CH617598A5 - - Google Patents

Description

La présente invention a trait au domaine des matériaux utilisés comme supports de micro-organismes dans des milieux de fermentation. Elle concerne plus spécialement de nouveaux supports pour filtres biologiques et leur utilisation, notamment dans le domaine du traitement des eaux usées.

On utilise depuis longtemps dans diverses industries des cultures de micro-organismes tels que bactéries ou autres qui, dispersées dans un milieu aqueux plus ou moins riche en éléments minéraux ionisés ou non, se nourrissent d'un substrat organique ou inorganique, dans des conditions opératoires bien définies (aération, température, pH, etc.), pour effectuer un certain nombre de transformations par assimilation et métabolisation. Par exemple, selon un procédé maintenant classique du traitement des eaux usées, on utilise des micro-organismes pour digérer les substances polluantes soit sous forme de boues activées dans des cuves ou bassins de fermentation soit sous forme de lits bactériens où les zooglées, constituées par les micro-organismes ou analogues, sont retenues sur un support fixe servant de lit de filtration des eaux à épurer.

Dans ce procédé du type lits bactériens, on met habituellement en œuvre comme support fixe des matériaux à base de silicates hydratés, tels que notamment des pouzolanes naturelles ou artificielles ou produits analogues. La spécificité des espèces de microorganismes, accrochés au support, est fonction du milieu aqueux à traiter et des nutriments que ce dernier renferme. Dans la pratique, il est souhaitable d'utiliser au maximum la masse vivante active, ou biomasse, laquelle a besoin d'un certain nombre d'éléments pour assurer sa croissance, notamment de l'azote, du phosphore, des métaux, tels que: potassium, sodium, calcium, magnésium, manganèse, etc. Or, ces éléments ne se retrouvent pas fréquemment, de façon concomitante, dans les substances polluantes d'une eau donnée. Il est alors fort difficile d'assurer un taux de naissance optimal des diverses espèces mises en contact avec un milieu déterminé.

Le problème se pose donc de pouvoir mettre au point et disposer d'un lit bactérien où toutes les espèces de microorganismes habituellement utilisées sont assurées en permanence d'une croissance maximale et où la biomasse est parfaitement retenue et uniformément distribuée sur le lit de filtration.

Il a maintenant été trouvé une solution tout à fait satisfaisante à ce problème, laquelle permet de compléter harmonieusement les carences en nutriments des milieux à traiter et de satisfaire aux critères d'un support assurant une forte rétention de la masse bactérienne, à savoir une bonne porosité et une grande surface développée.

Selon son objet principal, l'invention concerne des supports pour filtres biologiques, du type contenant un matériau assurant une forte rétention des diverses espèces de micro-organismes alimentés par le milieu à traiter, supports qui sont constitués par des compositions homogènes, sous forme de granulats de dimensions moyennes 2 à 25 mm, à base d'argiles cuites et de petites quantités d'oligo-éléments qui servent de nutriments aux microorganismes accrochés auxdits supports.

Parmi les principaux oligo-éléments présents dans les argiles-supports et dont certains agissent à l'état de traces, on peut citer tout particulièrement des métaux tels que fer, cuivre, zinc, manganèse, molybdène, cobalt, aluminium. Ces métaux complètent les éléments habituellement nécessaires à la croissance bactérienne et qui sont, soit déjà présents dans l'argile crue utilisée comme matière première soit ajoutés à cette dernière, à savoir: azote, phosphore, potassium, sodium, magnésium, calcium...

Les nouveaux supports biologiques selon l'invention, produits solides à porosité contrôlée, sont obtenus par ajout des éléments métalliques manquants ou en quantité insuffisante à des argiles ou tout autre substrat minéral ayant une cohésion en cru suffisante (par exemple produit minéral lié par bentonite, colle, argile, résine naturelle ou synthétique, etc.). Parmi les argiles utilisables comme matières premières, on peut citer tout particulièrement des argiles naturelles telles que celles des types illitique (habituellement utilisée pour la fabrication des tuiles et briques), kaolinique (produits réfractaires, céramiques), montmorillonitique, ou des mélanges de ces produits. La quantité d'éléments à introduire dans l'argile crue, ou matériau équivalent, est déterminée par comparaison entre la composition chimique (en % et en oxyde) de l'argile ayant subi une calcination à plus de 1000° C avec les taux minimaux des éléments métalliques précités qui doivent être présents dans le support final.

Selon un procédé de préparation particulièrement avantageux, qui permet d'obtenir des supports homogènes et d'excellente porosité, le mélange de l'argile crue et des ajouts est effectué par voie sèche, les matériaux étant broyés puis ensuite humidifiés et malaxés pour obtenir des boudins qui sont soumis 'à une cuisson à température de 1200 à 1300°C, par exemple dans un four rotatif; la chamotte récupérée est alors broyée et tamisée aux granulo-métries désirées généralement comprises entre 5 et 25 mm.

Les produits ajoutés à l'argile de départ sont introduits sous toute forme convenable, par exemple à l'état d'oxydes ou sels pour des métaux tels que Fe, Cu, Zn, Mn, etc., ou à l'état de minéraux carbonatés ou silicatés, tels que: calcaire, dolomie, talc, feldspath, stéatite, pour les éléments tels que Ca, Mg et analogues.

Selon un autre mode de mise en œuvre, on peut opérer par voie humide où les matières premières finement broyées sont mélangées en milieu de dispersion aqueux, la pâte obtenue après concentration de la suspension étant mise sous une forme convenable (étirage, extrusion, etc.) avant cuisson au four. Bien entendu, des variantes peuvent être apportées à ces procédés non limitatifs, conformément aux méthodes habituellement employées dans la fabrication connue des pâtes céramiques.

