine effluents.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes en particulier dans - les types de cuve de stockage, de réacteurs biologiques aérobie, d'unités de filtration membranaire, de surpresseurs d'air, de pompes diverses,etc; - les types d'eaux résiduaires, les volumes de boues et eaux mises en jeu, transférées ou recyclées, les temps de séjour les fréquences d'aération,etc; sans pour celà sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown for which other variants can be provided, in particular in - the types of storage tank, aerobic biological reactors, membrane filtration units, air blowers, various pumps, etc .; - the types of waste water, the volumes of sludge and water involved, transferred or recycled, the residence times the aeration frequencies, etc .; without thereby departing from the scope of the invention.
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