Les supports biologiques selon l'invention trouvent des applications intéressantes dans de nombreux domaines; ils conviennent particulièrement bien pour l'utilisation comme lits bactériens fixes dans la filtration des eaux résiduaires.

L'exemple qui suit illustre, à titre indicatif, la préparation d'un support à base d'argile cuite dopée selon l'invention et montre sa supériorité par rapport aux supports classiques du type pouzo-lane dans l'application sus-visée de lit bactérien.

Exemple.

On a mélangé à sec, sous forme de produits pulvérulents de diamètre moyen de particules inférieur à 100 |i, dans un dispositif à vis hélicoïdale, une argile naturelle de type kaolinique avec de

5

10

15

20

25

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65

3

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l'oxyde de fer (éventuellement), de l'oxyde de cuivre, de l'oxyde de zinc, du bioxyde de manganèse, du feldspath et de la dolomie en des quantités telles que l'on obtienne, après cuisson un matériau renfermant les éléments essentiels suivants :

Sous la forme d'oxydes Equivalent en métal

% en poids g/kg de matériau

Fe2Û3

1,2

Fe

8

CuO

0,2

Cu

1,5

ZnO

0,1

Zn

1

K2O

1,2

K

10

Na20

1,6

Na

12

Mn02

0,6

Mn

4

CaO

0,6

Ca

4

MgO

1

Mg

6

le complément à 100% étant représenté par les constituants propres de l'argile de base dont essentiellement de la silice et de 20 l'alumine.

Une fois le mélange à sec effectué, on a soumis la composition à une humidification aqueuse puis à un malaxage dans un appareil à vis sans fin fournissant des boudins qui ont ensuite été cuits au four rotatif à 1300°C environ. La chamotte obtenue a été alors broyée dans un concasseur à mâchoires puis tamisée pour obtenir des granulats de la surface spécifique désirée, dont le diamètre moyen était de 10 à 20 mm.

Cette chamotte dopée a été utilisée comme support pour lit bactérien de filtration d'eaux usées, en utilisant comme microorganismes des souches nitrifiantes autotrophes aérobies (de type zooglées). Les essais ont été effectués dans une installation pilote en colonnes de verre, d'une part, sur de l'eau brute ayant subi un simple dégrillage, d'autre part, sur de l'eau débourbée, c'est-à-dire ayant subi en outre une décantation primaire sans addition de floculants et/ou coagulants. Pour tous ces essais, la vitesse de passage de l'eau sur le lit fixe était d'environ 10 m/h, le flux étant dirigé de bas en haut; le débit d'air moyen était réglé à 2501/h dans les colonnes; le pH était de l'ordre de 7,7 à 7,8 et la température voisine de 10° C.

Pendant la durée des essais, on a mesuré chaque jour les taux de NH3 éliminés de l'eau à traiter grâce à l'action du lit bactérien, de façon à calculer les rendements de l'opération de nitrification. Ces rendements sont exprimés en % dans le tableau 1 où l'on a établi une comparaison avec un lit bactérien classique à support pouzzolane, toutes conditions étant égales par ailleurs:

Tableau 1

Rendements (%) d'élimination NH3

Support Type d'eau

1er jour 2e jour 3e jour 4e jour 5e jour

Pouzzolane Eau débourbée 10 18 20 36 30 Chamotte dopée Eau débourbée 50 28 50 56 52

Pouzzolane Eau brute 10 18 21 18 30

Chamotte dopée Eau brute 35 36 50 52 60

Comme on peut le voir d'après ces résultats, une chamotte dopée à oligo-éléments selon l'invention procure, grâce à l'acti-vation de la biomasse dont le taux de croissance est optimal, une amélioration spectaculaire du rendement de nitrification par rapport aux procédés classiques de filtration biologique, et cela dès le premier jour de traitement. On obtient des résultats similaires dans le cas de l'élimination d'autres polluants de l'eau en présence des souches bactériennes correspondantes.

Ainsi, grâce aux nouveaux produits selon l'invention, il devient 40 possible d'améliorer considérablement les rendements d'élimination des polluants et donc de réaliser une économie appréciable dans le traitement d'épuration des eaux usées par passage sur lits bactériens.

R

Claims (4)

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1. Supports pour filtres biologiques, de type contenant un matériau assurant une forte rétention des diverses espèces de micro-organismes alimentés par le milieu à traiter, ces supports étant caractérisés en ce qu'ils sont constitués par des compositions homogènes, sous forme de granulats de dimensions moyennes 2 à 25 mm, à base d'argiles cuites et de petites quantités d'oligo-éléments.

2. Supports selon la revendication 1, caractérisés par le fait que les principaux oligo-éléments sont choisis dans le groupe constitué par des métaux tels que: fer, cuivre, zinc, manganèse, molybdène, cobalt, aluminium.

2

REVENDICATIONS

3. Supports selon la revendication 1, caractérisés en ce que les argiles cuites renferment, sous la forme d'oxydes, outre les éléments habituels, les métaux essentiels suivants, exprimés en g/kg d'argile: Fe: 5 à 10; Cu: 0,8 à 2,0; Zn: 0,5 à 3; Na: 8 à 14; K: 8 à 14; Ca: 2 à 5; Mg: 4 à 8; Mn: 1 à 5.

4. Utilisation des supports selon la revendication 1 comme lits bactériens pour le traitement des eaux usées.